【2019赢在中考】物理二轮专题解读与强化训练
专题十五 压强计算题
计算题以考查学生综合应用所学知识分析问题和解决问题的能力为主,它既能反映学生对基本知识的理解掌握水平,同时又能体现学生在综合应用所学知识分析和解决问题过程中的情感、态度与价值观。是物理中考的主要内容,在中考试卷中占有很大比例。计算题在中考题中常被列为压轴题目。
计算题常以填空题、选择题和计算过程题型出现。尤其是计算过程题是考查学生分析问题、解决问题和计算能力的题型,要求较高,分值较高,并要求有计算过程和步骤,每一步骤都有相应分值。21·cn·jy·com
计算题的特点是:
(1)应用性:这类题是把物理知识浸透到社会实际操作和应用到生活体验中,它能够反映学生对所学物理知识的理解和情感,同时也能反映学生对自己生活中的一些实际操作的认识水平。
(2)知识综合性:这类题往往是把几个或几种物理过程及物理现象放在一起,利用各个过程或各种现象之间的相切点,解答要解决的问题。它反映学生学习知识的综合能力和分析解决问题的能力。
(3)结果合理性:这类题能反映学生对自然界或生产、生活中若干事物的观察和关心程度.它要求学生用生活实践,社会活动的基本经验对题目的计算结果进行判断,留取合理的,舍弃不合理的。2-1-c-n-j-y
压强计算题:主要涉及固体的压力和压强、液体的压力和压强、大气压力和压强的计算。
1.计算题一般解题步骤
第一步:认真审题。明确现象和物理过程,确定给出的条件或题目中隐含的条件,明确要解决的问题。
第二步:明确已知量和未知量之间的关系。也就是针对题目内容分析综合,确定解决问题的方向,选择适合的规律和公式,找准相关物理量之间的关系。
第三步:根据题意找出相应的公式。这一步是在明确了各个已知量、未知量及某个物理量在题目中叙述的物理现象或物理过程变化时存在的关系,根据公式或规律列出相应的表达式,并推导出待求物理量的计算式。
第四步:代人数据求解。这一步是把所用到的已知物理量的单位统一后,把已知量的数据代人计算式中,通过正确运算,得出答案。同时对答案进行合理化验证,最后确定正确答案。
2.解答方法
(1)探索法:这种方法是在题目所给的实际问题或情境中抽象出来的。判断出所涉及或应用的物理模型,然后运用相对应的物理概念、物理规律和物理公式,通过计算得出要求解的正确答案。
(2)极值法:这种方法也叫端点法。它对不定值问题和变化范围问题的解答有重要的实用价值。用这种方法解答问题时,应改弄清要研究的是哪个变化的物理量的值或者是哪个物理量的变化范围,然后确定变化的规律或方向,最后用相对应的物理规律或物理概念,一个对应点一个对应点地计算取值。
(3)简化法:这种方法是把题目中的复杂情境或复杂现象进行梳理,找出题目中的相关环节或相关点,使要解决的复杂的问题突出某个物理量的关系或某个规律特点。这样使复杂得到简化,可以在计算解答的过程中减少一些混淆和混乱,把要解答的问题解决。
(4)隐含条件法:这种方法是通过审题,从题目中所叙述的物理现象或给出的物理情境及元件设备等各个环节中,挖掘出解答问题所需要的隐含在其中的条件,这种挖掘隐含条件能使计算环节减少,而且所得到的答案误差也小。
(5)应用类分析法:运用数学工具解决物理问题,是物理解题的重要手段。许多设计、推理的应用题,都是建立在计算的基础上。主要考查学生运用物理公式、规律进行解题的能力。例如有两个未知物理量,我们可以根据题目的数据建立两个方程,然后求解未知量。
一、压强
1.压力:垂直作用在物体表面上的力叫压力(图一:水杯对桌面的压力,图二:木块对斜面的压力,图三:图钉对墙壁的压力)。【来源:21cnj*y.co*m】
(1)压力并不都是由重力引起的(图三:图钉对墙壁的压力)。把物体放在桌面上,如果物体不受其它力作用,则压力F等于物体受到的重力G。
图一:水杯对桌面的压力竖直向下
图二:木块对斜面的压力垂直斜面向下
图三:图钉对墙壁的压力垂直墙壁向左
(2)固体可以大小、方向不变地传递压力。
2.压强:
(1)定义:物体单位面积上受到的压力叫压强。
(2)物理意义:压强是表示力的作用效果的物理量。
(3)压强公式:。其中,压强p的单位是帕斯卡(简称为帕),符号是Pa;压力F单位是牛,符号是N;S是受力面积(是两物体的接触部分),单位是米2,符号是m2。
3.增大和减小压强的方法
(1)增大压强:当受力面积不变时,增大压力;当压力不变时,减小受力面积;压力增大的同时减小受力面积都可以增大压强。如图四:墙钉、斧头、安全锤都是增大压强的例子。2-1-c-n-j-y
(2)减小压强:受力面积不变时,减小压力;压力不变时,增大受力面积;压力减小的同时增大受力面积都可以减小压强。如图五:铁轨、履带式推土机、大象的脚掌都是减小压强的例子。
图四
增大压强例子
图五
减小压强例子
二、液体的压强
1.液体压强产生的原因:液体受重力作用且具有流动性。
2.液体压强的测量:使用压强计。
3.液体压强的规律:
(1)液体对容器底和侧壁都有压强,液体内部向各个方向都有压强;
(2)在同一深度,液体向各个方向的压强都相等;
(3)液体的压强随深度的增加而增大(如图六所示);
(4)相同高度,不同液体的压强与液体的密度有关。
图六 图七
4.液体压强公式:。其中,是液体密度,单位是;;是液体内部某位置到液面的高度。
从公式中看出:液体的压强只与液体的密度和液体的深度有关,而与液体的质量、体积、重力、容器的底面积、容器形状均无关。
5.连通器:上端开口,下部相连通的容器。
(1)原理:连通器里装同一种液体且液体不流动时,各容器的液面保持相平(如图七所示)。
(2)连通器的应用:茶壶、锅炉水位计、乳牛自动喂水器、船闸等都是根据连通器的原理来工作的。
三、大气压强
1.大气压强:大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强,简称大气压;大气压用p0表示。
2.产生原因:因为空气受重力作用并且具有流动性。
3.托里拆利实验:
(1)实验过程:在长约1m,一端封闭的玻璃管里灌满水银,将管口堵住,然后倒插在水银槽中放开堵管口的手指后,管内水银面下降一些就不再下降,这时管内外水银面的高度差约为760mm。如图八所示。
(2)结论:大气压p0=760mmHg=76cmHg=1.01×105Pa(其值随着外界大气压的变化而变化)。
图八 托里拆利实验
4.标准大气压:支持76cm水银柱的大气压叫标准大气压。
1个标准大气压=760mmHg=76cmHg=1.01×105Pa。
5.大气压的特点:
(1)空气内部向各个方向都有压强,且空气中某点向各个方向的大气压强都相等。
(2)大气压随高度增加而减小;且大气压的值与地点、天气、季节、的变化有关。一般来说,晴天大气压比阴天高,冬天比夏天高。
(3)大气压变化规律:在海拔3000米以内,每上升10米,大气压大约降低100 Pa。
6.沸点与压强:一切液体的沸点,都是随气压减小而降低(如在海拔高的山上煮饭,煮不熟);随气压增大而升高(如用高压锅煮饭快)。
7.体积与压强:质量一定的气体,温度不变时,气体的体积越小压强越大;气体体积越大压强越小。
四、流体压强与流速的关系
