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专题9 压强
知识点一:压强
一、压力
1.压力:物体间由于发生挤压而垂直作用在受力面上的力。
2.产生条件:两个物体必须接触,而且有挤压的作用。
(1)静止在水平地面上,紧靠墙角的小球,由于墙与小球接触但无挤压作用,它们之间没有形变,因此不存在压力(如图)。
(2)人靠墙站立时,由于墙与人之间有挤压作用,因此它们之间存在压力(如图所示)。
3.方向:垂直于受力物体表面并指向被压物体。
4.作用点:在被压物体的受力面上,作用点等效作用在接触面中心。
5.性质:压力是相互接触的物体彼此挤压对方使物体表面发生弹性形变而产生的力,属于弹力。
6.压力和重力的区别与联系
A对斜面的压力 A受到的重力
区别 施力物体 物体 地球
受力物体 支持物(斜面) 物体
性质 弹力 引力
产生原因 物体间相互接触并挤压 地球的吸引
大小 — G=mg
方向 垂直于受力物体表面并指向被压物体 竖直向下
作用点 受压物体表面 重心
示意图
联系 只有物体处于水平面且在竖直方向只受重力和支持力时,物体对水平面压力的大小、方向才跟重力的大小、方向相同,但压力不是重力
三、压强
1.定义:物体所受压力与受力面积之比(比值定义法)。
2.物理意义:表示压力作用效果的物理量。
3.公式:。F-压力,单位为N;S-受力面积,单位m2;p-压强(单位Pa)。
4.单位:帕斯卡,简称帕,用符号Pa表示。
5.变形公式:根据公式及其变形公式F=pS、可以进行压强、压力和受力面积的计算。
6.应用压公式的注意事项
(1)为压强的定义式,运用于所有状态下的压强的计算。
(2)根据公式及其变形公式F=pS、可以进行压强、压力和受力面积的计算。
(3)公式中的“S”为受力面积,是指两个物体实际的接触面积。
常见面积单位换算关系为:1m2=104cm2=106mm2。
(4)公式中的“F”为压力,不是重力,但受力面积为水平面且物体在竖直方向只受重力和支持力时,压力大小等于重力大小。
三、怎样减小或增大压强
1.增大压强
(1)受力面积一定时,增大压力:①给压路机装上质量很大的碾子;②利用重锤钉钉子;③刹车时用力握住车闸。
(2)压力一定时,减小受力面积:①刀斧、切屑工具的刀片都会磨的很薄;②图钉(如图甲)、针、锯齿的尖端加工得很尖。
(3)增大压力同时减小受力面积:砍柴时,斧头磨得很锋利,同时家加大力量。
图甲:图钉尖很尖 图乙:铁轨下铺设枕木 图丙:书包带很宽
2.减小压强
(1)受力面积一定时,减小压力:现代建筑中广泛使用空心砖。
(2)压力一定时,增大受力面积:①高楼大厦的地基很宽;②载重汽车有很宽大的轮子;③铁轨下铺设枕木(如图乙所示);④滑雪时穿上滑雪板。
(3)减小压力的同时增大受力面积:学生背书包上学时尽量少装物品,并选用背带较宽的书包(如图丙)。
知识点二:液体压强
一、液体压强的特点
1.液体内部有压强
如图所示,在一个两端开口的玻璃管底端扎好橡皮膜,或在侧壁有开口的玻璃圆筒上扎好橡皮膜,分别逐渐加水并观察现象。
实例 实验一 实验二
加水前
加水后
现象 橡皮膜向下凸出 橡皮膜向外凸出
2.U型管压强计
(1)作用:测量液体内部压强。
(2)构造:主要由U型管、橡皮管、探头(由空金属盒蒙上橡皮膜制成)三部分组成(如图所示)。
(3)工作原理:当将压强计的探头放入液体内部时,探头上的橡皮膜受到液体压强的作用会发生形变,使U型管两侧液面产生高度差。两侧液面的高度差越大,表明探头处橡皮膜受到的压强越大。
3.实验探究:液体内部压强的大小可能与哪些因素有关
图示 控制变量 现象分析 结论
控制探头的深度、液体的密度相同,改变压强计探头的方向 U型管两侧液面的高度差不变,即液体内部压强不变,说明液体内部压强与方向无关 液体内部向各个方向都有压强,同种液体在同一深度向各个方向的压强都相等
控制液体的密度、探头的方向相同,增大探头在液体中的深度 U型管两侧液面的高度差变大,即液体内部压强变大。由于液体的密度、探头的方向都是相同的,所以压强变大是深度增加引起的 同种液体内部的压强随深度的增加而增大
控制探头的方向、在液体中的深度相同,增大液体的密度 U型管两侧液面的高度差变大,即液体内部压强变大。由于深度、探头的方向都是相同的,所以压强变大是液体密度变大引起的 液体在同一深度产生的压强大小与液体的密度有关,密度越大,液体内部的压强越大
二、液体压强的大小
1.液体压强公式的推导
计算液面下深度为h处液体的压强时,可以设想在液面下深度为h处有一个水平放置的“平面”,计算这个平面上方的液柱对这个平面的压强。
设平面的面积为S,如图所示:
(1)液柱的体积:V=Sh,
(2)液柱的质量:m=ρV=ρSh;
(3)液柱对水平面的压力:F=G=mg=ρShg;
(4)水平面受到的液柱的压强:。
因此,液面下深度为h处液体的压强为p=ρgh。由于液体内部同一深度向各方向的压强都相等,所以我们只要算出液体竖直向下的压强,也就知道了这一深度处液体向各个方向的压强。
2.液体压强公式
(1)公式:p=ρgh
(2)公式中各字母表示的物理量和单位
字母 物理量 单位
p 压强 Pa
ρ 液体的密度 kg/m3
g 常量 N/kg
h 液体的深度 m
应用公式p=ρgh时,各个物理量的单位都应统一为国际单位制中的单位。ρ的单位用kg/m3,h的单位用m,计算出的压强p的单位才是Pa。
3.液体对容器底的压力与液体自身重力的关系
容器的形状是多种多样的,但可以归纳为如图所示三种基本类型。在求液体对容器底部的压力或压强时,我们可以根据需要,灵活运用相应公式进行计算。
容器类型 容器底部受到液体压力的定性分析 容器底部受到液体压力的等量分析
由于液体所受重力的方向是竖直向下的,可以认为柱状容器中液体重力全部作用在容器底部,所以F压=G液 液体对容器底部的压力:F压=pS=ρghS=ρgV柱,即F压=G液(V柱指液柱的体积)
在口大底小的敞口容器中,柱状线外部一部分液体的重力作用在斜面的侧壁上,液体对容器底的压力只等于以其底面积大小形成的柱状的重力,所以F压口小底大的缩口容器中,侧壁会受到液体垂直侧面斜向上的压力,因为物体间力的作用是相互的,所以侧壁不但不起支持液体的作用,反而给液体施加了一个斜向下的压力,于是容器底部不但要承受液体的重力,而且还要承受侧壁对液体施加的向下的压力,所以F压>G液 液体对容器底的压力:F压=pS=ρghS=ρgV柱=G柱,F压=G柱>G液,即F压>G液,(V柱、G柱指以容器底面积大小形成的液柱的体积和重力)
三、连通器
1.连通器:上端开口、下端连通的容器叫做连通器。
2.连通器的特点:连通器里装入同种液体,当液体部流动时,连通器各部分中的液面高度总是相同的,如图所示。
3.连通器内液面相平的原因:如图所示,当连通器内的液体静止时,设想在连通器底部连通的部分有一个小液片AB。
液体静止,液片处于平衡状态→水平方向液片受力平衡F1=F2→因相同,故液片两侧压强相等,即p1=p2→因p=ρgh,ρ、g相同,故两侧液柱高度相等,即h左=h右。
4.连通器的应用
茶壶的壶身和壶嘴构成连通器,方便倒水 下水弯的U型“反水弯”是一个连通器,阻挡下水道的异味进入室内 锅炉水位计的玻璃管和锅炉构成连通器,可显示锅炉内的水位 水塔和自来水管构成连通器,将水送到千家万户
过路涵洞是一个连通器,使水从道路一侧流到另一侧 养殖场的自动加水器实质上也是一个连通器,可保持饮水槽内水位不变 船闸利用连通器原理实现船只通航
知识点三:大气压强
一、大气压强的存在
1.大气压强:像液体一样,大气压强对浸在它里面的物体产生的压强叫大气压强,简称大气压或气压。
2.大气压强产生的原因:地球周围的空气因为受到地球的吸引而具有重力,因此对浸入大气的物体产生压强,同时因为大气具有流动性,因而大气内部向各个方向都有压强。
3.大气压强的特点
(1)大气向各个方向都有压强;
(2)在同一高度向各个方向的压强相等。
4.平时感受不到大气压存在的原因
大气压在我们周围时刻存在着,但我们却没有感受到,这是因为人身体内外空气相通,身体各部位内外所受的压力相同,内外平衡。
二、大气压强的测量
1.托里拆利实验
测量方法 将一个约1m长、一端封闭的玻璃管里灌满水银,用手指将管口堵住(如图甲所示),然后倒插在水银槽中(如图乙所示)。放开手指,管内水银面下降到一定高度时不再下降,这时管内外水银面高度差约为760mm,水银处于静止状态(如图丙所示)。
实验过程 丁图,玻璃管倾斜,水银柱长度变长,但竖直高度差不变
实验分析 玻璃管上端为真空,没有大大气压,管外水银面的上方是空气,玻璃管内的水银面之所以能够高于水银槽内的水银面,是因为大气压支撑管内这段水银柱使它不会落下
实验结论 大气压的数值等于它支撑的这段水银柱产生的压强,即p大气=p水银=ρ水银gh
交流讨论 我们通常把760mm高的水银柱产生的压强叫做标准大气压,用字母p0表示。 p0=ρ水银gh=13.6×103kg/m3×9.8N/kg×0.76m=1.013×105Pa。 这个实验最早是由意大利科学家托里拆利完成的,所以该实验被称为托里拆利实验。
2.对托里拆利实验的认识
(1)玻璃管中要充满水银,不能混有气泡。若玻璃管内混入少量空气,由于这部分空气也有压强,管内水银面的高度差会变小,使测得的大气压强值会偏小。
(2)水银柱的高度是指管内外水银面的竖直高度差,不是指管内水银柱的长度,所以实验过程中,只要测量正确(测量高度差),玻璃管是否倾斜不影响实验结果。
(3)做托里拆利实验时,不易选用粗管,原因是:①耗用水银多;②不容易堵住玻璃管口,易漏气。
(4)管内水银柱的高度与大气压的大小有关,而与管的粗细、长度、形状等无关。
(5)玻璃管管口在水银槽内的深度不影响实验结果,稍微向上提或向下按玻璃管,只能改变管内水银柱上方真空部分的体积,而水银柱的高度不变。
(6)若在管的顶端开一小孔,则玻璃管和水银槽构成连通器,管中液面会下降,最终管内外液面相平。
3.气压计
(1)定义:测量大气压的仪器叫做气压计。
(2)分类:水银气压计和无液气压计(金属盒气压计等)。
①水银气压计:在托里拆利实验中,如果玻璃管旁竖立一个刻度尺,读出水银柱的高度即可知道当时的大气压,这就是一个简单的水银气压计。水银气压计比较准确,但携带不便,常用于气象站和实验室。
②金属盒气压计:又叫无液体气压计。如图所示,其核心部分是一个抽成真空的金属盒及一个与盒中央相连的弹性钢片。盒的表面是波纹状的,大气压变化时,金属盒受力发生变化,与盒体相连的钢性弹片的弯曲程度也发生变化,固定在弹性钢片末端的拉杆就通过传动结构放大这种形变,如果刻度盘上标的是高度差,该仪器就成了登山用的高度计。
金属盒气压计及其工作原理示意图
(3)生活中的气压计:除测量大气压外,汽车轮胎、氧气瓶、灭火器、飞机机舱及太空站内的气体压强的测量都用到了气压计。
4.大气压强的变化
影响因素 具体描述
海拔 (1)海拔越高,气压越小,在海波3000m内,每升高10m,大气压越减小100Pa;(2)海平面附近的大气压越等于标准大气压。
气象 (1)晴天的大气压比阴雨天的高;(2)冬天的大气压比夏天的高。
二、大气压强的应用
1.活塞式抽水机的工作原理
活塞式抽水机是利用大气压工作的,通过活塞在圆筒中往复运动不断地将水抽取上来。
2.生活中的“吸力”
日常生活中的吸盘挂物中的“吸”、钢笔吸墨水中的“吸”、吸管吸饮料的中的“吸”,都不是“吸力”的作用,“吸力”是不存在的,实际上是大气压强的作用。
知识点四:流体压强与流速关系
一、流体压强与流速关系
1.流体:物理学中把具有流动性的液体和气体统称为流体。
2.实验探究:流体压强与流速的关系
3.生活中跟流体压强与流速关系相关的现象
事例 图解 分析
“香蕉球” 足球在飞行时快速旋转,旋转带动球面附近的空气一起流动,在旋转气流方向和迎面气流方向相同的一侧,形成相对低压区,另一侧形成相对高压区,足球在两侧压力差的作用下发生偏转,沿弧线前进
气流喷壶 水平管中的空气流速大,导致竖直细管最上端管口处压强减小,水在大气压的作用下上升并进入水平出水管,随气流喷出
站台安全线 列车进站时,带动附近的空气流速加快,在列车周围形成低压区,如果人离列车太近,就会被外侧较大的气压“推向”列车
风沿墙面吹过时窗帘飘向窗外 风刮过时,室外空气流速加快,压强减小,而室内空气流速很慢,压强较大,窗帘在室内、外压力差的作用下被“推向”窗外
二、飞机的升力
1.飞机机翼的形状
如图所示,可以看到机翼截面的大致形状,其上表面呈弯曲的流线型,下表面则比较平。
2.升力产生的原因
