八年级下册 核心专题二 固体 学案（含答案） 2023-2024学年物理沪科版八年级下册

核心专题二 固体、液体、气体的压强计算
素养目标
1.归纳常见的固体、液体和气体的压强计算方法。
2.养成及时归类、总结的学习习惯。
3.灵活运用压力、压强公式进行简单的计算。
◎重点:概述固体、液体和气体的压强计算方法。
专题突破
1.固体压强计算
例1如图所示,炎热的夏天,某些城市的街道上有雾炮车在向空中喷水,它比普通洒水车的降温、净化空气的效果更好。(雾炮车的参数如表所示)
雾炮车的部分参数
空载时质量 6000 kg
最大装水质量 10000 kg
满载时轮胎与地面的总接触面积 0.4 m2
　　(1)求雾炮车达到最大装水量时对水平地面的压力。
(2)已知某古桥的桥面能承受的最大压强为6×105 Pa,通过计算判断该雾炮车能否满载通过
思路导引雾炮车达到最大装水量时对水平地面的压力等于车和水的总重力,根据F=G总=m总g得出雾炮车达到最大装水量时对水平地面的压力;车满载时对古桥桥面的压力等于雾炮车达到最大装水量时对水平地面的压力,根据公式p=来计算压强,与桥面能承受的最大压强做比较,得出结论。
对点自测
1滑板运动已经成为都市青年流行的时尚运动。滑板是由板面、滑板支架(滑板桥)和四只滑板轮等部分组成,总质量为4 kg,如图所示。其中板面是由一块质量为3 kg、体积为5×10-3 m3的复合材料组成的。求:
(1)组成板面的复合材料密度。
(2)若每个滑板轮与水平地面的接触面积为1×10-4 m2,当一个质量为56 kg的学生站在滑板上时,滑板对水平地面的压强。(g取10 N/kg)
2.规则物体的压强计算
例2边长为10 cm的均匀正方体,重为72 N,放在水平桌面中央,如图所示,若沿水平方向裁下一部分a立放在水平桌面上,且使a对桌面压强为剩余部分b对桌面压强的4倍,则剩余部分b的高度为 cm。
思路导引规则物体对水平地面的压强p======ρgh,与底面积无关。
对点自测
2如图所示,甲、乙两个实心正方体物块放置在水平地面上,甲的边长大于乙的边长。甲对地面的压强为p1,乙对地面的压强为p2。下列判断正确的是 ( )
A.若甲、乙密度相等,将甲放到乙上,乙对地面的压强有可能变为p1
B.若甲、乙密度相等,将乙放到甲上,甲对地面的压强有可能变为p2
C.若甲、乙质量相等,将甲放到乙上,乙对地面的压强有可能变为p1
D.若甲、乙质量相等,将乙放到甲上,甲对地面的压强有可能变为p2
3.液体压强的计算
例3我国“海斗一号”潜水器在马里亚纳海沟成功完成了首次万米海试与试验性应用任务,于2020年6月8日载誉归来。当下潜至1.0×104 m 时,求:
(1)潜水器受到海水的压强(ρ海水=1.03×103kg/ m3,g取10 N/kg);
(2)潜水器观察窗0.82 m2面积所受到海水的压力。
思路导引已知潜水器所处的深度和海水的密度,利用p=ρgh求潜水器受到海水的压强;已知观测窗的面积和海水的压强,利用p=求观察窗受到海水的压力。
对点自测
3如图所示,圆柱形容器A、B放在水平桌面上,A中盛有密度为1.0×103 kg/m3的水,B中液体密度未知。已知A、B容器内的底面积之比SA∶SB=3∶2,液面的高度之比hA∶hB=4∶3,液体对两个容器底部的压力大小相等。求:
(1)液体对两个容器底部的压强之比;
(2)B中液体密度。
4.气体压强的计算
例4“拔火罐”是我国传统医疗的一种手段。如图所示,医生先用点燃的酒精球加热小罐内的空气,随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位,冷却后小罐便紧贴在皮肤上。已知大气压为1.0×105 Pa,小罐开口部位的面积为10 cm2,罐内空气冷却变为室温时其压强为9.0×104 Pa,不计小罐重力。求:
(1)罐内空气对皮肤的压力;
(2)皮肤对小罐的支持力。
思路导引先根据F=pS求得压力的大小,再根据力的平衡,以及作用力和反作用力,求得支持力的大小。
对点自测
4(多选)如图所示,U形弯管的两端开口向下,左管的阀门关闭,右管中的活塞处于静止,活塞和阀门之间的管内充满水,左右两管内水面的高度差为h。若将阀门打开,水会从左管流出来。已知活塞的横截面积为S,重力为G,管外的大气压强为p0,水的密度为ρ。不计活塞与管壁的摩擦,则在阀门打开前 ( )