流体(气体或液体)在流动时,流速大的位置压强较小,流速小的位置压强较大。
应用:如图九所示,飞机、水翼船升力的产生等等。
图九 升力的产生
一、压强
【典例1】(2018?河北)实心圆柱体甲和长方体乙分别放置在水平地面上,甲的密度为0.6×103kg/m3,质量为12kg、底面积为4×10﹣2m2,乙的质量为5.4kg,边长分别为0.1m、0.2m、0.3m,(g取10Nkg)
(1)求乙的密度
(2)求甲直立时对水平地面的压强
(3)若在甲的上方水平截去一段并叠放在乙的正上方后、甲剩余圆柱体对水平地面的压强恰好等于此时乙对水平地面压强的最小值,求甲截去的高度。
【解析】(1)长方体乙的体积:V乙=abc=0.1m×0.2m×0.3m=6×10﹣3m3,
乙的密度:ρ乙===0.9×103kg/m3;
(2)甲直立时对水平地面的压力:F甲=G甲=m甲g=12kg×10N/kg=120N,
对水平地面的压强:p甲===3×103Pa;
(3)设甲在上方水平截取的高度为h,则截取部分的质量:m=ρ甲V截=ρ甲S甲h,
甲剩余部分对水平地面的压强:p甲′===,
甲截取部分叠放在乙的正上方后,要使乙对水平面的压强最小,则乙的受力面积(乙的底面积)应最大,此时乙的受力面积:S乙=bc=0.2m×0.3m=6×10﹣2m2,
此时乙对水平地面的最小压强:p乙===,
由题意可知,p甲′=p乙,则有:=,
即=,解得:m=5.04kg,
由m=ρ甲S甲h可得甲截去的高度为:
h===0.21m。
【答案】(1)乙的密度为0.9×103kg/m3;(2)甲直立时对水平地面的压强为3×103Pa;(3)甲截去的高度为0.21m。
二、液体压强
【典例2】(2018?枣庄)现有一个用超薄材料制成的圆柱形容器,它的下端封闭,上端开口,底面积S=200cm2,高度h=20cm,如图甲所示;另有一个实心匀质圆柱体,密度ρ=0.8×103kg/m3,底面积S1=120cm2,高度与容器高相同,如图乙所示。(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)。
(1)将圆柱体竖直放在圆柱形容器内,求圆柱体对容器底部的压强是多少?
(2)向容器内缓缓注水直至圆柱体对容器底部的压力刚好为零,求此时水对容器底部的压强和所注的水重各是多少?
【解析】(1)圆柱体对容器底部的压力:
F=G柱=m柱g=ρgV柱=ρgS1h=0.8×103kg/m3×10N/kg×120×10﹣4m2×20×10﹣2m=19.2N;圆柱体对容器底部的压强:p===1600Pa;
(2)向容器内缓缓注水直至圆柱体对容器底部的压力刚好为零,圆柱体刚好处于漂浮状态,则:F浮=G柱=19.2N,由F浮=ρ水gV排=ρ水gS1h水得水的深度:
h水===0.16m,
此时水对容器底部产生的压强:p=ρ水gh水=1×103kg/m3×10N/kg×0.16m=1600Pa;
所注水的体积:
V水=(S﹣S1)h水=(200×10﹣4m2﹣120×10﹣4m2)×0.16m=1.28×10﹣3m3,
所注水的重力:G水=m水g=ρ水gV水=1×103kg/m3×10N/kg×1.28×10﹣3m3=12.8N。
【答案】(1)圆柱体对容器底部的压强是1600Pa;(2)向容器内缓缓注水直至圆柱体对容器底部的压力刚好为零,此时水对容器底部的压强和所注的水重各是1600Pa、12.8N。
三、大气压强
【典例3】(2018?乌鲁木齐)你站在地球表面,大气对你正面的压力大约是( )
A.60N B.600N C.6000N D.60000N
【解析】人体正面的高1.5m左右,宽40cm左右,面积约为S=1.5m×0.4m=0.6m2,
根据p=可得大气对人体正面的压力大约:F=pS=105Pa×0.6m2=60000N。故选D。
【答案】D
一、压强
1.(2018?柳州)将8个完全相同的正方形物体分两部分叠放在水平地面上,如图甲、乙所示,它们对地面的压强之比p甲:p乙等于( )
A.5:3 B.5:2 C.10:9 D.3:2
2.(2018?铜仁市)边长为10cm,密度为0.6×103kg/m3的一个正方体物块放在水平面上,物块对水平面的压强是(g取10N/kg)( )
A.450Pa B.550Pa C.600Pa D.700Pa
3.(2018?咸宁)一本八年级物理课本平放在水平桌面上时,它对桌面的压强最接近下列的数值为( )
A.0.5 Pa B.5 Pa C.50 Pa D.500 Pa
4.(2018?杭州)如图,质量分布均匀的长方体重物A、B,密度分别为ρA和ρB,底面积分别为SA和SB,且SA>SB,将它们放在水平面上,它们对地面的压强相等。现水平割去上半部分(如图中虚线所示),剩余部分对地面的压强分别为pA和pB,对地面的压力分别为FA和FB,下列物理量大小比较的关系正确的是( )
A.FA<FB B.pA>pB
C.ρA>ρB D.切割前后 A、B 对地面的压强均不变
5.(2018?岳阳)如图,质地均匀的长方体重7N,放在水平桌面上,它与桌子的接触面积为0.01m2,则它对桌面的压强为________Pa:竖直切除该物体右边的阴影部分,剩余部分对桌面的压强会________(选填“变小”、“不变”或“变大”)。
6.(2017?湖北)如图所示,有两个正方体实心物体A、B叠放在水平桌面上,物体A重15N,B重5N.若物体B对A的压强与此时物体A对桌面的压强相等。则物体B对A的压力与物体A对桌面的压力之比是________,物体B与A的密度之比是________。
7.(2018?达州)如图所示,完全相同的圆柱形容器中,装有不同的两种液体甲、乙,在两容器中,距离同一高度分别有A、B两点。若两种液体的质量相等,则A、B两点的压强关系是pA________pB;若A、B两点的压强相等,则两种液体对容器底的压强关系是p甲________p乙(两空选填“>”、“=”或“<”)。
8.(2018?湘潭)如图,竖放在水平地面上的均匀长方体木块,重为G、高为3a、底面是边长为a的正方形。将其由竖放改为平放,木块对地面的压力________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。木块平放时对地面的压强是________。
9.(2018?徐州)制作豆腐过程中,要用重物把豆腐压实,如果重物对豆腐的压力为200N,受力面积为1m2.压实后,30kg豆腐的体积为0.02m3.求:
(1)重物对豆腐的压强;
(2)豆腐的密度。
10.(2018?江西)如图所示,是小普同学利用自制的简易天平在家实验时的情景,请仔细观察,并根据图中信息,求:
(1)该液体的密度;
(2)若烧杯的底面积为20cm2,装有此液体的烧杯对天平托盘的压强。(g取10N/kg)
11.(2017?桂林)2017年央视春晚桂林分会场的节目令人难忘,不论从舞台的搭建,还是从灯光的运用以及演员的表演来看,都无可挑剔。
(1)据专家介绍,临江而建的观众席平台每1m2的承重标准达到了4000N,由此可知,观众席平台能承受的压强可达多少帕斯卡?