飞机前进时,机翼与周围的空气发生相对运动,相当于气流迎面流过机翼。气流被机翼分成上、下两部分,由于机翼横截面的形状上、下不对称,在相同时间内,机翼上方气流通过的路程较长,因而速度较大,对机翼上表面的压强较小;下方气流通过的路程较短,速度较小,对机翼下表面的压强较大。
机翼上表面受到的压强对机翼产生的压力F1,机翼下表面受到的压强对机翼产生的压力F2,因为机翼上、下表面存在压强差,这样就产生了向上的压力差,即飞机的升力(F=F2-F1)。
考点一.探究影响压力作用效果的因素
1.(2023 深圳)琴琴同学探究压强与受力面积的关系,得出了一个错误的结论。
(1)谁的压力大 ,谁的受力面积大 。(选填“海绵的大”“沙坑的大”“两个相等”)
(2)改进这两个实验的意见: 。
(3)对比甲图选择下面的 对比探究压强和压力大小的关系。
【解答】解:(1)本实验中,物体对海绵或沙子的压力大小等于物体的重力大小,压力大小相等;
受力面积即两物体的实际接触面积,故受力面积海绵的大;
(2)探究压强与受力面积的关系,要控制压力相同,只改变受力面积大小,甲、乙实验中,被压物质材料不同,故改进这两个实验的意见:选择海绵(或沙坑)做实验;
(3)探究压强和压力大小的关系,要控制受力面积相同,只改变压力大小,且受压面材料相同,故对比甲图选择A对比。
故答案为:(1)两个相等;海绵的大;(2)选择海绵(或沙坑)做实验;(3)A。
考点二.固体压强大小比较
2.(2023 西宁)如图甲所示,将一块质地均匀的长木板平放在水平桌面上,用水平向右的推力F缓慢推动长木板,直至图乙所示的位置。在此过程中,长木板对桌面的压力、压强的变化情况是( )
A.压力变小,压强变小 B.压力不变,压强变大
C.压力不变,压强不变 D.压力变大,压强变大
【解答】解:(1)长木板放在水平桌面上,长木板对桌面的压力等于长木板的重力,用水平向右的推力F缓慢推动长木板,直至图乙所示的位置,因长木板的重力不变,则对水平桌面的压力不变。
(2)长木板对水平桌面的压力不变,受力面积减小,由公式p可知,长木板对桌面的压强变大。
故选:B。
3.(2023 内蒙古)如图所示,取完全相同的均匀实心长方体1块、2块、3块分别竖放、平放、竖放在水平地面上,它们对地面的压强分别为pa、pb和pc,则( )
A.pa=pc>pb B.pa=pb<pc C.pa>pb>pc D.pa<pb<pc
【解答】解:设长方体物体的长、宽、高分别为a、b、h,
则1块长方体竖放时对水平地面的压强:pa,
2块长方体平放时对水平地面的压强:pb,
3块长方体竖放时对水平地面的压强:pc,
由题和图可知,a>b>h,且ha,
所以,它们对地面的压强关系为:pa=pc>pb。
故选:A。
考点三.压强的计算
4.(2023 莆田一模)如图所示,甲、乙是放在水平地面上的两个质量均匀的长方体,它们的密度之比ρ甲:ρ乙=4:5,底面积之比S甲:S乙=5:8,对水平地面的压强之比p甲:p乙=6:5,下列有关甲、乙的说法正确的是( )
A.甲、乙的质量之比是4:3
B.甲、乙的体积之比是8:9
C.将甲、乙分别沿水平方向切去相同的高度后,剩余部分对地面的压强可能相等
D.将甲、乙分别沿水平方向切去相同的体积后,剩余部分对地面的压强可能相等
【解答】解:A、由p可得甲、乙对水平地面的压力之比:,
因水平面上物体的压力和自身的重力相等,所以,由F=G=mg可得,甲、乙的质量之比:
,故A错误;
B、由ρ可得甲、乙的体积之比:
,故B错误;
C、由于水平面上的柱状物体对地面的压强可以利用p=ρgh比较,则切去相同的高度后,两者压强的变化量分别为:
Δp甲′=ρ甲gΔh,Δp乙′=ρ乙gΔh,
已知它们的密度之比ρ甲:ρ乙=4:5,则:ρ甲<ρ乙,
所以,Δp甲′<Δp乙′,
已知原来甲、乙对水平地面的压强之比p甲:p乙=6:5,即:p甲>p乙,
由于剩余部分对地面的压强p′=p﹣Δp,所以剩余部分对地面的压强不可能相等;故C错误;
D、因水平面上物体的压力和自身的重力相等,所以,物体对地面的压强:p,
切去相同体积时,两者压强的变化量分别为:Δp甲,Δp乙,
则:32:25,
所以,Δp甲>Δp乙,
已知原来甲、乙对水平地面的压强之比p甲:p乙=6:5,即:p甲>p乙,
由于剩余部分对地面的压强p′=p﹣Δp,所以剩余部分对地面的压强可能相等,故D正确。
故选:D。
5.(2023 邗江区二模)A、B两个质量均匀分布的正方体放在水平地面上如图甲所示,B的边长是A的2倍。将A沿竖直方向切去宽为L的部分,直至全部,把切去部分叠放在B上,B对地面的压强pB与L的变化关系如图乙所示。切割后,A剩余部分对地的压强为pA,则以下分析正确的是( )
A.B的重力是10N
B.L=2cm时,pA:pB=5:3
C.B的底面积为25cm2
D.A切去一半后,pA=1000Pa
【解答】解:(1)由乙图可知L的最大值为5cm,所以正方体A的边长为5cm=0.05m,
正方体B的边长是A的2倍,则B的边长为10cm=0.1m,B的底面积为10cm×10cm=100cm2,故C错误;
当L=0时,B对地面的压强为2000Pa,物体对地面的压力等于自身重力,根据压强公式可得pB,即2000Pa,解方程可得GB=20N,故A错误;
当L=5cm时,B对地面的压强为3000Pa,根据压强公式可得3000Pa,即3000Pa,解方程可得GA=10N,
A切去一半后,A对地面的压强pA4000Pa,故D错误;
(2)当L=2cm时,A对地面的压强为:
4000Pa,
B对地面的压强为:
2400Pa,
则,故B正确。
故选:B。
6.(2023 连云港)2023年4月26日,第十二届江苏省园艺博览会在连云港盛大开幕,其中科技田园描绘的“孙悟空”形象,成为一道靓丽的风景线。科技田园的维护主要依靠无人机,图中无人机正在给科技田园喷洒农药。已知该无人机空机质量为5kg,停放时与地面的总接触面积为80cm2,装满农药后的总质量为32kg,农药的密度为0.9×103kg/m3,g取10N/kg。求:
(1)该无人机空机状态停放时对水平地面的压强;
(2)该无人机可装农药的最大体积。
【解答】解:(1)该无人机空机的重力G空机=m空机g=5kg×10N/kg=50N,
该无人机空机状态停放时对水平地面的压力F=G空机=50N,
该无人机空机状态停放时对水平地面的压强p6250Pa;
(2)装满时所装农药的质量m药=m总﹣m空机=32kg﹣5kg=27kg,
该无人机可装农药的最大体积V药0.03m3。
答:(1)该无人机空机状态停放时对水平地面的压强为6250Pa;
(2)该无人机可装农药的最大体积为0.03m3。
7.(2023 兴庆区校级一模)2021年7月20日河南部分县区因强降雨导致交通阻断,电力、通信中断,给抢险救灾工作带来了巨大困难。为了快速启动应急救援,中国应急管理部在21日调动的“冀龙﹣2H”型无人机搭载华为无线设备,通过4G、5G通信技术及卫星传输,提供应急通信保障方案,完全摆脱地面供电、通信回传的束缚,在最关键的时刻恢复了灾区5个小时的对外通信,使灾区人民能够与自己的亲人进行联系,报平安并且发出求助信号。无人机的飞行控制系统简称“飞控”。无人机悬停还是飞行、向哪个方向飞行、上升还是下降等飞行指令都由“飞控”下达。“飞控”主要由感知飞行姿态的陀螺仪(控制飞行姿态)、GPS定位模块(与地面传递信息)、超声波传感器(探测障碍物)、气压传感器(获取气压获知高度)等各种功能的传感器及控制电路组成。“翼龙﹣2H”型无人机表面采用的复合材料受力不易形变,飞机外形采用流线型设计,可携带各种侦察、测距、电子对抗设备及小型空对地打击武器,广泛应用于如灾情监视、军事活动等领域。无人机部分参数如下:
最大飞行速度km/h 370 发动机额定功率/W 420
正常巡航速度km/h 218 翼展/m 20.5
最大续航时间/h 20 机身长度/m 11
满载质量/t 4.2
与地面接触总面积/m2 0.07
(1)利用无人机投掷救灾物资时,物资由于 要保持原来的运动状态,所以要适当的在目标的前方提前投掷;
(2)请从短文描述中找出蕴含的物理知识(至少二条,知识点不能重复);示例:无人机机身表面采用的复合,材料受力不易形变说明该种材料的硬度很大;
(3)该无人机从贵州安顺机场14:20起飞,于当天18:20到达米河镇上空,飞行平均速度为300km/h,求机场到米河镇的距离约为多少?
(4)当该机以满载质量停在水平跑道上时,求此时所受的重力大小(g=10N/kg);
(5)当该机以满载质量停在水平跑道上时,求此时无人机对水平跑道的压强。
【解答】解:(1)无人机投放救灾物资时,救灾物资由于惯性,保持原来的运动状态不变,继续向前飞行,救灾物资在下落过程中,仍会向前运动一段距离,所以投掷点应选在目标的前方提前投掷,物体才会掉在目标区;
(2)从短文描述中找出蕴含的物理知识有:通信技术及卫星传输说明设备使用电磁波传递信号;飞机外形采用流线型设计,是根据流速越大的位置,压强越小的知识;定位利用电磁波等;
(3)无人机从贵州安顺机场14:20起飞,于当天18:20到达米河镇上空,所用时间为:t=18:20﹣14:20=4h;
机场到米河镇的距离约为:s=vt=300km/h×4h=1200km;
(4)飞机满载质量时重力为:G=mg=4.2t×10N/kg=4.2×103kg×10N/kg=4.2×104N;
(5)无人机满载质量时对水平跑道的压强为:p6×105Pa。
答:(1)惯性;
(2)通信技术及卫星传输说明设备使用电磁波传递信号;飞机外形采用流线型设计,是根据流速越大的位置,压强越小的知识;定位利用电磁波等;
(3)机场到米河镇的距离约为1200km;
(4)飞机满载质量时重力为4.2×104N;
(5)无人机满载质量时对水平跑道的压强6×105Pa。
考点四.液体压强的概念和特点
8.(2023 聊城)如图所示,容器中间用隔板分成左右两部分,隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封闭。在隔板两侧分别装入清水和浓盐水,不能判断哪侧是清水,哪侧是浓盐水的是( )
A. B.
C. D.
【解答】解:
A、由图可知,橡皮膜向左边凸起,说明右边液体压强大,而左边的液面高度等于右边液面的高度,所以根据p=ρgh可知,左侧液体的密度小于右侧液体密度,即左侧是清水,右侧是浓盐水,故A不符合题意;
B、由图可知,橡皮膜平着,没有凸起,说明左、右两边边液体压强相等,而左边的液面高度低于右边液面的高度,根据p=ρgh可知,左侧液体的密度一定比右侧液体的密度大,即右侧是清水,左侧是浓盐水,故B不符合题意;
C、由图可知,橡皮膜向左边凸起,说明左边液体压强小,而左边的液面高度大于右边液面的高度,所以根据p=ρgh可知,左侧液体的密度小于右侧液体密度,即左侧是清水,右侧是浓盐水,故C不符合题意;
D、由图可知,橡皮膜向左边凸起,说明左边液体压强小,而左边的液面高度低于右边液面的高度,所以无法根据p=ρgh判断左右两侧液体的密度大小关系,故D符合题意。
故选:D。
9.(2023 济南)在学习“液体的压强”时,同学们通过活动体验了“液体内部向各个方向都有压强”后,物理老师把底部有小孔的空透明矿泉水瓶竖直压入水中,瓶中形成了如图所示的“喷泉”。各学习小组根据观察到的现象,提出了以下四个有待深入研究的问题。其中最有探究价值且易于探究的科学问题是( )
A.水内部的压强与所处的深度有什么关系?
B.液体内部的压强与所处的深度有什么关系?
C.液体内部的压强与液体的种类是否有关?
D.液体内部的压强与哪些因素有关?
【解答】解:由图可知,把底部有小孔的空矿泉水瓶竖直压入水中的深度不同,且深度越深,小孔水喷得更高,说明压强更大,所以该实验表明:在同种液体内部,压强随深度的增大而增大。因此探究“液体内部的压强与液体的深度有什么关系?”最有探究价值且易于探究。
故选:B。
考点五.液体压强的比较大小
10.(2023 兰山区校级模拟)将未装满水且密闭的矿泉水瓶,先正立放置在水平桌面上,再倒立放置.如图所示,两次放置时,水对瓶底和瓶盖的压强分别pA和pB,水瓶对桌面的压力分别为FA和FB,则( )
A.pA>pB,FA=FB B.pA<pB,FA>FB
C.pA<pB,FA=FB D.pA=pB,FA<FB
【解答】解:(1)由图可知,倒放时瓶中水的深度较大,根据p=ρgh可知,倒放时水对瓶盖的压强较大,即pA<pB;
(2)因为是同一个未装满水且密闭的矿泉水瓶,且水瓶对桌面的压力等于水和矿泉水瓶的总重力,所以两种情况下水瓶对桌面的压力相等,即FA=FB,故C正确,ABD错误.