A.活塞下表面所受的大气压力为p0S
B.活塞上表面所受的压强为p0-
C.活塞上、下表面所受的压强差为ρgh
D.活塞所受的重力G一定小于ρghS
方法突破·
1.固体压力、压强的计算方法
求固体对固体的压强时,先求出压力(物体放在水平面上,没有其他力压该物体时,压力的大小等于物重),再根据公式p=来计算压强。
2.规则物体对水平面压强的计算方法
在已知规则物体的密度和高度时,它对水平面的压强可以用p=ρgh直接进行计算。
3.液体压力、压强的计算方法
求液体对固体的压力、压强问题时,应先由液体压强计算公式p=ρgh求出液体的压强,然后根据F=pS求出压力。
4.气体压力、压强的计算方法
p=是压强的定义式,适用于一切固体、液体和气体的压强计算,气体的压强不能用p=ρgh计算。
·学习小助手·
　　计算压强的公式有p=和p=ρgh,使用时要注意应用范围。
【参考答案】
例1　解:(1)雾炮车达到最大装水量时对水平地面的压力等于车和水的总重力,F=G总=m总g=(6000 kg+10000 kg)×10 N/kg=1.6×105 N;
(2)车满载时对古桥的桥面的压力F=1.6×105 N,车满载时对古桥的桥面的压强p===4×105 Pa<6×105 Pa,故该雾炮车能满载通过。
对点自测
1.解:(1)组成板面的复合材料密度:
ρ===0.6×103 kg/m3
(2)滑板对水平地面的压力:
F=G总=m总g=(4 kg+56 kg)×10 N/kg=600 N
受力面积:S=4×1×10-4 m2=4×10-4 m2
滑板对水平地面的压强p===1.5×106 Pa。
例2　2.5
对点自测
2.D　【解析】设甲的边长为a,乙的边长为b,由题意知a>b,由S=L2可知,S甲>S乙。若甲、乙密度相等,因实心正方体物块对水平地面的压强p======ρgL,则p1=ρga,p2=ρgb,由a>b可知,p1>p2。①将甲放到乙上,乙对地面的压强p2'===+ρbg=+p2,因为a>b,所以>ρga=p1,所以p2'>p1,故A错误;②将乙放到甲上,与甲相比,甲对地面的压力变大,受力面积不变,所以甲对地面的压强变大,即p1'>p1;因为p1>p2,所以,此时甲对地面的压强p1'>p1>p2,故B错误;如果甲、乙的质量相等,则p1==,p2==,因为S甲>S乙,所以p1S乙,所以p2'>p1,故C错误;②将乙放到甲上,甲对地面的压强p1'=,若S甲=2S乙,则p1'====p2,即甲对地面的压强有可能变为p2,故D正确。
例3　解:(1)潜水器受到海水的压强:p=ρ海水gh=1.03×103 kg/m3×10 N/kg×1.0×104 m=1.03×108 Pa。
(2)由p=可得,潜水器观察窗0.82 m2面积所受到海水的压力F=pS=1.03×108 Pa×0.82 m2=8.446×107 N。
对点自测
3.解:(1)由题知,液体对两个容器底部的压力大小相等,即F压A∶F压B=1∶1,受力面积之比SA∶SB=3∶2,液体对两个容器底部的压强之比pA∶pB=∶=×=×=2∶3。
(2)对于圆柱形容器,液体对容器底的压力F=pS=ρghS=ρgV= mg=G,因为液体对两个容器底部的压力大小相等,所以两个容器中液体的重力相等、质量相等,液体的体积之比VA∶VB===2∶1,两种液体的密度之比ρA:ρB=∶=VB∶VA=1∶2,B液体的密度:ρB=2ρA=2×1.0×103 kg/m3=2.0×103 kg/m3。
例4　解:(1)罐内空气对皮肤的压力F内=pS=9.0×104 Pa×10×10-4 m2=90 N;
(2)皮肤受到的外界大气压力F外=p外S=1.0×105 Pa×10×10-4 m2=100 N,由力的平衡得火罐对皮肤的压力F压=F外-F内=100 N-90 N=10 N,因为压力和支持力是一对相互作用力,故皮肤对火罐的支持力F支=F压=10 N。
4.ABD　【解析】对活塞受力分析知:活塞受竖直向下的重力、竖直向上的大气压力、竖直向下的水的压力,根据力的平衡知识知G+p水S=p0S……①,所以活塞下表面所受的大气压竖直向上的力为p0S,故A正确;由①式得:p水S=p0S-G,活塞上表面所受的压强为p水=p0-,故B正确;由①式得p0=p水+……②;若将阀门打开,水会从左管流出来,说明大气压小于水产生的压强,即p02