(2)如图所示,在空中表演的舞蹈演员,由钢丝绳牵引着随音乐上下或左右移动。若演员向上移动4m所用的时间为10s,则移动的平均速度是多少?
二、液体压强
12.(2018?大庆)如图是用新材料制成的轻质圆柱形薄桶(桶的质量和厚度忽略不计),高度足够高,横截面积为400cm2,内部装水的高度为20cm。先将一球体放入水中,已知球体体积为2×10﹣3m3,密度为水密度的4倍,则放入球后,水对桶底的压力与桶对地面的压力之比( )
A.1:2 B.5:8 C.5:7 D.4:7
12.(2018?长沙)如图所示,圆柱体甲和装有适量某液体的圆柱形容器乙的底面积之比为3:4,把它们平放在同一水平桌面上,在甲物体上,沿水平方向截取一段长为x的物体A,并平稳放入容器乙中,用力使物体A刚好浸没在液体中(A不与容器乙接触,液体无溢出)。截取后,甲、乙对桌面的压强随截取长度x的变化关系如图丙所示。已知甲的密度为0.6xl03kg/m3,容器乙的壁厚和质量均忽略不计,g取10N/kg,下列说法正确的是( )
A.圆柱体甲截取前和容器乙中的液体质量之比为3:2
B.圆柱体甲截取前对桌面的压强为1000Pa
C.容器乙中液体的密度为0.4×103kg/m3
D.容器乙中未放入物体A时,液体的深度为8cm
13.(2018?北京)如图所示,盛有水的杯子静止在水平桌面上。杯子重1N,高9cm,底面积30cm2;杯内水重2N,水深6cm,水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg。下列选项中正确的是( )
A.水对杯底的压强为900Pa B.水对杯底的压力为2N
C.水杯对桌面的压强为1000Pa D.水杯对桌面的压力为2.8N
14.(2018?常州)水平桌面上,甲、乙、丙三个同规格容器内各装有液体,小明将完全相同的三个小球分别放入三个容器内,小球静止时状态如图所示,此时三个容器中的液面相平,三个容器底部受到的液体压强大小关系是( )
A.p甲=p乙=p丙 B.p甲>p乙>p丙
C.p甲>p乙=p丙 D.p甲<p乙<p丙
15.(2018?锦州)我国的潜水器已达到了国际先进水平。蛟龙号(如图)是我国自主研制的深潜器,当它潜入水下7000m深处进行科学研究时,蛟龙号受到海水的压强为________Pa.(g=10N/kg,海水的密度取1.0×103kg/m3。)
16.(2018?张家界)蚊子的口器对皮肤的压力虽然不大,但由于口器十分尖锐,因而能轻易刺穿皮肤,这是通过________的方式增大了压强;张家界仙人溪水库夏季蓄水期时,水面距离水底60米,水对大坝底部的压强为________Pa.(ρ水=1.0×103kg/m3)
17.(2018?赤峰)图是我国自主研制的蛟龙号载人潜水器,2012年蛟龙号潜水器顺利完成7km级的潜水试验,则7km深处海水的压强为________Pa,设想你在7km深的蛟龙号潜水器中把一只手伸到外面的水里,若手背的面积为0.6×10﹣2m2,则海水对手背的压力为________N(海水的密度ρ=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。
18.(2018?重庆)如图甲所示,底面积为100cm2的圆柱形容器中装满了水,底部中央固定有一根体积不计沿竖直方向的细杆,细杆的上端连接着密度为0.6g/cm3的圆柱体A,容器的底部安装有阀门。现打开阀门控制水以50cm3/s流出,同时开始计时,水对容器底部的压力随时间变化的规律如图(乙)所示,则阀门未打开前水对容器底部的压强为________Pa.当t=52s时,细杆对物体的作用力大小为________N。
19.(2018?昆明)如图所示,置于水平桌面上的容器,底面积为200cm2,未装水时的质量为0.2kg。容器盛水后水面的高度为15cm,容器对桌面的压强为1.1×103Pa,求水对容器向上的压力。(已知ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg,忽略容器壁的厚度)
20.一个圆柱形杯身的杯子,装12cm高的水密封后(杯子厚度忽略不计)放在水平桌面上,如图甲所示。再将杯子分别倒置在盛有水和某种液体的容器中,静止后杯子内外液面高度差如图乙和图丙所示。(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)求:
(1)图甲中杯底受到水的压强
(2)图丙中某种液体的密度
(3)如果杯子自身质量为80g,则杯内水的质量。
21.(2017?云南)目前,世界上能够制造潜水深度6000米潜水器的国家仅有中国、美国、日本、法国和俄罗斯,我国研制的“蛟龙号”潜水器曾经载人深潜7062米,创造了世界同类作业型潜水器最大下潜深度记录,取ρ海水=1.0×103kg/m3,求:
(1)在7000m的深度,潜水器受到的海水压强为多少,合多少个标准大气压;
(2)若“蛟龙号”上有一个50cm2的观察窗,在7000m深度时观察窗受到的海水压力为多大;
(3)若“蛟龙号”从7000m深度上浮至水面用时6小时56分40秒,它上浮的平均速度。
三、大气压强
22.(2017?昆明)我国自主研发并试飞成功的C919大型商用客机,最大飞行高度达12131米,这个高度处的大气压约2.0×104Pa,它表示的意思是________;客机巡航速度可达950km/h,昆明至上海的航空距离约为2000km,若C919客机以此速度从昆明飞至上海需________h(计算结果精确到0.1)