故选:C。
考点六.探究液体内部的压强
11.(2023 内蒙古)某学习小组在“探究液体压强与哪些因素有关”的实验中,进行了如下操作和分析:
(1)某同学使用液体压强计前,发现U形管左右两侧液面存在高度差,如图甲所示。他接下来应该的操作是 (选填选项字母)。
A.从U形管内向外倒出适量的水
B.拆除软管重新安装
调整后,他用手指按压橡皮膜,发现U形管中的液面升降灵活,说明该装置 (选填“漏气”或“不漏气”)。
(2)根据乙和丁实验步骤, (选填“可以”或“不可以”)得出结论:液体内部压强的大小还跟液体的密度有关。理由是: 。
【解答】解:(1)若在使用压强计前,发现U形管内水面已有高度差,只需要将软管取下,再重新安装,这样U形管中两管上方的气体压强就是相等的(都等于大气压),当橡皮膜没有受到压强时,U形管中的液面就是相平的,故B正确;
故选:B;
用手轻轻按压几下橡皮膜,如果U形管中的液体能灵活升降,则说明装置不漏气;
(2)液体压强与液体密度和深度有关,探究与密度关系,必须控制深度相同,而乙和丁实验步骤,深度和密度都不同,故不能得出正确结论。
故答案为:(1)B;不漏气;(2)不可以;没有控制探头(橡皮膜)深度相同。
12.(2023 南安市模拟)某实验小组的同学在“探究液体内部的压强与哪些因素有关”的实验中,将两端开口的玻璃管一端扎上橡皮薄膜,竖直插入水或盐水的不同深度处,观察到橡皮薄膜分别向上凸起,实验现象如图中a、b、c所示。
(1)实验中判断液体内部压强的大小的方法是?
(2)如果要进一步测出图c中的盐水密度,实验器材为水、刻度尺,请你设计一个实验方案,简要写出实验步骤和结论。(“实验步骤”和“实验结论”中涉及的物理量用符号代替,其中重力加速度为g,水的密度为ρ水)
实验步骤: 。
实验结论: 。
【解答】解:(1)根据转换法,实验中是根据橡皮膜凸起程度来判断液体内部压强的大小的。
(2)实验步骤:
①用刻度尺量出c图中玻璃管进入盐水的深度为h1;
②向图c的玻璃管中倒入水,直到橡皮膜变得水平为止,用刻度尺量出c图中玻璃管中水的深度为h2;
实验结论:水和盐水产生压强相同,即p水=p盐水,ρ水gh2=ρ盐水gh1,
盐水的密度:
ρ盐水。
故答案为:(1)根据橡皮膜凸起程度来判断液体内部压强的大小的;
(2)实验步骤:①用刻度尺量出c图中玻璃管进入盐水的深度为h2;
②向图c的玻璃管中倒入水,直到橡皮膜变得水平为止,用刻度尺量出c图中玻璃管中水的深度为h1;
实验结论:ρ盐水。
故答案为:(1)根据橡皮膜凸起程度来判断液体内部压强的大小的;
(2)①用刻度尺量出c图中玻璃管进入盐水的深度为h2;
②向图c的玻璃管中倒入水,直到橡皮膜变得水平为止,用刻度尺量出c图中玻璃管中水的深度为h1;
ρ盐水。
考点七.液体压强的计算以及公式的应用
13.(2023 鼓楼区校级一模)如图,底面积不同的圆柱形容器中分别盛有甲、乙两种液体,甲、乙液体对各自容器底部的压强相等.若在甲容器中倒入或者抽出甲液体,在乙容器中倒入或者抽出乙液体,使得两液体对容器底的压力相等,则以下操作有可能实现的是( )
A.倒入相同质量 B.抽出相同质量
C.倒入相同体积 D.抽出相同体积
【解答】解:
AC、甲、乙液体对各自容器底部的压强相等,且S甲<S乙,由F=pS可知,甲、乙两种液体对容器底的压力关系F甲<F乙,又因为容器是柱形容器,即故液体重力关系G甲<G乙;又因为液体深度h甲<h乙,由p=ρgh可知,液体密度关系为ρ甲>ρ乙;要使倒入液体后液体对容器底压力相等,故倒入液体的重力关系必须满足ΔG甲>ΔG乙,由G=mg可知,倒入液体质量关系是Δm甲>Δm乙,由可知,倒入液体的体积可能相等,故A不符合题意,C符合题意;
BD、当抽出液体时,必须满足ΔG甲<ΔG乙,由G=mg可知,抽出液体质量关系是Δm甲<Δm乙,又因为液体密度关系ρ甲>ρ乙,由可知,抽出液体的体积关系为ΔV甲<ΔV乙,故BD都不符合题意。
故选:C。
考点八.大气压强的测量方法(
14.(2023 无锡)小华发现,压缩一个已经充气的气球感到很容易,但想把它压缩得很小却又很困难。由此她猜想被封闭的一定质量的气体产生的压强与体积可能有关,为此她准备了20mL的注射器、弹簧测力计、刻度尺、细绳等,进行探究,步骤如下:
(1)如图甲所示,用刻度尺测出注射器刻度部分的长度为 cm,则活塞的横截面积为 cm2。
(2)把注射器的活塞推至注射器筒的底端,排尽筒内的空气,然后用橡皮帽封住注射器的小孔,为了检验是否漏气,不增加器材,方法是 。
(3)如图乙所示,用细绳拴住注射器活塞的颈部,使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连,弹簧测力计一端固定并水平放置,然后水平向右慢慢地拉动注射器筒,当注射器活塞开始滑动时,弹簧测力计的示数如图乙所示为 N,此时外界大气压的数值为 Pa。
(4)取下橡皮帽,拉动活塞,让活塞的底端位于注射器4mL刻度处,用橡皮帽封住注射器的小孔,确保不漏气,此时注射器内被封闭的气体体积为4mL。再按照图乙的方式操作,水平向右慢慢地拉动注射器筒,当注射器内气体体积变为8mL时,弹簧测力计的示数为10N。继续向右慢慢地拉动注射器筒,记下注射器内气体体积与对应的弹簧测力计的示数,将所测数据记录在如表中。
注射器内气体体积V/mL 8 10 12 16 20
弹簧测力计的示数F/N 10 13.3 15 16
①当注射器内气体体积为10mL时,弹簧测力计示数为 N。
②当注射器内气体体积为20mL时,注射器内气体压强为 Pa。
【解答】解:
(1)如图甲所示,注射器刻度部分左端对准零刻线,右端对准10cm刻线,刻度尺的分度值为0.1cm=1mm,刻度尺测出注射器刻度部分的长度l=10.00cm;
活塞的体积V=20mL=20cm3,则活塞的横截面积为:S2cm2;
(2)排尽筒内的空气,然后用橡皮帽封住注射器的小孔,为了检验是否漏气,不增加器材,方法是:用手拉动注射器的活塞,如果比较容易拉动,则证明气密性不好,如果不容易被拉动,则证明气密性良好;
(3)如图乙,弹簧测力计的分度值为0.2N,读数为20N;
此时弹簧测力计的拉力等于外界大气压对活塞的压力F=20N,
外界大气压的数值p1×105Pa;
(4)①注射器内被封闭的气体体积为4mL,再用测力计拉动活塞时,测力计的拉力与注射器内气体对活塞的压力之和等于外界大气压对活塞的压力,
F测力计+F内=F大气压,
由步骤(3)可知,外界大气压对活塞的压力F大气压=20N,由此可得下表:
观察表中的数据可以发现:注射器内的气体变化为原来体积的2倍时,注射器内气体对活塞的压力减半,由上表可知,注射器内气体为20mL时注射器内气体对活塞的压力为4N,因此注射器内气体为10mL时注射器内气体对活塞的压力为8N,当注射器内气体体积为10mL时,弹簧测力计示数为:
F测力计=20N﹣8N=12N;
②当注射器内气体体积为20mL时,弹簧测力计的示数为16N,外界大气压对活塞的压力为20N,则注射器内气体对活塞的压力为:
F内=F大气压﹣F测力计=20N﹣16N=4N,
由压强公式p可得,注射器内大气压为:
p内2×104Pa。
故答案为:(1)10.00;2;(2)用手拉动注射器的活塞,如果比较容易拉动,则证明气密性不好,如果不容易被拉动,则证明气密性良好;(3)20;1×105;(4)12;①12;②2×104。
考点九.大气压的综合应用
15.(2023 保山二模)在做探究大气压强存在的实验时,小英将酒精棉点燃放入瓶中,将去皮的熟鸡蛋堵住瓶口,如图所示。发现瓶子把鸡蛋“吞”了进去。因此,小英认为是大气压把鸡蛋压入了瓶中。小青不同意这个观点,她认为瓶中空气受热后,有部分空气跑到瓶外,瓶中空气稀薄,对鸡蛋的托力变小,鸡蛋是在重力作用下进入瓶中的。请你用小英的实验器材,做实验证明,小英的观点是正确的。
【解答】解:实验设计如下:
将酒精棉点燃放入瓶中,手拿着瓶子使瓶口向下,再将去皮的熟鸡蛋堵住瓶口。
实验现象:鸡蛋照样“吞入”瓶中。
实验结论:由于重力方向是竖直向下的,鸡蛋向上运动,鸡蛋受的重力对鸡蛋进瓶没有帮助。鸡蛋完全是在大气压作用下进入瓶中的,所以小英的观点是正确的
考点十.流体压强与流速的关系
16.(2023 淄博)“做中学”是一种重要的学习方式,小明用吸管进行科学研究,正确的说法是( )
A.图甲:吸管的一端做得很尖,是为了减小压强
B.图乙:用吸管制成水气压计,从山下移到山顶时管内的水柱下降
C.图丙:用吸管自制温度计显示温度高低,利用了液体热胀冷缩的性质
D.图丁:用吸管对着两个乒乓球的中间吹气,乒乓球会向两边分开
【解答】解:A、吸管一端做得很尖,是在压力一定时,为了减小受力面积,增大压强,故A错误;
B、自制气压计从山下带到山顶,外界大气压减小,瓶内气压基本不变,把液体压入玻璃管内,细玻璃管内液柱上升,故B错误;
C、自制温度计利用了液体热胀冷缩的性质,故C正确;
D、向乒乓球中间吹气时,乒乓球中间空气流速大,压强变小,在流速小的地方压强较大,乒乓球外侧大气压不变,乒乓球外侧压强大于内侧压强,所以乒乓球向中间靠拢,故D错误。
故选:C。
17.(2023 攀枝花)某学校科学探究小组的同学们制作了如图所示的实验装置。装水的大瓶上端开口,下部侧壁开孔,并与粗细不均匀的水平管及竖直的A、B管连通。小瓶装满水后,开口向下倒扣在大瓶中,并固定在支架上。则下列说法中正确的是( )
A.大瓶水位缓慢下降后,小瓶中的水会迅速全部流入大瓶中
B.若同时打开止水阀S1、S2,待水面稳定后,B管的水面高于A管的水面
C.当管内水面稳定后,若用鼓风机在B管管口处沿水平方向吹气,B管内水面将下降
D.若关闭止水阀S2,打开止水阀S1,待水面稳定后,A、B两管的水面与大瓶中水面一样高
【解答】解:A、小瓶中的水受到大气压的作用,在瓶口没有露出水面前,瓶中的水不会流出,故A错误;
B、由流体流速大的位置压强小可知,若同时打开止水阀S1、S2,B管中水的流速较大,压强较小,待水面稳定后,B管的水面低于A管的水面,故B错误;
C、当管内水面稳定后,若用鼓风机在B管管口处沿水平方向吹气,B管上方的空气流速加快,压强减小,B管内水面将上升,故C错误;
D、若关闭止水阀S2,打开止水阀S1,大瓶、A管、B管构成连通器,待水面稳定后,A、B两管的水面与大瓶中水面一样高,故D正确。
故选:D。
18.(2023 呼和浩特)关于下面四幅图,下列说法正确的是( )
A.甲图是行走在沙漠中的骆驼,它之所以不会陷入沙中,是因为它对地面的压力和压强都大
B.乙图是工作中的船闸,其原理是连通器
C.丙图是自制水气压计,把它从山脚移到山顶,细管内水柱下降
D.丁图中,口含b管对a管上方吹气,a管水面上升是因为流速越大的位置压强越大
【解答】解:A、甲图是行走在沙漠中的骆驼,它之所以不会陷入沙中,是因为当它对地面的压力一定时,骆驼脚掌与沙漠的接触面积较大,则骆驼对沙面的压强较小,故A错误;
B、船闸属于连通器,在水不流动时,两侧水面保持相平,利用了连通器原理,故B正确;
C、把自制气压计从山下移到山顶,瓶内空气的压强不变,而外界大气压随高度的增加而减小,此时在瓶内气压的作用下会有一部分水被压入玻璃管,因此管内水柱会升高,故C错误;
D、丁图中,口含b管对a管上方吹气,a管上方气体流速加快,压强减小,因此a管水面将上升,故D错误。
故选:B。
19.(2023 高新区模拟)如图所示是指尖陀螺,该玩具中间的轴承内装有滚珠,边上有三个金属飞叶,用手拨动飞叶后,飞叶可以绕轴在指尖上长时间转动。下列分析正确的是( )
A.轴承内装滚珠,有利于减小摩擦
B.拨动飞叶后,飞叶转动,说明力可以改变物体的形状
C.飞叶被拨动才能旋转是因为运动要靠力来维持
D.飞叶旋转时飞叶周围的空气流速大,压强大
【解答】解:A、轴承内装滚珠,是变滑动为滚动,有利于减小摩擦,故A正确;
B、拨动飞叶后,飞叶转动,说明力可以改变物体的运动状态,故B错误;
C、飞叶被拨动后旋转是因为力能改变物体的运动状态,故C错误;