四、流体压强
23.(2018?梧州)如图所示,甲、乙容器中分别盛有密度为1×103kg/m3的水和密度为1.2×103kg/m3的盐水,当在A处沿水平方向快速吹气时,会发现B、C管中的液面上升到一定高度,原因是A处空气流速加快,压强________,B、C管内外液面高度差之比为h1:h2=________。
24.(2018?菏泽)2018年5月14日早晨7时左右,川航A319飞机,在一万米高空飞经成都空管区域时,该飞机驾驶舱右座前风挡玻璃突然破裂并脱落,造成飞机客舱失压,副驾驶半个身体被“吸”出窗外,飞机紧急迫降。一万米高空的气压约为1标准大气压的0.3倍,机舱内气压约为1标准大气压(1.01×105Pa)。那么,面积约为0.5m2的飞机风挡玻璃受到舱内外压力差是________N.副驾驶半个身体被“吸”出窗外的原因是________________。
25.(2017?益阳)如图所示,把饮料吸管A插入盛水的杯中,另一根吸管B的管口贴靠在A管的上端。往B管中吹气,可以看到A管中的水面上升。这是因为A管上端口附近空气压强变________(填“大”或“小”)的缘故;当杯内水的深度为10cm时,杯底受到水的压强大小为________Pa.(g取10N/kg)
【2019赢在中考】物理二轮专题解读与强化训练
专题十五 压强计算题
计算题以考查学生综合应用所学知识分析问题和解决问题的能力为主,它既能反映学生对基本知识的理解掌握水平,同时又能体现学生在综合应用所学知识分析和解决问题过程中的情感、态度与价值观。是物理中考的主要内容,在中考试卷中占有很大比例。计算题在中考题中常被列为压轴题目。
计算题常以填空题、选择题和计算过程题型出现。尤其是计算过程题是考查学生分析问题、解决问题和计算能力的题型,要求较高,分值较高,并要求有计算过程和步骤,每一步骤都有相应分值。21·cn·jy·com
计算题的特点是:
(1)应用性:这类题是把物理知识浸透到社会实际操作和应用到生活体验中,它能够反映学生对所学物理知识的理解和情感,同时也能反映学生对自己生活中的一些实际操作的认识水平。
(2)知识综合性:这类题往往是把几个或几种物理过程及物理现象放在一起,利用各个过程或各种现象之间的相切点,解答要解决的问题。它反映学生学习知识的综合能力和分析解决问题的能力。
(3)结果合理性:这类题能反映学生对自然界或生产、生活中若干事物的观察和关心程度.它要求学生用生活实践,社会活动的基本经验对题目的计算结果进行判断,留取合理的,舍弃不合理的。2-1-c-n-j-y
压强计算题:主要涉及固体的压力和压强、液体的压力和压强、大气压力和压强的计算。
1.计算题一般解题步骤
第一步:认真审题。明确现象和物理过程,确定给出的条件或题目中隐含的条件,明确要解决的问题。
第二步:明确已知量和未知量之间的关系。也就是针对题目内容分析综合,确定解决问题的方向,选择适合的规律和公式,找准相关物理量之间的关系。
第三步:根据题意找出相应的公式。这一步是在明确了各个已知量、未知量及某个物理量在题目中叙述的物理现象或物理过程变化时存在的关系,根据公式或规律列出相应的表达式,并推导出待求物理量的计算式。
第四步:代人数据求解。这一步是把所用到的已知物理量的单位统一后,把已知量的数据代人计算式中,通过正确运算,得出答案。同时对答案进行合理化验证,最后确定正确答案。
2.解答方法
(1)探索法:这种方法是在题目所给的实际问题或情境中抽象出来的。判断出所涉及或应用的物理模型,然后运用相对应的物理概念、物理规律和物理公式,通过计算得出要求解的正确答案。
(2)极值法:这种方法也叫端点法。它对不定值问题和变化范围问题的解答有重要的实用价值。用这种方法解答问题时,应改弄清要研究的是哪个变化的物理量的值或者是哪个物理量的变化范围,然后确定变化的规律或方向,最后用相对应的物理规律或物理概念,一个对应点一个对应点地计算取值。
(3)简化法:这种方法是把题目中的复杂情境或复杂现象进行梳理,找出题目中的相关环节或相关点,使要解决的复杂的问题突出某个物理量的关系或某个规律特点。这样使复杂得到简化,可以在计算解答的过程中减少一些混淆和混乱,把要解答的问题解决。
(4)隐含条件法:这种方法是通过审题,从题目中所叙述的物理现象或给出的物理情境及元件设备等各个环节中,挖掘出解答问题所需要的隐含在其中的条件,这种挖掘隐含条件能使计算环节减少,而且所得到的答案误差也小。
(5)应用类分析法:运用数学工具解决物理问题,是物理解题的重要手段。许多设计、推理的应用题,都是建立在计算的基础上。主要考查学生运用物理公式、规律进行解题的能力。例如有两个未知物理量,我们可以根据题目的数据建立两个方程,然后求解未知量。
一、压强
1.压力:垂直作用在物体表面上的力叫压力(图一:水杯对桌面的压力,图二:木块对斜面的压力,图三:图钉对墙壁的压力)。【来源:21cnj*y.co*m】
(1)压力并不都是由重力引起的(图三:图钉对墙壁的压力)。把物体放在桌面上,如果物体不受其它力作用,则压力F等于物体受到的重力G。
图一:水杯对桌面的压力竖直向下
图二:木块对斜面的压力垂直斜面向下
图三:图钉对墙壁的压力垂直墙壁向左
(2)固体可以大小、方向不变地传递压力。
2.压强:
(1)定义:物体单位面积上受到的压力叫压强。
(2)物理意义:压强是表示力的作用效果的物理量。