D、飞叶旋转时飞叶周围的空气流速大,压强小,故D错误。
故选:A。
考点十一.飞机的升力
20.(2023 沈阳)我国自主研发的C919大型客机,如图所示,于2023年5月28日圆满完成首次商业航班飞行。下列说法正确的是( )
A.机翼是利用气体流速大,压强大的原理获得升力
B.起飞时,飞机在跑道上加速滑行时惯性逐渐增大
C.降落时,随着高度降低,飞机相对于跑道是静止的
D.落地后,静止在停机坪上的飞机受到的力相互平衡
【解答】解:A、机翼是利用气体流速大,压强小的原理获得升力,故A错误;
B、惯性大小取决于物体的质量,与物体的运动状态无关,起飞时,飞机在跑道上加速滑行时惯性不变,故B错误;
C、降落时,随着高度降低,飞机相对于跑道的位置发生变化,是运动的,故C错误;
D、落地后,静止在停机坪上的飞机受到的重力和支持力大小相等、方向相反、作用在同一直线上,作用在同一物体上,为一对平衡力,故D正确。
故选:D。
一.选择题(共15小题)
1.(2023 海淀区校级模拟)很多动物为了适应自身生存的环境,进化了符合一定物理规律的身体特征。对此,从物理学角度给出的解释错误的是( )
A.泥鳅身上有粘液,能在遇到抓捕时减小摩擦,便于逃脱
B.骆驼的脚掌很大,可以减小压力,从而使其在沙漠中行走自如
C.深水里的海鱼,捕到岸上会死掉,是因为水面压强比深水处小得多
D.鸟类的翅膀上凸下平,上方空气运动速度大于下方,从而获得升力
【解答】解:A、泥鳅身上有许多粘液,可以在压力一定时,减小接触面的粗糙程度减小摩擦力,从而方便逃生,故A正确;
B、骆驼能在沙漠自如行走,是因为它的脚掌面积很大,在压力一定时减小了骆驼对地面的压强,从而不会陷入沙漠中,故B错误;
C、根据p=ρgh深海处的海水压强很大,深海鱼长期生活在深海处已经适应了这个压强,故把它打捞到岸上时压强远小于深海处的压强,所以会死掉,故C正确;
D、鸟类的翅膀上凸下平,使鸟的翅膀上方空气流速快压强小,从而获得向上的升力,故D正确。
故选:B。
2.(2023 阳谷县二模)如图所示,水平桌面上放有底面积和质量都相同的甲、乙、丙三个平底容器,分别装有深度相同、质量相等的不同液体。下列说法正确的是( )
A.容器对桌面的压力:F甲=F乙=F丙
B.容器对桌面的压强:p′甲<p′乙<p′丙
C.液体的密度:ρ甲<ρ乙<ρ丙
D.液体对容器底部的压强:p甲=p乙=p丙
【解答】解:AB、容器对桌面的压力等于容器的重力与液体的重力之和,而两容器和甲、乙两种液体质量相等,所以三容器的总重力相等,所以容器对桌面的压力相等,即F甲=F乙=F丙,故A正确;
因两容器底面积相同,且F甲=F乙=F丙,由p可知,容器对桌面的压强p甲′=p乙′=p丙′,故B错误;
CD、根据题图可知,甲、乙、丙液体的质量相等,丙液体的体积最大,其次是乙的体积,甲的体积最大,根据ρ可知,甲的密度最大,丙的密度最小,即ρ甲>ρ乙>ρ丙,故C错误;
因液体深度相同,且ρ甲>ρ乙>ρ丙,所以由p=ρgh可知,p甲>p乙>p丙,故D错误。
故选:A。
3.(2023 广水市模拟)生活处处有物理,留心观察皆学问,下列的现象解释正确的是( )
A.书包带做得宽大,是为了增大受力面积,减小压强
B.潜水员潜水时穿抗压潜水服,是因为海水压强随深度增加而减小
C.接种新冠疫苗时,用注射器将药液注入肌肉是利用了大气压强
D.飞机飞上天,利用了流速大的地方压强大的原理
【解答】解:A、书包带做得宽大,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故A正确。
B、深海潜水员必须穿抗压潜水服是因为海水压强随深度的增加而增大,故B错误。
C、用注射器注射药液是由于活塞受到推力的作用,不是利用大气压,故C错误。
D、机翼上方的空气流速大,压强较小;机翼下方的空气流速小,压强大,所以机翼受到一个向上的压强差,飞机受到向上的升力,故D错误。
故选:A。
4.(2023 南山区校级三模)如图所示,小雪用放在水平面上的两个实验装置来观察并研究大气压的变化,下列说法正确的是( )
A.甲图中大气压变大时,玻璃管内的液面会下降
B.乙图中大气压变小时,玻璃管内的液面会下降
C.把乙装置从高山脚下拿到高山顶上,玻璃管内外液面高度差变大
D.乙装置更能准确地测量出大气压的值
【解答】解:A、甲图是托里拆利实验,玻璃管内是真空,大气压的值等于玻璃管内液柱产生的压强,当大气压变大时,玻璃管内的液面会上升,故A错误;
B、乙图中,瓶内封闭部分气体的压强=玻璃管内水的压强+外界大气压,瓶内气压不变,外界大气压变小时,玻璃管内的液面会上升,故B错误;
C、把乙装置从高山脚下拿到高山顶上,大气压降低,玻璃管内液柱会在内部气压的作用下升高,玻璃管内外液面高度差变大,故C正确;
D、托里拆利实验能准确的测出大气压的值,图乙装置是自制简易气压计,虽然能测出水柱的高度,但不知道容器内的气体压强,所以不能测出大气压的值,故D错误。
故选:C。
5.(2023 淅川县一模)甲、乙两个完全相同的密闭圆台形容器,一正一反放置在相同水平桌面上,装有深度相同的不同液体。如图所示,甲、乙两容器受到的拉力分别为F甲和F乙,且F甲>F乙,两容器分别以2v和v的速度向右做匀速直线运动,两容器底部受到液体的压强分别为p1和p2,两容器对桌面的压强分别为p3和p4,则关于p1和p2以及p3和p4,以下说法正确的是( )
A.p1>p2、p3>p4 B.p1>p2、p3<p4
C.p1<p2、p3>p4 D.p1<p2、p3<p4
【解答】解:甲、乙两容器受到的拉力分别为F甲和F乙,且F甲>F乙,匀速运动时,两物体都处于平衡状态,所受的拉力和滑动摩擦力大小相等,滑动摩擦力与压力和接触面的粗糙程度有关,容器和桌面的接触面的粗糙程度相同,故两容器对地面的压力大小为F甲压>F乙压,且甲的底面积小于乙的底面积,根据p可知两容器对桌面的压强分别为p3>p4;
甲、乙容器完全相同,根据F压=G总可知,甲容器中液体的重力大于乙容器中液体的重力,根据G=mg可知甲容器中液体的质量大于乙容器中液体的质量,从图中可知甲容器中液体的体积小于乙容器中液体的体积,根据ρ可知甲容器中液体的密度大于乙容器中液体的密度,根据p=ρ液gh可知两容器底部受到液体的压强分别为p1>p2。
故选:A。
6.(2023 武汉模拟)如图所示,两个圆柱形容器甲和乙放在水平桌面上,甲比乙粗,它们分别装有体积相等的液体,甲容器中液体的密度为ρ甲,乙容器中液体的密度为ρ乙,两容器底部受到液体的压力分别为F甲、F乙。液体内A、B两点到容器底部的距离相等,其压强分别为pA、pB。若两容器底部受到的液体压强相等,则下列判断正确的是( )
A.ρ甲>ρ乙,pA<pB,F甲>F乙
B.ρ甲>ρ乙,pA>pB,F甲>F乙
C.ρ甲=ρ乙,pA=pB,F甲<F乙
D.ρ甲<ρ乙,pA<pB,F甲<F乙
【解答】解:两容器底部受到的液体压强相等,由图可知,甲中液体深度小于乙中液体深度,由p=ρgh可知,甲中液体密度大于乙中液体密度,即ρ甲>ρ乙;
由p=ρgh可知,由于液体内A、B两点到容器底部的距离相等,A点以下的液体压强大于B点以下的液体压强,所以p甲﹣pA下<p乙﹣pB下,
即pA<pB,
两容器底部受到的液体压强相等,甲容器受力面积大于乙容器受力面积,
由F=pS可知,甲容器底部受到液体的压力大于乙容器底部受到液体的压力,即F甲>F乙,故A正确,BCD错误。
故选A。
7.(2023 大渡口区二模)质量分布均匀的实心正方体甲、乙放在水平地面上,将甲、乙沿水平方向切去高度Δh,剩余部分对地面的压强p与Δh的关系如图所示。已知甲的密度为8×103kg/m3,乙的边长为20cm,则下列说法正确的是( )
A.乙的密度是3kg/m3
B.图中A点的纵坐标是3.2×103Pa
C.当Δh均为5cm时,甲、乙剩余部分压强之比为8:9
D.当Δh均为0时,将甲叠放在乙上,乙对地面压强为3.2×103Pa
【解答】解:A.由图像可知,当Δh=0时,正方体乙对地面的压强为6×103Pa,根据公式p=ρgh可知,正方体乙的密度为:
,
故A错误;
B.由图可知,正方体甲的边长h甲=10cm=0.1m,图中A点表示将正方体甲、乙沿水平方向切去高度均为Δh时,剩余部分对地面的压强相等,即p甲′=p乙′,则ρ甲h甲′g=ρ乙h乙′g,
那么ρ甲(h甲﹣Δh)g=ρ乙(h乙﹣Δh)g,代入数据可得:
8×103kg/m3×(0.1m﹣Δh)×10N/kg=3×103kg/m3×(0.2m﹣Δh)×10N/kg,
解得:Δh=0.04m=4cm,
所以,p甲′=p乙′=3×103kg/m3×(0.2m﹣0.04m)×10N/kg=4.8×103Pa,
即图中A点的纵坐标是4.8×103Pa,故B错误;
C.当Δh均为5cm=0.05m时,正方体甲剩余部分压强为:p甲剩=ρ甲gh甲剩=8×103kg/m3×10N/kg×(0.1m﹣0.05m)=4×103Pa,
正方体乙剩余部分压强为:p乙剩=ρ乙gh乙剩=3×103kg/m3×10N/kg×(0.2m﹣0.05m)=4.5×103Pa,
正方体甲、乙剩余部分压强之比为:,
故C正确;
D.正方体甲的质量为:m甲=ρ甲V甲=8×103kg/m3×(0.1m)3=8kg,
正方体乙的质量为:m乙=ρ乙V乙=3×103kg/m3×(0.2m)3=24kg,
当Δh均为0时,将正方体甲叠放在正方体乙上,此时正方体乙对地面的压力为:
F乙=G甲+G乙=m甲g+m乙g=8kg×10N/kg+24kg×10N/kg=80N+240N=320N
此时正方体乙对地面产生的压强为:,
故D错误。
故选:C。
8.(2023 黄埔区校级模拟)如图甲、乙两人在完全相同的水平沙滩散步,留下深浅相同、大小不同的脚印。则甲( )
A.所受的重力较大
B.所受的压力与乙的相等
C.对沙滩的压强较大
D.对沙滩的压强较小
【解答】解:甲、乙两人在完全相同的水平沙滩散步,他们在沙地上留下的脚印深浅相同,则他们对沙地的压强相等,即p甲=p乙,故CD错误;
因S甲>S乙,所以,由p可得,F甲>F乙,故B错误;
由于物体对水平面的压力等于重力,因此甲的重力较大,故A正确。
故选:A。
9.(2023 平潭县模拟)如图所示,平静的湖中,下列哪处水的压强最小( )
A.a B.b C.c D.d
【解答】解:深度是指某点到液面的竖直距离,则由图可知a点的深度最小,根据公式p=ρgh可知,a处水的压强最小。
故选:A。
10.(2023 宛城区三模)如图所示,水平桌面上放有底面积和质量都相同的甲、乙两平底容器,分别装有深度相同、质量相等的不同液体,下列说法正确的是( )
A.液体的密度:ρ甲=ρ乙
B.液体对容器底部的压强:p甲>p乙
C.容器对桌面的压力:F甲>F乙
D.容器对桌面的压强:p甲'>p乙'
【解答】解:AB、从图中可知乙中液体的体积大于甲中液体的体积,因为液体质量相同,根据ρ可知ρ甲>ρ乙,因两容器中液体的深度相同,根据p=ρ液gh知,液体对杯底的压强p甲>p乙,故A错误,B正确;
CD、水平桌面上,甲、乙两个容器中两种液体质量相等,容器的质量相等,根据G=mg可知二者的总重力相等,故容器对桌面的压力F甲=F乙,容器的底面积相同,由p得,容器对桌面的压强:p'甲=p'乙,故CD错误。
故选:B。
11.(2023 汕头二模)如图所示,U形管中左边装水右边装某种油,当液体不流动时,相关参数如图所示,则下列有关叙述中正确的有( )
A.该U形管不属于连通器
B.该油的密度为0.8×103kg/m3
C.将右边试管内倒出3cm的油可以使左右液面相平
D.向左边试管内加入一部分水,当液体不流动时可能使左右液面相平
【解答】解:A、该U形管上端开口、下端连通,可看作是连通器,故A错误;
B、以U形管右边水和油的分界面作一水平线,则U形管两侧液体产生的压强相等,即p左=p右,由图知h水=12cm=0.12m,h油=15cm=0.15m,
由液体压强公式可得:ρ水gh水=ρ油gh油,