(3)压强公式:。其中,压强p的单位是帕斯卡(简称为帕),符号是Pa;压力F单位是牛,符号是N;S是受力面积(是两物体的接触部分),单位是米2,符号是m2。
3.增大和减小压强的方法
(1)增大压强:当受力面积不变时,增大压力;当压力不变时,减小受力面积;压力增大的同时减小受力面积都可以增大压强。如图四:墙钉、斧头、安全锤都是增大压强的例子。2-1-c-n-j-y
(2)减小压强:受力面积不变时,减小压力;压力不变时,增大受力面积;压力减小的同时增大受力面积都可以减小压强。如图五:铁轨、履带式推土机、大象的脚掌都是减小压强的例子。
图四
增大压强例子
图五
减小压强例子
二、液体的压强
1.液体压强产生的原因:液体受重力作用且具有流动性。
2.液体压强的测量:使用压强计。
3.液体压强的规律:
(1)液体对容器底和侧壁都有压强,液体内部向各个方向都有压强;
(2)在同一深度,液体向各个方向的压强都相等;
(3)液体的压强随深度的增加而增大(如图六所示);
(4)相同高度,不同液体的压强与液体的密度有关。
图六 图七
4.液体压强公式:。其中,是液体密度,单位是;;是液体内部某位置到液面的高度。
从公式中看出:液体的压强只与液体的密度和液体的深度有关,而与液体的质量、体积、重力、容器的底面积、容器形状均无关。
5.连通器:上端开口,下部相连通的容器。
(1)原理:连通器里装同一种液体且液体不流动时,各容器的液面保持相平(如图七所示)。
(2)连通器的应用:茶壶、锅炉水位计、乳牛自动喂水器、船闸等都是根据连通器的原理来工作的。
三、大气压强
1.大气压强:大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强,简称大气压;大气压用p0表示。
2.产生原因:因为空气受重力作用并且具有流动性。
3.托里拆利实验:
(1)实验过程:在长约1m,一端封闭的玻璃管里灌满水银,将管口堵住,然后倒插在水银槽中放开堵管口的手指后,管内水银面下降一些就不再下降,这时管内外水银面的高度差约为760mm。如图八所示。
(2)结论:大气压p0=760mmHg=76cmHg=1.01×105Pa(其值随着外界大气压的变化而变化)。
图八 托里拆利实验
4.标准大气压:支持76cm水银柱的大气压叫标准大气压。
1个标准大气压=760mmHg=76cmHg=1.01×105Pa。
5.大气压的特点:
(1)空气内部向各个方向都有压强,且空气中某点向各个方向的大气压强都相等。
(2)大气压随高度增加而减小;且大气压的值与地点、天气、季节、的变化有关。一般来说,晴天大气压比阴天高,冬天比夏天高。
(3)大气压变化规律:在海拔3000米以内,每上升10米,大气压大约降低100 Pa。
6.沸点与压强:一切液体的沸点,都是随气压减小而降低(如在海拔高的山上煮饭,煮不熟);随气压增大而升高(如用高压锅煮饭快)。
7.体积与压强:质量一定的气体,温度不变时,气体的体积越小压强越大;气体体积越大压强越小。
四、流体压强与流速的关系
流体(气体或液体)在流动时,流速大的位置压强较小,流速小的位置压强较大。
应用:如图九所示,飞机、水翼船升力的产生等等。
图九 升力的产生
一、压强
【典例1】(2018?河北)实心圆柱体甲和长方体乙分别放置在水平地面上,甲的密度为0.6×103kg/m3,质量为12kg、底面积为4×10﹣2m2,乙的质量为5.4kg,边长分别为0.1m、0.2m、0.3m,(g取10Nkg)
(1)求乙的密度
(2)求甲直立时对水平地面的压强
(3)若在甲的上方水平截去一段并叠放在乙的正上方后、甲剩余圆柱体对水平地面的压强恰好等于此时乙对水平地面压强的最小值,求甲截去的高度。
【解析】(1)长方体乙的体积:V乙=abc=0.1m×0.2m×0.3m=6×10﹣3m3,
乙的密度:ρ乙===0.9×103kg/m3;
(2)甲直立时对水平地面的压力:F甲=G甲=m甲g=12kg×10N/kg=120N,
对水平地面的压强:p甲===3×103Pa;
(3)设甲在上方水平截取的高度为h,则截取部分的质量:m=ρ甲V截=ρ甲S甲h,
甲剩余部分对水平地面的压强:p甲′===,
甲截取部分叠放在乙的正上方后,要使乙对水平面的压强最小,则乙的受力面积(乙的底面积)应最大,此时乙的受力面积:S乙=bc=0.2m×0.3m=6×10﹣2m2,
此时乙对水平地面的最小压强:p乙===,
由题意可知,p甲′=p乙,则有:=,
即=,解得:m=5.04kg,
由m=ρ甲S甲h可得甲截去的高度为:
h===0.21m。
【答案】(1)乙的密度为0.9×103kg/m3;(2)甲直立时对水平地面的压强为3×103Pa;(3)甲截去的高度为0.21m。
二、液体压强
【典例2】(2018?枣庄)现有一个用超薄材料制成的圆柱形容器,它的下端封闭,上端开口,底面积S=200cm2,高度h=20cm,如图甲所示;另有一个实心匀质圆柱体,密度ρ=0.8×103kg/m3,底面积S1=120cm2,高度与容器高相同,如图乙所示。(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)。
(1)将圆柱体竖直放在圆柱形容器内,求圆柱体对容器底部的压强是多少?
(2)向容器内缓缓注水直至圆柱体对容器底部的压力刚好为零,求此时水对容器底部的压强和所注的水重各是多少?
【解析】(1)圆柱体对容器底部的压力:
F=G柱=m柱g=ρgV柱=ρgS1h=0.8×103kg/m3×10N/kg×120×10﹣4m2×20×10﹣2m=19.2N;圆柱体对容器底部的压强:p===1600Pa;
(2)向容器内缓缓注水直至圆柱体对容器底部的压力刚好为零,圆柱体刚好处于漂浮状态,则:F浮=G柱=19.2N,由F浮=ρ水gV排=ρ水gS1h水得水的深度:
h水===0.16m,
此时水对容器底部产生的压强:p=ρ水gh水=1×103kg/m3×10N/kg×0.16m=1600Pa;
所注水的体积:
V水=(S﹣S1)h水=(200×10﹣4m2﹣120×10﹣4m2)×0.16m=1.28×10﹣3m3,
所注水的重力:G水=m水g=ρ水gV水=1×103kg/m3×10N/kg×1.28×10﹣3m3=12.8N。
【答案】(1)圆柱体对容器底部的压强是1600Pa;(2)向容器内缓缓注水直至圆柱体对容器底部的压力刚好为零,此时水对容器底部的压强和所注的水重各是1600Pa、12.8N。
三、大气压强
【典例3】(2018?乌鲁木齐)你站在地球表面,大气对你正面的压力大约是( )
A.60N B.600N C.6000N D.60000N
【解析】人体正面的高1.5m左右,宽40cm左右,面积约为S=1.5m×0.4m=0.6m2,
根据p=可得大气对人体正面的压力大约:F=pS=105Pa×0.6m2=60000N。故选D。
【答案】D
一、压强
1.(2018?柳州)将8个完全相同的正方形物体分两部分叠放在水平地面上,如图甲、乙所示,它们对地面的压强之比p甲:p乙等于( )
A.5:3 B.5:2 C.10:9 D.3:2
【解析】设每个正方体的重力为G,底面积为S,甲乙两图中正方体对水平地面的压力等于其总重,甲图中对地面的压力:F甲=5G,受力面积:S甲=3S;乙图中对地面的压力:F乙=3G,受力面积:S乙=2S;根据p=可得,它们对地面的压强之比:
p甲:p乙==×=×=×=10:9,故C正确,ABD错误。故选C。
【答案】C
2.(2018?铜仁市)边长为10cm,密度为0.6×103kg/m3的一个正方体物块放在水平面上,物块对水平面的压强是(g取10N/kg)( )
A.450Pa B.550Pa C.600Pa D.700Pa
【解析】(1)正方体物块的边长为10cm,则体积V=(10cm)3=1000cm3=0.001m3;由ρ=可得,正方体实心物块质量:m=ρV=0.6×103kg/m3×0.001m3=0.6kg,
正方体物块的重:G=mg=0.6kg×10N/kg=6N;(2)正方体物块对水平面的压力F=G=6N,正方体物块的底面积(受力面积):S=(0.1m)2=0.01m2,物块对水平面的压强:p===600Pa。故选C。
【答案】C
3.(2018?咸宁)一本八年级物理课本平放在水平桌面上时,它对桌面的压强最接近下列的数值为( )
A.0.5 Pa B.5 Pa C.50 Pa D.500 Pa
【解析】八年级物理课本的质量约为m=250g=0.25kg,物理课本重:G=mg=0.25kg×10N/kg=2.5N,它对水平桌面的压力F=G=2.5N,受力面积:S=25cm×20cm=500cm2=0.05m2,它对桌面的压强:p===50Pa。故选C。
【答案】C
4.(2018?杭州)如图,质量分布均匀的长方体重物A、B,密度分别为ρA和ρB,底面积分别为SA和SB,且SA>SB,将它们放在水平面上,它们对地面的压强相等。现水平割去上半部分(如图中虚线所示),剩余部分对地面的压强分别为pA和pB,对地面的压力分别为FA和FB,下列物理量大小比较的关系正确的是( )
A.FA<FB B.pA>pB
C.ρA>ρB D.切割前后 A、B 对地面的压强均不变
【解析】(1)设A的边长为hA,B的边长为hB,对于柱状实心物体,则根据p=ρgh可得A、B对地面的压强分别为:pA0=ρAghA,pB0=ρBghB,已知它们对地面的压强相等,即:pA0=pB0,所以,ρAghA=ρBghB。由图可知:hA<hB,所以,ρA>ρB,故C正确;(2)长方体A、B沿水平割去上半部分(如图中虚线所示),则hA′=hA,hB′=hB,则剩余部分对地面的压强分别为:pA=ρAghA′=ρAghA=ρAghA=pA0,pB=ρBghB′=ρBghB=ρBghB=pB0,故D错误;已知pA0=pB0,则pA=pB,故B错误;(3)由于SA>SB,根据F=pS可得:剩余部分对地面的压力FA>FB,故A错误。故选C。
【答案】C
5.(2018?岳阳)如图,质地均匀的长方体重7N,放在水平桌面上,它与桌子的接触面积为0.01m2,则它对桌面的压强为________Pa:竖直切除该物体右边的阴影部分,剩余部分对桌面的压强会________(选填“变小”、“不变”或“变大”)。
【解析】长方体对桌面的压力为:F=G=7N;长方体对桌面的压强为:p===700Pa;设长方体的底面积为S,与桌面的接触面积为S′,没切除时,长方体对桌面的压强:p=,因为S′<S,所以>①,当竖直切除该物体右边的阴影部分,设剩余部分的重力为kG,则受力面积为kS,物体对桌面的压力F′=kG,则剩余部分对桌面的压强为:p′==②;由①②可知,剩余部分对桌面的压强会变小。
【答案】700;变小。
6.(2017?湖北)如图所示,有两个正方体实心物体A、B叠放在水平桌面上,物体A重15N,B重5N.若物体B对A的压强与此时物体A对桌面的压强相等。则物体B对A的压力与物体A对桌面的压力之比是________,物体B与A的密度之比是________。
【解析】物体B对A的压力与物体A对桌面的压力之比:===;
正方体物体B对A的压强:pB===,
正方体物体A对桌面的压强:pA====,
由题意可知:pB=pA,即:=,解得:LA=2LB;根据重力公式和密度公式可得,物体对接触面的压强:p====,所以,pB==ρBLBg,pA==ρALAg+g,因pB=pA,所以ρBLBg=ρALAg+g,
整理可得:ρBLB=ρALA+﹣①,由前面解得LA=2LB﹣②,联立①②整理解得:=。
【答案】1:4;8:3。
7.(2018?达州)如图所示,完全相同的圆柱形容器中,装有不同的两种液体甲、乙,在两容器中,距离同一高度分别有A、B两点。若两种液体的质量相等,则A、B两点的压强关系是pA________pB;若A、B两点的压强相等,则两种液体对容器底的压强关系是p甲________p乙(两空选填“>”、“=”或“<”)。