代入数据有1.0×103kg/m3×0.12m×10N/kg=ρ油×0.15m×10N/kg;
解得ρ油=0.8×103kg/m3,故B正确;
CD、连通器中装有同种液体静止时,液面相平,无论左侧添加还是右侧倒出,两侧的液体种类不同,密度不等,液面不可能相平,故CD错误。
故选:B。
12.(2023 东莞市校级二模)如图所示,水平桌面上有一长为L,质量分布均匀的木板M,右端与桌边对齐,在水平力F的作用下,沿直线向右匀速离开桌边,在此过程中,下列说法正确的( )
A.M对桌面的压强变大,摩擦力不变
B.M对桌面的压强变大,摩擦力变小
C.M对桌面的压强变小,压力不变
D.M对桌面的压强不变,压力不变
【解答】解:(1)因水平面上物体的压力和自身的重力相等,
所以,在水平力F的作用下沿直线向右匀速离开桌边时,木板对桌面的压力F不变,
因在水平力F 的作用下沿直线向右匀速离开桌边时,木板与桌面的接触面积变小,受力面积变小,
所以,由p可知,长木板对桌面的压强变大,故CD错误;
(2)因滑动摩擦力的大小只与接触面的粗糙程度和压力的大小有关,
所以,在水平力F 的作用下沿直线向右匀速离开桌边时,压力和接触面的粗糙程度不变,
所以,木板受桌面的摩擦力不变,故A正确、B错误。
故选:A。
13.(2023 莱阳市模拟)共享单车是节能环保的交通工具,关于某同学骑共享单车上学的情形,下列说法正确的是( )
A.单车的座位做得较宽大是为了减小压力
B.车尾反光片可以保护骑行者的安全,它是利用了光的折射
C.在正常骑行过程中,自行车后轮对地面的摩擦力是向前的
D.停止蹬车后,车仍然继续向前运动是因为车受惯性力的作用
【解答】解:A、单车的座位做得较宽大,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故A错误;
B、反光片可以保护骑行者的安全是利用了光的反射,故B错误;
C、自行车的后轮是驱动轮,前轮是从动轮;自行车加速时,后轮对地面有一个水平向后的摩擦力,由于物体间力的作用是相互的,所以地面也同时给后轮一个水平向前的摩擦,这个摩擦力驱动自行车向前运动,故C正确;
D、停止蹬车后,车仍然继续向前运动是因为车具有惯性,惯性不是力,不能说受到惯性作用,故D错误。
故选:C。
14.(2023 安次区校级模拟)如图所示是重为1N、高为9cm和底面积为30cm2的杯子静止放在水平桌面上(杯子厚度不计)。在杯中加入重为2N、深为6cm的水。则下列说法正确的是( )
A.水对杯底的压强为900Pa
B.水对杯底的压力为2N
C.水杯对桌面的压力为2.8N
D.水杯对桌面的压强为1000Pa
【解答】解:AB、水对杯底的压强为:p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.06m=600Pa,故A错误;
水对杯底的压力为:F=pS=600Pa×30×10﹣4m2=1.8N,故B错误;
CD、杯子静止在水平桌面上,水杯对桌面的压力等于水与杯子的总重力,
即F′=G总=G杯+G水=1N+2N=3N,故C错误;
水杯对桌面的压强为:p'1000Pa,故D正确。
故选:D。
15.(2023 沂源县一模)如图所示,擦窗机器人凭借其底部的真空泵将吸盘内的空气向外抽出,牢牢地吸附在竖直玻璃上,下列有关擦窗机器人的说法正确的是( )
A.能吸在竖直玻璃上是因为吸盘内的气压大于外界大气压
B.擦玻璃过程中,它相对于玻璃是静止的
C.静止在竖直玻璃上时,受到的摩擦力方向是竖直向上的
D.沿水平方向匀速擦玻璃时,它的运动状态发生变化
【解答】解:A、吸盘内的空气被排出,吸盘内的气压小于外界大气压,故A错误;
B、擦窗户玻璃时,“擦窗机器人”相对玻璃之间发生了位置的变化,是运动的,故B错误;
C、“擦窗机器人”静止时处于平衡状态,即受力平衡,在竖直方向上摩擦力和重力平衡,则摩擦力大小等于重力大小,方向相反,摩擦力竖直向上,故C正确;
D、沿水平方向匀速擦玻璃时,速度大小和方向都不变,说明运动状态不变,故D错误。
故选:C。
二.实验探究题(共3小题)
6.(2023 两江新区校级模拟)如图1所示,小宁用压强计“探究影响液体内部压强大小的因素”。
(1)通过图1甲观察发现压强计 (选填“是”或“不是”)连通器;实验开始前应对装置进行检查,当用手指按压(不论轻压还是重压)橡皮膜时,发现U形管两边液面的高度几乎不变,则说明装置 ;
(2)小宁把压强计的橡皮膜和橡皮管更换后,在使用压强计前,发现U形管内水面已有高度差,接下来的操作应是 ;
A.从U形管内向外倒出适量水
B.拆除软管重新安装
C.向U形管内添加适量水
(3)完成上述操作后,如图1乙、丙所示是将该装置的探头放入水中不同深度的情况,比较后可初步得出结论:液体内部的压强随深度的增加而 ;
(4)小宁同学利用U形管压强计改装成如图1戊所示的测量某种未知液体的密度的密度计。A为固定支架,其作用是保证橡皮膜在不同的液体中深度均为5cm。U形管盛水,其右管标有刻度值,为了便于读数,在U形管右管有一个指示液面位置的红色浮标。未测量时,U形管水面刚好与a相平。当橡皮膜放入某液体中时,浮标指示在b处,小宁利用刻度尺测出a、b之间的距离为2.0cm,则该液体的密度为 g/cm3;
(5)同组的小刚同学,利用实验室的电子秤和一个实心金属圆柱体也测出了未知液体的密度,如图2所示:
①用细线拉着圆柱体,使其一半浸入水中,记下台秤的示数为m1=112.0g;
②用细线拉着圆柱体,浸没入水中,记下台秤的示数为m2=162.0g;
③将圆柱体从水中取出擦干后,用细线系住物体浸没于与水等质量的未知液体中,记下台秤的示数m3=152.0g;
小刚根据实验数据计算出了实心金属圆柱体的体积为 cm3,未知液体的密度ρ= kg/m3;
(6)实验最后,小宁发现自己测出的未知液体密度总是小于小刚的测量值,多次实验后仍然如此。小宁和小刚重新回顾了整个实验,发现造成该现象的原因是 。
【解答】解:(1)形管本身是一个连通器,但与压强计的探头连接后,一端被封闭,不符合“上端开口,底部连通”这一特点,因此,不是连通器;使用前应检查装置是否漏气,在保证橡皮管与U形管导通良好的情况下,当用手指按压(不论轻压还是重压)橡皮膜时,发现U形管两边液面的高度几乎不变,说明装置漏气;
(2)若在使用压强计前,发现U形管内水面已有高度差,只需要将软管取下,再重新安装,这样U形管中两管上方的气体压强就是相等的(都等于大气压),当橡皮膜没有受到压强时,U形管中的液面就是相平的,故B正确;
(3)乙和丙比较,水的密度一定,橡皮膜的方向相同,深度不同,深度越大压强越大,可得出结论:同一液体,液体内部压强随深度的增加而增大;
(4)当橡皮膜放入某液体中深度为5cm,ab右管升高2cm,左管下降2cm,则左右两管水面高度差为4cm,
根据液体压强计受到的压强等于左右两管水产生的压强差,
所以,p液=p水,
则有:ρ液gh液=ρ水gh水,
则ρ液ρ水1g/cm3=0.8g/cm3;
(5)步骤②中水对容器底部的压力比步骤①中增大了:
F=G排=(m2﹣m1)g=(0.162kg﹣0.112kg)×10N/kg=0.5N;
圆柱体完全浸没时,在水中受到的浮力为:F浮=2F=×0.5N=1N,
根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排知圆柱体的体积为:
V=V排2×10﹣4m3=200cm3,
在未知液体中受到浮力为:
F液浮=G液排={m3﹣[m1﹣(m2﹣m1)]}g=(m3+m2﹣2m1)g=(0.152kg+0.162kg﹣2×0.112kg)×10N/kg=0.9N,
根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排知未知液体的密度为:
ρ液0.45×103kg/m3;
(6)小宁发现自己测出的未知液体密度总是小于小刚的测量值,其原因是橡皮膜发生形变,造成U形管左侧的气压减小,测得U形管两侧液面的高度差减小,即h水减小,由上面表达式可知液体密度的测量值总是偏小。
17.(2023 谷城县校级模拟)如图所示,容器中间用隔板分成左右两部分底面积之比为2:3,隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封闭,圆孔直径可忽略不计。橡皮膜两侧压强不同时其形状为一凹面。小明和小红用它来做“探究液体压强跟哪些因素有关”的实验。
(1)小明向两侧容器内分别注入相同质量的水,水不溢出,发现橡皮膜向 凸起,说明液体压强跟深度有关。
(2)小红向左右两侧容器内分别注入相同质量的水和某种液体,两侧液面相平且都不溢出,发现橡皮膜向右凸起,说明液体压强跟 有关。
(3)小明做完实验后又将右侧容器内的液体吸尽擦干,并注入另一种液体,发现当橡皮膜变平时此容器中的液面低于左侧,水对容器底的压强 液体对容器底的压强。(选填大于、等于或小于)
【解答】解:(1)小明向两侧容器内分别注入相同质量的水,根据密度公式V可知,水的体积相同,因容器中间用隔板分成左右两部分面积之比为2:3,故橡皮膜中心处在左侧水中的深度大,发现橡皮膜向右凸起,根据控制变量法,说明液体压强跟深度有关;
(2)小红向左右两侧容器内分别注入相同质量的水和某种液体,两侧液面相平(橡皮膜中心处在两种液体的深度相同)且都不溢出,发现橡皮膜向右凸起,可知左侧液体产生的压强大,说明液体压强跟液体的密度有关;
(3)小明做完实验后又将右侧容器内的液体吸尽擦干,并注入另一种液体,发现当橡皮膜变平时(水和液体产生的压强相等)此容器中的液面低于左侧,根据p=ρgh,因橡皮膜处在右侧液体中的深度小,可知液体的密度大于水的密度;容器底到橡皮膜中心的高度相同,根据p=ρgh可知橡皮膜中心以下液体产生的压强大于水产生的压强,因橡皮膜中心以上水和液体产生的压强相同,故水对容器底的压强小于液体对容器底的压强。
故答案为:(1)右;(2)液体的密度;(3)小于。
三.计算题(共2小题)
19.(2023 港南区三模)如图甲所示,高为25cm的轻质方形容器B水平放置,内有一个密度为0.6g/cm3、边长为10cm的实心正方体A,A下表面中央与容器B的底部用一根长10cm的细绳相连(细绳质量、体积忽略不计)。向容器内缓慢加入1000cm3某液体,A漂浮于液面,此时液面深度为10cm;用6N竖直向下的力作用在A上,使其恰好完全浸没,如图乙所示。求:
(1)实心正方体A的重力;
(2)液体的密度;
(3)A恰好浸没时容器对桌面的压强大小;
(4)撤去6N压力后,继续向容器内加入该液体,假设继续加入液体的体积为Vcm3,求该容器底部受到的液体压强p随V变化的函数关系表达式。
【解答】解:(1)A的质量为:mA=ρAVA=0.6×103kg/m3×(0.1m)3=0.6kg;
A的重力为:GA=mAg=0.6kg×10N/kg=6N,
(2)A恰好完全浸没时受到的浮力为:
F浮=GA+F=6N+6N=12N,
由阿基米德原理可知,加入液体的密度为:
ρ液1.2×103kg/m3;
(3)加入液体的重力为:
G液=m液g=ρ液V液g=1.2×103kg/m3×1000×10﹣6m3×10N/kg=12N,
因柱形容器对支持面的压力等于容器、容器内液体、物体的重力和压力F之和,
又因容器为轻质容器,所以容器对支持面的压力为:
F压=G液+GA+F=12N+6N+6N=24N,
A漂浮时受到浮力为:F浮'=GA=6N,
此时A排开液体的体积为:
V排'5×10﹣4m3=500cm3,
所以容器B的底面积为:
SB150cm2,
所以A恰好浸没时容器对桌面的压强为:
p1600Pa;
(4)A漂浮时浸入液体的深度为:
h15cm,
当细线恰好拉直时,此时注入容器B内液体的体积为:
V1=SB(L+h1)﹣V排'﹣V液=150cm2×(10cm+5cm)﹣500cm3﹣1000cm3=750cm3,
所以当注入液体的体积V<750cm3时,容器内液体的深度为:
h210(cm),
容器底部受到的液体压强p随V变化的函数关系表达式为:
p=ρ液gh2=1.2×103kg/m3×10N/kg×(10)×10﹣2m=1200+0.8V(Pa);
当A恰好浸没时,此时注入容器B内液体的体积为:
V2=SB(L+hA)﹣VA﹣V液=150cm2×(10cm+10cm)﹣1000cm3﹣1000cm3=1000cm3,
所以当注入液体的体积750cm3≤V<1000cm3时,容器内液体的深度为:
h3=L+h110cm+5cm(cm),
容器底部受到的液体压强p随V变化的函数关系表达式为:
p=ρ液gh3=1.2×103kg/m3×10N/kg10﹣2m=2.4V(Pa);
当注入液体恰好装满容器时,此时注入的液体体积为:
V3=SBhB﹣VA﹣V液=150cm2×25cm﹣1000cm3﹣1000cm3=1750cm3,
所以当注入液体的体积1000cm3≤V<1750cm3时,容器内液体的深度为:
h4=L+hA10cm+10cm20(cm),
容器底部受到的液体压强p随V变化的函数关系表达式为:
p=ρ液gh4=1.2×103kg/m3×10N/kg×(20)×10﹣2m=1600+0.8V(Pa);
当注入液体装满容器后,继续注入液体容器内液体的深度不变,压强保持不变,
所以当注入容器内的液体体积V≥1750cm3时,容器底部受到的液体压强为:
p=ρ液ghB=1.2×103kg/m3×10N/kg×0.25m=3000Pa。
答:(1)实心正方体A的重力为6N;
(2)液体的密度为1.2×103kg/m3;
(3)A恰好浸没时容器对桌面的压强大小为1600Pa;
(4)当注入液体的体积V<750cm3时,容器底部受到的液体压强p随V变化的函数关系表达式为:p=1200+0.8V(Pa);
当注入液体的体积750cm3≤V<1000cm3时,容器底部受到的液体压强p随V变化的函数关系表达式为:p=2.4V(Pa);
当注入液体的体积1000cm3≤V<1750cm3时,容器底部受到的液体压强p随V变化的函数关系表达式为:p=1600+0.8V(Pa);
当注入容器内的液体体积V≥1750cm3时,容器底部受到的液体压强p随V变化的函数关系表达式为:p=3000Pa。
20.(2023 青秀区校级一模)如图(a)所示,轻质薄壁圆柱形容器甲置于水平地面上,容器底面积为2S,高为0.2m,内盛0.15m深的水。
(1)若容器的底面积为4×10﹣2m2,求容器中水的质量m;
(2)求(a)图中水对容器底部的压强p;
(3)现有圆柱体乙其面积为S、高为0.3m,密度为6ρ水,如图(b)所示,在乙上方沿水平方向切去高为Δh的部分A(Δh<0.3m)如图(c)所示,将A竖直放入容器甲中(A与甲底部没有密合),并将此时的容器置于剩余圆柱体B的上方中央。
(a)若要使水对容器底部的压强p水最大,求切去部分A高度的最小值Δh小;
(b)水对容器底部的压强p水,地面受到的压强p地,求p水:p地的最大值。
【解答】解:(1)水的体积V=Sh=4×10﹣2m2×0.15m=6×10﹣3m3,
由ρ得容器中水的质量:m=ρ水V=1×103kg/m3×6×10﹣3m3=6kg;
(2)(a)图中水对容器底部的压强:p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.15m=1.5×103Pa;
(3)(a)若要使水对容器底部的压强p水最大,需要水深最大,排开水的体积:V水=2S×(0.2m﹣0.15m)=(2S﹣S)×Δh小,
解得,Δh小=0.1m;
(b)水对容器底部的压强最大压强:p水=ρgh=0.2m×ρ水g;
地面受到的最小压力时,就是排出最多的水时,当A的高度大于容器的高就可以溢出最多的水,即当0.3m>△h≥0.2m时溢出的水最多、地面受到的压力最小,地面受到的压强最小:
p地2ρ水g,
p水:p地=0.2m×ρ水g:2m×ρ水g=1:10。
答:(1)容器中水的质量为6kg;
(2)(a)图中水对容器底部的压强为1.5×103Pa;
(3)(a)切去部分A高度的最小值为0.1m;
(b)p水:p地的最大值为。
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专题9 压强
知识点一:压强
一、压力
1.压力:物体间由于发生挤压而垂直作用在受力面上的力。
2.产生条件:两个物体必须接触,而且有挤压的作用。
(1)静止在水平地面上,紧靠墙角的小球,由于墙与小球接触但无挤压作用,它们之间没有形变,因此不存在压力(如图)。
(2)人靠墙站立时,由于墙与人之间有挤压作用,因此它们之间存在压力(如图所示)。
3.方向:垂直于受力物体表面并指向被压物体。
4.作用点:在被压物体的受力面上,作用点等效作用在接触面中心。
5.性质:压力是相互接触的物体彼此挤压对方使物体表面发生弹性形变而产生的力,属于弹力。
6.压力和重力的区别与联系
A对斜面的压力 A受到的重力
区别 施力物体 物体 地球
受力物体 支持物(斜面) 物体
性质 弹力 引力
产生原因 物体间相互接触并挤压 地球的吸引
大小 — G=mg
方向 垂直于受力物体表面并指向被压物体 竖直向下
作用点 受压物体表面 重心
示意图
联系 只有物体处于水平面且在竖直方向只受重力和支持力时,物体对水平面压力的大小、方向才跟重力的大小、方向相同,但压力不是重力
三、压强
1.定义:物体所受压力与受力面积之比(比值定义法)。
2.物理意义:表示压力作用效果的物理量。
3.公式:。F-压力,单位为N;S-受力面积,单位m2;p-压强(单位Pa)。
4.单位:帕斯卡,简称帕,用符号Pa表示。
5.变形公式:根据公式及其变形公式F=pS、可以进行压强、压力和受力面积的计算。
6.应用压公式的注意事项
(1)为压强的定义式,运用于所有状态下的压强的计算。
(2)根据公式及其变形公式F=pS、可以进行压强、压力和受力面积的计算。
(3)公式中的“S”为受力面积,是指两个物体实际的接触面积。
常见面积单位换算关系为:1m2=104cm2=106mm2。
(4)公式中的“F”为压力,不是重力,但受力面积为水平面且物体在竖直方向只受重力和支持力时,压力大小等于重力大小。
三、怎样减小或增大压强
1.增大压强
(1)受力面积一定时,增大压力:①给压路机装上质量很大的碾子;②利用重锤钉钉子;③刹车时用力握住车闸。
(2)压力一定时,减小受力面积:①刀斧、切屑工具的刀片都会磨的很薄;②图钉(如图甲)、针、锯齿的尖端加工得很尖。
(3)增大压力同时减小受力面积:砍柴时,斧头磨得很锋利,同时家加大力量。
图甲:图钉尖很尖 图乙:铁轨下铺设枕木 图丙:书包带很宽
2.减小压强
(1)受力面积一定时,减小压力:现代建筑中广泛使用空心砖。
(2)压力一定时,增大受力面积:①高楼大厦的地基很宽;②载重汽车有很宽大的轮子;③铁轨下铺设枕木(如图乙所示);④滑雪时穿上滑雪板。
(3)减小压力的同时增大受力面积:学生背书包上学时尽量少装物品,并选用背带较宽的书包(如图丙)。
知识点二:液体压强
一、液体压强的特点
1.液体内部有压强
如图所示,在一个两端开口的玻璃管底端扎好橡皮膜,或在侧壁有开口的玻璃圆筒上扎好橡皮膜,分别逐渐加水并观察现象。
实例 实验一 实验二
加水前
加水后
现象 橡皮膜向下凸出 橡皮膜向外凸出
2.U型管压强计
(1)作用:测量液体内部压强。
(2)构造:主要由U型管、橡皮管、探头(由空金属盒蒙上橡皮膜制成)三部分组成(如图所示)。
(3)工作原理:当将压强计的探头放入液体内部时,探头上的橡皮膜受到液体压强的作用会发生形变,使U型管两侧液面产生高度差。两侧液面的高度差越大,表明探头处橡皮膜受到的压强越大。
3.实验探究:液体内部压强的大小可能与哪些因素有关
图示 控制变量 现象分析 结论
控制探头的深度、液体的密度相同,改变压强计探头的方向 U型管两侧液面的高度差不变,即液体内部压强不变,说明液体内部压强与方向无关 液体内部向各个方向都有压强,同种液体在同一深度向各个方向的压强都相等
控制液体的密度、探头的方向相同,增大探头在液体中的深度 U型管两侧液面的高度差变大,即液体内部压强变大。由于液体的密度、探头的方向都是相同的,所以压强变大是深度增加引起的 同种液体内部的压强随深度的增加而增大
控制探头的方向、在液体中的深度相同,增大液体的密度 U型管两侧液面的高度差变大,即液体内部压强变大。由于深度、探头的方向都是相同的,所以压强变大是液体密度变大引起的 液体在同一深度产生的压强大小与液体的密度有关,密度越大,液体内部的压强越大
二、液体压强的大小
1.液体压强公式的推导
计算液面下深度为h处液体的压强时,可以设想在液面下深度为h处有一个水平放置的“平面”,计算这个平面上方的液柱对这个平面的压强。
设平面的面积为S,如图所示:
(1)液柱的体积:V=Sh,
(2)液柱的质量:m=ρV=ρSh;
(3)液柱对水平面的压力:F=G=mg=ρShg;
(4)水平面受到的液柱的压强:。
因此,液面下深度为h处液体的压强为p=ρgh。由于液体内部同一深度向各方向的压强都相等,所以我们只要算出液体竖直向下的压强,也就知道了这一深度处液体向各个方向的压强。
2.液体压强公式
(1)公式:p=ρgh
(2)公式中各字母表示的物理量和单位
字母 物理量 单位
p 压强 Pa
ρ 液体的密度 kg/m3
g 常量 N/kg
h 液体的深度 m
应用公式p=ρgh时,各个物理量的单位都应统一为国际单位制中的单位。ρ的单位用kg/m3,h的单位用m,计算出的压强p的单位才是Pa。
3.液体对容器底的压力与液体自身重力的关系
容器的形状是多种多样的,但可以归纳为如图所示三种基本类型。在求液体对容器底部的压力或压强时,我们可以根据需要,灵活运用相应公式进行计算。
容器类型 容器底部受到液体压力的定性分析 容器底部受到液体压力的等量分析
由于液体所受重力的方向是竖直向下的,可以认为柱状容器中液体重力全部作用在容器底部,所以F压=G液 液体对容器底部的压力:F压=pS=ρghS=ρgV柱,即F压=G液(V柱指液柱的体积)
在口大底小的敞口容器中,柱状线外部一部分液体的重力作用在斜面的侧壁上,液体对容器底的压力只等于以其底面积大小形成的柱状的重力,所以F压口小底大的缩口容器中,侧壁会受到液体垂直侧面斜向上的压力,因为物体间力的作用是相互的,所以侧壁不但不起支持液体的作用,反而给液体施加了一个斜向下的压力,于是容器底部不但要承受液体的重力,而且还要承受侧壁对液体施加的向下的压力,所以F压>G液 液体对容器底的压力:F压=pS=ρghS=ρgV柱=G柱,F压=G柱>G液,即F压>G液,(V柱、G柱指以容器底面积大小形成的液柱的体积和重力)
三、连通器
1.连通器:上端开口、下端连通的容器叫做连通器。
2.连通器的特点:连通器里装入同种液体,当液体部流动时,连通器各部分中的液面高度总是相同的,如图所示。
3.连通器内液面相平的原因:如图所示,当连通器内的液体静止时,设想在连通器底部连通的部分有一个小液片AB。
液体静止,液片处于平衡状态→水平方向液片受力平衡F1=F2→因相同,故液片两侧压强相等,即p1=p2→因p=ρgh,ρ、g相同,故两侧液柱高度相等,即h左=h右。
4.连通器的应用
茶壶的壶身和壶嘴构成连通器,方便倒水 下水弯的U型“反水弯”是一个连通器,阻挡下水道的异味进入室内 锅炉水位计的玻璃管和锅炉构成连通器,可显示锅炉内的水位 水塔和自来水管构成连通器,将水送到千家万户
过路涵洞是一个连通器,使水从道路一侧流到另一侧 养殖场的自动加水器实质上也是一个连通器,可保持饮水槽内水位不变 船闸利用连通器原理实现船只通航
知识点三:大气压强
一、大气压强的存在
1.大气压强:像液体一样,大气压强对浸在它里面的物体产生的压强叫大气压强,简称大气压或气压。
2.大气压强产生的原因:地球周围的空气因为受到地球的吸引而具有重力,因此对浸入大气的物体产生压强,同时因为大气具有流动性,因而大气内部向各个方向都有压强。