【解析】(1)由图知VA<VB,若两种液体的质量相等,由ρ=可知液体密度ρA>ρB,A、B下方对容器底的压强:pA下>pB下,因为两种液体的质量相等,液体对容器底的压强p===,所以液体对容器底的压强:pA底=pB底,因为液体对容器底的压强pA底=pA+pA下,pB底=pB+pB下,所以A、B两点的压强关系:pA<pB;(2)由图知A、B深度hA<hB,若A、B两点的压强相等,由p=ρgh可知液体密度ρA>ρB,A、B下方对容器底的压强:pA下>pB下,因为液体对容器底的压强pA底=pA+pA下,pB底=pB+pB下,所以液体对容器底的压强:pA底>pB底。
【答案】<;>。
8.(2018?湘潭)如图,竖放在水平地面上的均匀长方体木块,重为G、高为3a、底面是边长为a的正方形。将其由竖放改为平放,木块对地面的压力________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。木块平放时对地面的压强是________。
【解析】水平地面上的均匀长方体木块无论竖放,还是平放,木块对地面的压力不变,都等于其重力,即F=G,平放时,受力面积S=3a×a=3a2,故对地面的压强p==。
【答案】不变;。
9.(2018?徐州)制作豆腐过程中,要用重物把豆腐压实,如果重物对豆腐的压力为200N,受力面积为1m2.压实后,30kg豆腐的体积为0.02m3.求:
(1)重物对豆腐的压强;
(2)豆腐的密度。
【解析】(1)重物对豆腐的压强:p===200Pa;
(2)豆腐的密度:ρ===1.5×103kg/m3。
【答案】(1)重物对豆腐的压强为200Pa;(2)豆腐的密度为1.5×103kg/m3。
10.(2018?江西)如图所示,是小普同学利用自制的简易天平在家实验时的情景,请仔细观察,并根据图中信息,求:
(1)该液体的密度;
(2)若烧杯的底面积为20cm2,装有此液体的烧杯对天平托盘的压强。(g取10N/kg)
【解析】(1)由图可知,100ml液体的质量为:m液=m总﹣m杯=100g﹣10g=90g,
液体的密度为:ρ===0.9g/cm3;
(2)烧杯对天平的压力为:F=G=m总g=100×10﹣3kg×10N/kg=1N,
则烧杯对天平托盘的压强为:p===500Pa。
【答案】(1)该液体的密度为0.9g/cm3;(2)烧杯的底面积为20cm2,对天平托盘的压强为500Pa。
11.(2017?桂林)2017年央视春晚桂林分会场的节目令人难忘,不论从舞台的搭建,还是从灯光的运用以及演员的表演来看,都无可挑剔。
(1)据专家介绍,临江而建的观众席平台每1m2的承重标准达到了4000N,由此可知,观众席平台能承受的压强可达多少帕斯卡?
(2)如图所示,在空中表演的舞蹈演员,由钢丝绳牵引着随音乐上下或左右移动。若演员向上移动4m所用的时间为10s,则移动的平均速度是多少?
【解析】(1)平台受到的压力F=G=4000N,平台能承受的压强p===4000Pa;
(2)移动的平均速度v===0.4m/s。
【答案】(1)观众席平台能承受的压强可达4000Pa;(2)移动的平均速度是0.4m/s。
二、液体压强
12.(2018?大庆)如图是用新材料制成的轻质圆柱形薄桶(桶的质量和厚度忽略不计),高度足够高,横截面积为400cm2,内部装水的高度为20cm。先将一球体放入水中,已知球体体积为2×10﹣3m3,密度为水密度的4倍,则放入球后,水对桶底的压力与桶对地面的压力之比( )
A.1:2 B.5:8 C.5:7 D.4:7
【解析】(1)桶内水的体积:V水=400cm2×20cm=8000cm3,
由ρ=得水的质量:m水=ρ水V水=1g/cm3×8000cm3=8000g=8kg,
球体的密度:ρ球=4ρ水=4×1g/cm3=4g/cm3,
球体的体积V球=2×10﹣3m3=2000cm3,
球体的质量:m球=ρ球V球=4g/cm3×2000cm3=8000g=8kg,
桶的质量和厚度忽略不计,总质量m总=m水+m球=8kg+8kg=16kg,
总重力:G总=m总g=16kg×10N/kg=160N,
桶对地面的压力:F桶=G总=160N;
(2)将一球体放入水中,水的深度:h===25cm=0.25m,水对桶底的压强:p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.25m=2500Pa,
水对桶底的压力:F水=pS=2500Pa×400×10﹣4m2=100N,
水对桶底的压力与桶对地面的压力之比:F水:F桶=100N:160N=5:8。
故选B。
【答案】B
12.(2018?长沙)如图所示,圆柱体甲和装有适量某液体的圆柱形容器乙的底面积之比为3:4,把它们平放在同一水平桌面上,在甲物体上,沿水平方向截取一段长为x的物体A,并平稳放入容器乙中,用力使物体A刚好浸没在液体中(A不与容器乙接触,液体无溢出)。截取后,甲、乙对桌面的压强随截取长度x的变化关系如图丙所示。已知甲的密度为0.6xl03kg/m3,容器乙的壁厚和质量均忽略不计,g取10N/kg,下列说法正确的是( )
A.圆柱体甲截取前和容器乙中的液体质量之比为3:2
B.圆柱体甲截取前对桌面的压强为1000Pa
C.容器乙中液体的密度为0.4×103kg/m3
D.容器乙中未放入物体A时,液体的深度为8cm
【解析】A、由图象可知,截取前圆柱体甲对桌面的压强p甲=4p0,容器乙对桌面的压强p乙=p0,由p===得,圆柱体甲截取前和容器乙中的液体质量之比:===,故A错误;B、设截取前圆柱体甲的高度为h,则圆柱体甲对桌面的压强:4p0=ρ甲gh,圆柱体甲截取长度x=10cm=0.1m后,圆柱体甲对桌面的压强:2p0=ρ甲g(h﹣x),联立以上两式代入数据可解得:h=0.2m,所以,圆柱体甲截取前对桌面的压强:p甲=ρ甲gh=0.6×l03kg/m3×10N/kg×0.2m=1200Pa,故B错误;
CD、容器乙中未放入物体A时,对桌面的压强等于液体的压强,即:p0=ρ乙gh乙﹣①,
圆柱体甲截取长度x=10cm=0.1m时,则物体A的体积VA=S甲x,将物体A浸没在液体乙中,液面上升的高度:△h==﹣②,物体A刚好浸没在液体中时,容器乙对桌面的压强等于此时液体的压强,即:2p0=ρ乙g(h乙+△h)﹣③,联立①②③可解得:h乙=x=7.5cm,故D错误;由B可知,p0=p甲=×1200Pa=300Pa,由p0=ρ乙gh乙得,容器乙中液体的密度:ρ乙===0.4×103kg/m3,故C正确。故选C。
【答案】C
13.(2018?北京)如图所示,盛有水的杯子静止在水平桌面上。杯子重1N,高9cm,底面积30cm2;杯内水重2N,水深6cm,水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg。下列选项中正确的是( )
A.水对杯底的压强为900Pa B.水对杯底的压力为2N
C.水杯对桌面的压强为1000Pa D.水杯对桌面的压力为2.8N
【解析】(1)杯内水的深度:h=6cm=0.06m,