3.大气压强的特点
(1)大气向各个方向都有压强;
(2)在同一高度向各个方向的压强相等。
4.平时感受不到大气压存在的原因
大气压在我们周围时刻存在着,但我们却没有感受到,这是因为人身体内外空气相通,身体各部位内外所受的压力相同,内外平衡。
二、大气压强的测量
1.托里拆利实验
测量方法 将一个约1m长、一端封闭的玻璃管里灌满水银,用手指将管口堵住(如图甲所示),然后倒插在水银槽中(如图乙所示)。放开手指,管内水银面下降到一定高度时不再下降,这时管内外水银面高度差约为760mm,水银处于静止状态(如图丙所示)。
实验过程 丁图,玻璃管倾斜,水银柱长度变长,但竖直高度差不变
实验分析 玻璃管上端为真空,没有大大气压,管外水银面的上方是空气,玻璃管内的水银面之所以能够高于水银槽内的水银面,是因为大气压支撑管内这段水银柱使它不会落下
实验结论 大气压的数值等于它支撑的这段水银柱产生的压强,即p大气=p水银=ρ水银gh
交流讨论 我们通常把760mm高的水银柱产生的压强叫做标准大气压,用字母p0表示。 p0=ρ水银gh=13.6×103kg/m3×9.8N/kg×0.76m=1.013×105Pa。 这个实验最早是由意大利科学家托里拆利完成的,所以该实验被称为托里拆利实验。
2.对托里拆利实验的认识
(1)玻璃管中要充满水银,不能混有气泡。若玻璃管内混入少量空气,由于这部分空气也有压强,管内水银面的高度差会变小,使测得的大气压强值会偏小。
(2)水银柱的高度是指管内外水银面的竖直高度差,不是指管内水银柱的长度,所以实验过程中,只要测量正确(测量高度差),玻璃管是否倾斜不影响实验结果。
(3)做托里拆利实验时,不易选用粗管,原因是:①耗用水银多;②不容易堵住玻璃管口,易漏气。
(4)管内水银柱的高度与大气压的大小有关,而与管的粗细、长度、形状等无关。
(5)玻璃管管口在水银槽内的深度不影响实验结果,稍微向上提或向下按玻璃管,只能改变管内水银柱上方真空部分的体积,而水银柱的高度不变。
(6)若在管的顶端开一小孔,则玻璃管和水银槽构成连通器,管中液面会下降,最终管内外液面相平。
3.气压计
(1)定义:测量大气压的仪器叫做气压计。
(2)分类:水银气压计和无液气压计(金属盒气压计等)。
①水银气压计:在托里拆利实验中,如果玻璃管旁竖立一个刻度尺,读出水银柱的高度即可知道当时的大气压,这就是一个简单的水银气压计。水银气压计比较准确,但携带不便,常用于气象站和实验室。
②金属盒气压计:又叫无液体气压计。如图所示,其核心部分是一个抽成真空的金属盒及一个与盒中央相连的弹性钢片。盒的表面是波纹状的,大气压变化时,金属盒受力发生变化,与盒体相连的钢性弹片的弯曲程度也发生变化,固定在弹性钢片末端的拉杆就通过传动结构放大这种形变,如果刻度盘上标的是高度差,该仪器就成了登山用的高度计。
金属盒气压计及其工作原理示意图
(3)生活中的气压计:除测量大气压外,汽车轮胎、氧气瓶、灭火器、飞机机舱及太空站内的气体压强的测量都用到了气压计。
4.大气压强的变化
影响因素 具体描述
海拔 (1)海拔越高,气压越小,在海波3000m内,每升高10m,大气压越减小100Pa;(2)海平面附近的大气压越等于标准大气压。
气象 (1)晴天的大气压比阴雨天的高;(2)冬天的大气压比夏天的高。
二、大气压强的应用
1.活塞式抽水机的工作原理
活塞式抽水机是利用大气压工作的,通过活塞在圆筒中往复运动不断地将水抽取上来。
2.生活中的“吸力”
日常生活中的吸盘挂物中的“吸”、钢笔吸墨水中的“吸”、吸管吸饮料的中的“吸”,都不是“吸力”的作用,“吸力”是不存在的,实际上是大气压强的作用。
知识点四:流体压强与流速关系
一、流体压强与流速关系
1.流体:物理学中把具有流动性的液体和气体统称为流体。
2.实验探究:流体压强与流速的关系
3.生活中跟流体压强与流速关系相关的现象
事例 图解 分析
“香蕉球” 足球在飞行时快速旋转,旋转带动球面附近的空气一起流动,在旋转气流方向和迎面气流方向相同的一侧,形成相对低压区,另一侧形成相对高压区,足球在两侧压力差的作用下发生偏转,沿弧线前进
气流喷壶 水平管中的空气流速大,导致竖直细管最上端管口处压强减小,水在大气压的作用下上升并进入水平出水管,随气流喷出
站台安全线 列车进站时,带动附近的空气流速加快,在列车周围形成低压区,如果人离列车太近,就会被外侧较大的气压“推向”列车
风沿墙面吹过时窗帘飘向窗外 风刮过时,室外空气流速加快,压强减小,而室内空气流速很慢,压强较大,窗帘在室内、外压力差的作用下被“推向”窗外
二、飞机的升力
1.飞机机翼的形状
如图所示,可以看到机翼截面的大致形状,其上表面呈弯曲的流线型,下表面则比较平。
2.升力产生的原因
飞机前进时,机翼与周围的空气发生相对运动,相当于气流迎面流过机翼。气流被机翼分成上、下两部分,由于机翼横截面的形状上、下不对称,在相同时间内,机翼上方气流通过的路程较长,因而速度较大,对机翼上表面的压强较小;下方气流通过的路程较短,速度较小,对机翼下表面的压强较大。
机翼上表面受到的压强对机翼产生的压力F1,机翼下表面受到的压强对机翼产生的压力F2,因为机翼上、下表面存在压强差,这样就产生了向上的压力差,即飞机的升力(F=F2-F1)。
考点一.探究影响压力作用效果的因素
1.(2023 深圳)琴琴同学探究压强与受力面积的关系,得出了一个错误的结论。
(1)谁的压力大 ,谁的受力面积大 。(选填“海绵的大”“沙坑的大”“两个相等”)
(2)改进这两个实验的意见: 。
(3)对比甲图选择下面的 对比探究压强和压力大小的关系。
考点二.固体压强大小比较
2.(2023 西宁)如图甲所示,将一块质地均匀的长木板平放在水平桌面上,用水平向右的推力F缓慢推动长木板,直至图乙所示的位置。在此过程中,长木板对桌面的压力、压强的变化情况是( )
A.压力变小,压强变小 B.压力不变,压强变大
C.压力不变,压强不变 D.压力变大,压强变大
3.(2023 内蒙古)如图所示,取完全相同的均匀实心长方体1块、2块、3块分别竖放、平放、竖放在水平地面上,它们对地面的压强分别为pa、pb和pc,则( )
A.pa=pc>pb B.pa=pb<pc C.pa>pb>pc D.pa<pb<pc
考点三.压强的计算
4.(2023 莆田一模)如图所示,甲、乙是放在水平地面上的两个质量均匀的长方体,它们的密度之比ρ甲:ρ乙=4:5,底面积之比S甲:S乙=5:8,对水平地面的压强之比p甲:p乙=6:5,下列有关甲、乙的说法正确的是( )
A.甲、乙的质量之比是4:3
B.甲、乙的体积之比是8:9
C.将甲、乙分别沿水平方向切去相同的高度后,剩余部分对地面的压强可能相等
D.将甲、乙分别沿水平方向切去相同的体积后,剩余部分对地面的压强可能相等
5.(2023 邗江区二模)A、B两个质量均匀分布的正方体放在水平地面上如图甲所示,B的边长是A的2倍。将A沿竖直方向切去宽为L的部分,直至全部,把切去部分叠放在B上,B对地面的压强pB与L的变化关系如图乙所示。切割后,A剩余部分对地的压强为pA,则以下分析正确的是( )
A.B的重力是10N
B.L=2cm时,pA:pB=5:3
C.B的底面积为25cm2
D.A切去一半后,pA=1000Pa
6.(2023 连云港)2023年4月26日,第十二届江苏省园艺博览会在连云港盛大开幕,其中科技田园描绘的“孙悟空”形象,成为一道靓丽的风景线。科技田园的维护主要依靠无人机,图中无人机正在给科技田园喷洒农药。已知该无人机空机质量为5kg,停放时与地面的总接触面积为80cm2,装满农药后的总质量为32kg,农药的密度为0.9×103kg/m3,g取10N/kg。求:
(1)该无人机空机状态停放时对水平地面的压强;
(2)该无人机可装农药的最大体积。
7.(2023 兴庆区校级一模)2021年7月20日河南部分县区因强降雨导致交通阻断,电力、通信中断,给抢险救灾工作带来了巨大困难。为了快速启动应急救援,中国应急管理部在21日调动的“冀龙﹣2H”型无人机搭载华为无线设备,通过4G、5G通信技术及卫星传输,提供应急通信保障方案,完全摆脱地面供电、通信回传的束缚,在最关键的时刻恢复了灾区5个小时的对外通信,使灾区人民能够与自己的亲人进行联系,报平安并且发出求助信号。无人机的飞行控制系统简称“飞控”。无人机悬停还是飞行、向哪个方向飞行、上升还是下降等飞行指令都由“飞控”下达。“飞控”主要由感知飞行姿态的陀螺仪(控制飞行姿态)、GPS定位模块(与地面传递信息)、超声波传感器(探测障碍物)、气压传感器(获取气压获知高度)等各种功能的传感器及控制电路组成。“翼龙﹣2H”型无人机表面采用的复合材料受力不易形变,飞机外形采用流线型设计,可携带各种侦察、测距、电子对抗设备及小型空对地打击武器,广泛应用于如灾情监视、军事活动等领域。无人机部分参数如下:
最大飞行速度km/h 370 发动机额定功率/W 420
正常巡航速度km/h 218 翼展/m 20.5
最大续航时间/h 20 机身长度/m 11
满载质量/t 4.2
与地面接触总面积/m2 0.07
(1)利用无人机投掷救灾物资时,物资由于 要保持原来的运动状态,所以要适当的在目标的前方提前投掷;
(2)请从短文描述中找出蕴含的物理知识(至少二条,知识点不能重复);示例:无人机机身表面采用的复合,材料受力不易形变说明该种材料的硬度很大;
(3)该无人机从贵州安顺机场14:20起飞,于当天18:20到达米河镇上空,飞行平均速度为300km/h,求机场到米河镇的距离约为多少?
(4)当该机以满载质量停在水平跑道上时,求此时所受的重力大小(g=10N/kg);
(5)当该机以满载质量停在水平跑道上时,求此时无人机对水平跑道的压强。
考点四.液体压强的概念和特点
8.(2023 聊城)如图所示,容器中间用隔板分成左右两部分,隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封闭。在隔板两侧分别装入清水和浓盐水,不能判断哪侧是清水,哪侧是浓盐水的是( )
A. B.
C. D.
9.(2023 济南)在学习“液体的压强”时,同学们通过活动体验了“液体内部向各个方向都有压强”后,物理老师把底部有小孔的空透明矿泉水瓶竖直压入水中,瓶中形成了如图所示的“喷泉”。各学习小组根据观察到的现象,提出了以下四个有待深入研究的问题。其中最有探究价值且易于探究的科学问题是( )
A.水内部的压强与所处的深度有什么关系?
B.液体内部的压强与所处的深度有什么关系?
C.液体内部的压强与液体的种类是否有关?
D.液体内部的压强与哪些因素有关?
考点五.液体压强的比较大小
10.(2023 兰山区校级模拟)将未装满水且密闭的矿泉水瓶,先正立放置在水平桌面上,再倒立放置.如图所示,两次放置时,水对瓶底和瓶盖的压强分别pA和pB,水瓶对桌面的压力分别为FA和FB,则( )
A.pA>pB,FA=FB B.pA<pB,FA>FB
C.pA<pB,FA=FB D.pA=pB,FA<FB
考点六.探究液体内部的压强
11.(2023 内蒙古)某学习小组在“探究液体压强与哪些因素有关”的实验中,进行了如下操作和分析:
(1)某同学使用液体压强计前,发现U形管左右两侧液面存在高度差,如图甲所示。他接下来应该的操作是 (选填选项字母)。
A.从U形管内向外倒出适量的水
B.拆除软管重新安装
调整后,他用手指按压橡皮膜,发现U形管中的液面升降灵活,说明该装置 (选填“漏气”或“不漏气”)。
(2)根据乙和丁实验步骤, (选填“可以”或“不可以”)得出结论:液体内部压强的大小还跟液体的密度有关。理由是: 。
12.(2023 南安市模拟)某实验小组的同学在“探究液体内部的压强与哪些因素有关”的实验中,将两端开口的玻璃管一端扎上橡皮薄膜,竖直插入水或盐水的不同深度处,观察到橡皮薄膜分别向上凸起,实验现象如图中a、b、c所示。
(1)实验中判断液体内部压强的大小的方法是?
(2)如果要进一步测出图c中的盐水密度,实验器材为水、刻度尺,请你设计一个实验方案,简要写出实验步骤和结论。(“实验步骤”和“实验结论”中涉及的物理量用符号代替,其中重力加速度为g,水的密度为ρ水)
实验步骤: 。
实验结论: 。
考点七.液体压强的计算以及公式的应用
13.(2023 鼓楼区校级一模)如图,底面积不同的圆柱形容器中分别盛有甲、乙两种液体,甲、乙液体对各自容器底部的压强相等.若在甲容器中倒入或者抽出甲液体,在乙容器中倒入或者抽出乙液体,使得两液体对容器底的压力相等,则以下操作有可能实现的是( )
A.倒入相同质量 B.抽出相同质量
C.倒入相同体积 D.抽出相同体积
考点八.大气压强的测量方法(
14.(2023 无锡)小华发现,压缩一个已经充气的气球感到很容易,但想把它压缩得很小却又很困难。由此她猜想被封闭的一定质量的气体产生的压强与体积可能有关,为此她准备了20mL的注射器、弹簧测力计、刻度尺、细绳等,进行探究,步骤如下:
(1)如图甲所示,用刻度尺测出注射器刻度部分的长度为 cm,则活塞的横截面积为 cm2。
(2)把注射器的活塞推至注射器筒的底端,排尽筒内的空气,然后用橡皮帽封住注射器的小孔,为了检验是否漏气,不增加器材,方法是 。
(3)如图乙所示,用细绳拴住注射器活塞的颈部,使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连,弹簧测力计一端固定并水平放置,然后水平向右慢慢地拉动注射器筒,当注射器活塞开始滑动时,弹簧测力计的示数如图乙所示为 N,此时外界大气压的数值为 Pa。
(4)取下橡皮帽,拉动活塞,让活塞的底端位于注射器4mL刻度处,用橡皮帽封住注射器的小孔,确保不漏气,此时注射器内被封闭的气体体积为4mL。再按照图乙的方式操作,水平向右慢慢地拉动注射器筒,当注射器内气体体积变为8mL时,弹簧测力计的示数为10N。继续向右慢慢地拉动注射器筒,记下注射器内气体体积与对应的弹簧测力计的示数,将所测数据记录在如表中。
注射器内气体体积V/mL 8 10 12 16 20
弹簧测力计的示数F/N 10 13.3 15 16
①当注射器内气体体积为10mL时,弹簧测力计示数为 N。
②当注射器内气体体积为20mL时,注射器内气体压强为 Pa。
考点九.大气压的综合应用
15.(2023 保山二模)在做探究大气压强存在的实验时,小英将酒精棉点燃放入瓶中,将去皮的熟鸡蛋堵住瓶口,如图所示。发现瓶子把鸡蛋“吞”了进去。因此,小英认为是大气压把鸡蛋压入了瓶中。小青不同意这个观点,她认为瓶中空气受热后,有部分空气跑到瓶外,瓶中空气稀薄,对鸡蛋的托力变小,鸡蛋是在重力作用下进入瓶中的。请你用小英的实验器材,做实验证明,小英的观点是正确的。
考点十.流体压强与流速的关系
16.(2023 淄博)“做中学”是一种重要的学习方式,小明用吸管进行科学研究,正确的说法是( )
A.图甲:吸管的一端做得很尖,是为了减小压强
B.图乙:用吸管制成水气压计,从山下移到山顶时管内的水柱下降
C.图丙:用吸管自制温度计显示温度高低,利用了液体热胀冷缩的性质
D.图丁:用吸管对着两个乒乓球的中间吹气,乒乓球会向两边分开
17.(2023 攀枝花)某学校科学探究小组的同学们制作了如图所示的实验装置。装水的大瓶上端开口,下部侧壁开孔,并与粗细不均匀的水平管及竖直的A、B管连通。小瓶装满水后,开口向下倒扣在大瓶中,并固定在支架上。则下列说法中正确的是( )
A.大瓶水位缓慢下降后,小瓶中的水会迅速全部流入大瓶中
B.若同时打开止水阀S1、S2,待水面稳定后,B管的水面高于A管的水面
C.当管内水面稳定后,若用鼓风机在B管管口处沿水平方向吹气,B管内水面将下降
D.若关闭止水阀S2,打开止水阀S1,待水面稳定后,A、B两管的水面与大瓶中水面一样高
18.(2023 呼和浩特)关于下面四幅图,下列说法正确的是( )
A.甲图是行走在沙漠中的骆驼,它之所以不会陷入沙中,是因为它对地面的压力和压强都大
B.乙图是工作中的船闸,其原理是连通器
C.丙图是自制水气压计,把它从山脚移到山顶,细管内水柱下降
D.丁图中,口含b管对a管上方吹气,a管水面上升是因为流速越大的位置压强越大
19.(2023 高新区模拟)如图所示是指尖陀螺,该玩具中间的轴承内装有滚珠,边上有三个金属飞叶,用手拨动飞叶后,飞叶可以绕轴在指尖上长时间转动。下列分析正确的是( )
A.轴承内装滚珠,有利于减小摩擦
B.拨动飞叶后,飞叶转动,说明力可以改变物体的形状
C.飞叶被拨动才能旋转是因为运动要靠力来维持
D.飞叶旋转时飞叶周围的空气流速大,压强大
考点十一.飞机的升力
20.(2023 沈阳)我国自主研发的C919大型客机,如图所示,于2023年5月28日圆满完成首次商业航班飞行。下列说法正确的是( )
A.机翼是利用气体流速大,压强大的原理获得升力
B.起飞时,飞机在跑道上加速滑行时惯性逐渐增大
C.降落时,随着高度降低,飞机相对于跑道是静止的
D.落地后,静止在停机坪上的飞机受到的力相互平衡
一.选择题(共15小题)
1.(2023 海淀区校级模拟)很多动物为了适应自身生存的环境,进化了符合一定物理规律的身体特征。对此,从物理学角度给出的解释错误的是( )
A.泥鳅身上有粘液,能在遇到抓捕时减小摩擦,便于逃脱
B.骆驼的脚掌很大,可以减小压力,从而使其在沙漠中行走自如
C.深水里的海鱼,捕到岸上会死掉,是因为水面压强比深水处小得多
D.鸟类的翅膀上凸下平,上方空气运动速度大于下方,从而获得升力
2.(2023 阳谷县二模)如图所示,水平桌面上放有底面积和质量都相同的甲、乙、丙三个平底容器,分别装有深度相同、质量相等的不同液体。下列说法正确的是( )
A.容器对桌面的压力:F甲=F乙=F丙
B.容器对桌面的压强:p′甲<p′乙<p′丙
C.液体的密度:ρ甲<ρ乙<ρ丙
D.液体对容器底部的压强:p甲=p乙=p丙
3.(2023 广水市模拟)生活处处有物理,留心观察皆学问,下列的现象解释正确的是( )
A.书包带做得宽大,是为了增大受力面积,减小压强
B.潜水员潜水时穿抗压潜水服,是因为海水压强随深度增加而减小
C.接种新冠疫苗时,用注射器将药液注入肌肉是利用了大气压强
D.飞机飞上天,利用了流速大的地方压强大的原理
4.(2023 南山区校级三模)如图所示,小雪用放在水平面上的两个实验装置来观察并研究大气压的变化,下列说法正确的是( )
A.甲图中大气压变大时,玻璃管内的液面会下降
B.乙图中大气压变小时,玻璃管内的液面会下降
C.把乙装置从高山脚下拿到高山顶上,玻璃管内外液面高度差变大
D.乙装置更能准确地测量出大气压的值
5.(2023 淅川县一模)甲、乙两个完全相同的密闭圆台形容器,一正一反放置在相同水平桌面上,装有深度相同的不同液体。如图所示,甲、乙两容器受到的拉力分别为F甲和F乙,且F甲>F乙,两容器分别以2v和v的速度向右做匀速直线运动,两容器底部受到液体的压强分别为p1和p2,两容器对桌面的压强分别为p3和p4,则关于p1和p2以及p3和p4,以下说法正确的是( )
A.p1>p2、p3>p4 B.p1>p2、p3<p4
C.p1<p2、p3>p4 D.p1<p2、p3<p4
6.(2023 武汉模拟)如图所示,两个圆柱形容器甲和乙放在水平桌面上,甲比乙粗,它们分别装有体积相等的液体,甲容器中液体的密度为ρ甲,乙容器中液体的密度为ρ乙,两容器底部受到液体的压力分别为F甲、F乙。液体内A、B两点到容器底部的距离相等,其压强分别为pA、pB。若两容器底部受到的液体压强相等,则下列判断正确的是( )
A.ρ甲>ρ乙,pA<pB,F甲>F乙
B.ρ甲>ρ乙,pA>pB,F甲>F乙
C.ρ甲=ρ乙,pA=pB,F甲<F乙
D.ρ甲<ρ乙,pA<pB,F甲<F乙
7.(2023 大渡口区二模)质量分布均匀的实心正方体甲、乙放在水平地面上,将甲、乙沿水平方向切去高度Δh,剩余部分对地面的压强p与Δh的关系如图所示。已知甲的密度为8×103kg/m3,乙的边长为20cm,则下列说法正确的是( )
A.乙的密度是3kg/m3
B.图中A点的纵坐标是3.2×103Pa
C.当Δh均为5cm时,甲、乙剩余部分压强之比为8:9
D.当Δh均为0时,将甲叠放在乙上,乙对地面压强为3.2×103Pa
8.(2023 黄埔区校级模拟)如图甲、乙两人在完全相同的水平沙滩散步,留下深浅相同、大小不同的脚印。则甲( )
A.所受的重力较大
B.所受的压力与乙的相等
C.对沙滩的压强较大
D.对沙滩的压强较小
9.(2023 平潭县模拟)如图所示,平静的湖中,下列哪处水的压强最小( )
A.a B.b C.c D.d
10.(2023 宛城区三模)如图所示,水平桌面上放有底面积和质量都相同的甲、乙两平底容器,分别装有深度相同、质量相等的不同液体,下列说法正确的是( )
A.液体的密度:ρ甲=ρ乙
B.液体对容器底部的压强:p甲>p乙
C.容器对桌面的压力:F甲>F乙
D.容器对桌面的压强:p甲'>p乙'
11.(2023 汕头二模)如图所示,U形管中左边装水右边装某种油,当液体不流动时,相关参数如图所示,则下列有关叙述中正确的有( )
A.该U形管不属于连通器
B.该油的密度为0.8×103kg/m3
C.将右边试管内倒出3cm的油可以使左右液面相平
D.向左边试管内加入一部分水,当液体不流动时可能使左右液面相平
12.(2023 东莞市校级二模)如图所示,水平桌面上有一长为L,质量分布均匀的木板M,右端与桌边对齐,在水平力F的作用下,沿直线向右匀速离开桌边,在此过程中,下列说法正确的( )
A.M对桌面的压强变大,摩擦力不变
B.M对桌面的压强变大,摩擦力变小
C.M对桌面的压强变小,压力不变
D.M对桌面的压强不变,压力不变
13.(2023 莱阳市模拟)共享单车是节能环保的交通工具,关于某同学骑共享单车上学的情形,下列说法正确的是( )
A.单车的座位做得较宽大是为了减小压力
B.车尾反光片可以保护骑行者的安全,它是利用了光的折射
C.在正常骑行过程中,自行车后轮对地面的摩擦力是向前的
D.停止蹬车后,车仍然继续向前运动是因为车受惯性力的作用
14.(2023 安次区校级模拟)如图所示是重为1N、高为9cm和底面积为30cm2的杯子静止放在水平桌面上(杯子厚度不计)。在杯中加入重为2N、深为6cm的水。则下列说法正确的是( )
A.水对杯底的压强为900Pa
B.水对杯底的压力为2N
C.水杯对桌面的压力为2.8N
D.水杯对桌面的压强为1000Pa
15.(2023 沂源县一模)如图所示,擦窗机器人凭借其底部的真空泵将吸盘内的空气向外抽出,牢牢地吸附在竖直玻璃上,下列有关擦窗机器人的说法正确的是( )
A.能吸在竖直玻璃上是因为吸盘内的气压大于外界大气压
B.擦玻璃过程中,它相对于玻璃是静止的
C.静止在竖直玻璃上时,受到的摩擦力方向是竖直向上的
D.沿水平方向匀速擦玻璃时,它的运动状态发生变化
二.实验探究题(共3小题)
6.(2023 两江新区校级模拟)如图1所示,小宁用压强计“探究影响液体内部压强大小的因素”。
(1)通过图1甲观察发现压强计 (选填“是”或“不是”)连通器;实验开始前应对装置进行检查,当用手指按压(不论轻压还是重压)橡皮膜时,发现U形管两边液面的高度几乎不变,则说明装置 ;
(2)小宁把压强计的橡皮膜和橡皮管更换后,在使用压强计前,发现U形管内水面已有高度差,接下来的操作应是 ;
A.从U形管内向外倒出适量水
B.拆除软管重新安装
C.向U形管内添加适量水
(3)完成上述操作后,如图1乙、丙所示是将该装置的探头放入水中不同深度的情况,比较后可初步得出结论:液体内部的压强随深度的增加而 ;
(4)小宁同学利用U形管压强计改装成如图1戊所示的测量某种未知液体的密度的密度计。A为固定支架,其作用是保证橡皮膜在不同的液体中深度均为5cm。U形管盛水,其右管标有刻度值,为了便于读数,在U形管右管有一个指示液面位置的红色浮标。未测量时,U形管水面刚好与a相平。当橡皮膜放入某液体中时,浮标指示在b处,小宁利用刻度尺测出a、b之间的距离为2.0cm,则该液体的密度为 g/cm3;
(5)同组的小刚同学,利用实验室的电子秤和一个实心金属圆柱体也测出了未知液体的密度,如图2所示:
①用细线拉着圆柱体,使其一半浸入水中,记下台秤的示数为m1=112.0g;
②用细线拉着圆柱体,浸没入水中,记下台秤的示数为m2=162.0g;
③将圆柱体从水中取出擦干后,用细线系住物体浸没于与水等质量的未知液体中,记下台秤的示数m3=152.0g;
小刚根据实验数据计算出了实心金属圆柱体的体积为 cm3,未知液体的密度ρ= kg/m3;
(6)实验最后,小宁发现自己测出的未知液体密度总是小于小刚的测量值,多次实验后仍然如此。小宁和小刚重新回顾了整个实验,发现造成该现象的原因是 。
17.(2023 谷城县校级模拟)如图所示,容器中间用隔板分成左右两部分底面积之比为2:3,隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封闭,圆孔直径可忽略不计。橡皮膜两侧压强不同时其形状为一凹面。小明和小红用它来做“探究液体压强跟哪些因素有关”的实验。
(1)小明向两侧容器内分别注入相同质量的水,水不溢出,发现橡皮膜向 凸起,说明液体压强跟深度有关。
(2)小红向左右两侧容器内分别注入相同质量的水和某种液体,两侧液面相平且都不溢出,发现橡皮膜向右凸起,说明液体压强跟 有关。
(3)小明做完实验后又将右侧容器内的液体吸尽擦干,并注入另一种液体,发现当橡皮膜变平时此容器中的液面低于左侧,水对容器底的压强 液体对容器底的压强。(选填大于、等于或小于)
三.计算题(共2小题)
19.(2023 港南区三模)如图甲所示,高为25cm的轻质方形容器B水平放置,内有一个密度为0.6g/cm3、边长为10cm的实心正方体A,A下表面中央与容器B的底部用一根长10cm的细绳相连(细绳质量、体积忽略不计)。向容器内缓慢加入1000cm3某液体,A漂浮于液面,此时液面深度为10cm;用6N竖直向下的力作用在A上,使其恰好完全浸没,如图乙所示。求:
(1)实心正方体A的重力;
(2)液体的密度;
(3)A恰好浸没时容器对桌面的压强大小;
(4)撤去6N压力后,继续向容器内加入该液体,假设继续加入液体的体积为Vcm3,求该容器底部受到的液体压强p随V变化的函数关系表达式。
20.(2023 青秀区校级一模)如图(a)所示,轻质薄壁圆柱形容器甲置于水平地面上,容器底面积为2S,高为0.2m,内盛0.15m深的水。
(1)若容器的底面积为4×10﹣2m2,求容器中水的质量m;
(2)求(a)图中水对容器底部的压强p;
(3)现有圆柱体乙其面积为S、高为0.3m,密度为6ρ水,如图(b)所示,在乙上方沿水平方向切去高为Δh的部分A(Δh<0.3m)如图(c)所示,将A竖直放入容器甲中(A与甲底部没有密合),并将此时的容器置于剩余圆柱体B的上方中央。
(a)若要使水对容器底部的压强p水最大,求切去部分A高度的最小值Δh小;
(b)水对容器底部的压强p水,地面受到的压强p地,求p水:p地的最大值。
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