水对杯底的压强:p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.06m=600Pa,
根据p=可得,水对杯底的压力:F=pS=600Pa×30×10﹣4m2=1.8N;故AB错误;
(2)G水=2N,在水平桌面上,杯对桌面的压力:F′=G水+G杯=1N+2N=3N,
杯对桌面的压强:p′===1000Pa;故C正确,D错误;故选C。
【答案】C
14.(2018?常州)水平桌面上,甲、乙、丙三个同规格容器内各装有液体,小明将完全相同的三个小球分别放入三个容器内,小球静止时状态如图所示,此时三个容器中的液面相平,三个容器底部受到的液体压强大小关系是( )
A.p甲=p乙=p丙 B.p甲>p乙>p丙
C.p甲>p乙=p丙 D.p甲<p乙<p丙
【解析】小球在甲中漂浮,在乙、丙中悬浮,浮力均等于重力,所以小球在三种液体中受到的浮力相等;由图可知V排甲<V排乙=V排丙,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知ρ甲>ρ乙=ρ丙,三个容器内的液面相平,根据p=ρ液gh可知,三种液体对容器底部的压强关系为p甲>p乙=p丙.故C正确。故选C。
【答案】C
15.(2018?锦州)我国的潜水器已达到了国际先进水平。蛟龙号(如图)是我国自主研制的深潜器,当它潜入水下7000m深处进行科学研究时,蛟龙号受到海水的压强为________Pa.(g=10N/kg,海水的密度取1.0×103kg/m3。)
【解析】蛟龙号在海水下7000m深处受到的压强:p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×7000m=7×107Pa。
【答案】7×107。
16.(2018?张家界)蚊子的口器对皮肤的压力虽然不大,但由于口器十分尖锐,因而能轻易刺穿皮肤,这是通过________的方式增大了压强;张家界仙人溪水库夏季蓄水期时,水面距离水底60米,水对大坝底部的压强为________Pa.(ρ水=1.0×103kg/m3)
【解析】蚊子的口器很尖锐,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强;
水对大坝底部的压强为:p=ρ水gh═1.0×103kg/m3×10N/kg×60m=6×105Pa。
【答案】减小受力面积;6×105。
17.(2018?赤峰)图是我国自主研制的蛟龙号载人潜水器,2012年蛟龙号潜水器顺利完成7km级的潜水试验,则7km深处海水的压强为________Pa,设想你在7km深的蛟龙号潜水器中把一只手伸到外面的水里,若手背的面积为0.6×10﹣2m2,则海水对手背的压力为________N(海水的密度ρ=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。
【解析】(1)7km深处海水的压强:
p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×7000m=7×107pa;
(2)根据p=可得,手背受到海水的压力:
F=pS=7×107pa×0.6×10﹣2m2=4.2×105N。
【答案】7×107pa;4.2×105N。
18.(2018?重庆)如图甲所示,底面积为100cm2的圆柱形容器中装满了水,底部中央固定有一根体积不计沿竖直方向的细杆,细杆的上端连接着密度为0.6g/cm3的圆柱体A,容器的底部安装有阀门。现打开阀门控制水以50cm3/s流出,同时开始计时,水对容器底部的压力随时间变化的规律如图(乙)所示,则阀门未打开前水对容器底部的压强为________Pa.当t=52s时,细杆对物体的作用力大小为________N。
【解析】(1)由图乙知,当t=0,水对容器底部的压力为50N,则阀门未打开前水对容器底部的压强为:p===5000Pa;
(2)由图乙知,在0﹣40s,40s﹣64s 64s﹣84s三个时间段,水对容器底部的压力随时间变化的规律分别为一直线,第1阶段流出的水量:V1=40s×50cm3/s=2000cm3;
第2阶段流出的水量:V2=24s×50cm3/s=1200cm3;
第3阶段流出的水量:V3=20s×50cm3/s=1000cm3;
即各阶段减小的水的体积,如下图1所示:
根据h=,可分别求出1、3阶段水下降的高度分别为:h1=20cm,h3=10cm,
因在放水前,对容器底部的压强为5000Pa,故容器盛满水时的深度:
h容===0.5m﹣①,故
圆柱体A的高度:hA=50cm﹣20cm﹣10cm=20cm,
在第2个阶段,有(S﹣SA)h容=(100cm2﹣SA)hA=1200cm3﹣②,
由①②,故A的底面积为:SA=40cm2,
故A的体积:VA=SAhA=40cm2×20cm=800cm3,
从第40s到第52s流出水的体积为:V21=12s×50cm3/s=600cm3,
即水面下降了10cm,A排开水的体积:V排=h′SA=10cm×40cm2=400cm3
由阿基米德原理,此时A受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×400×10﹣6m3=4N;A的重力:G=ρAgVA=0.6×103kg/m3×10N/kg×800×10﹣6m3=4.8N,因重力大于其受到的浮力,故A还受到一个细杆施加的竖直向上的力T的作用,根据力的平衡:T=G﹣F浮=4.8N﹣4N=0.8N。
【答案】5000;0.8。
19.(2018?昆明)如图所示,置于水平桌面上的容器,底面积为200cm2,未装水时的质量为0.2kg。容器盛水后水面的高度为15cm,容器对桌面的压强为1.1×103Pa,求水对容器向上的压力。(已知ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg,忽略容器壁的厚度)
【解析】由题知,S=200cm2=2×10﹣2m2,h=15cm=0.15m,
水对容器部的压强:p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.15m=1500Pa,
根据p=可得水对容器底的压力:F=pS=1500Pa×2×10﹣2m2=30N。
容器的重力:G容=0.2kg×10N/kg=2N,
根据p=可得,容器对桌面的压力:F′=p′S=1.1×103Pa×2×10﹣2m2=22N,
容器置于水平桌面上,则容器和水的重力G总=F′=22N,
故水的重力G水=G总﹣G容=22N﹣2N=20N,
所以水对容器向上的压力:F″=F﹣G水=30N﹣20N=10N。
【答案】水对容器向上的压力为10N。
20.一个圆柱形杯身的杯子,装12cm高的水密封后(杯子厚度忽略不计)放在水平桌面上,如图甲所示。再将杯子分别倒置在盛有水和某种液体的容器中,静止后杯子内外液面高度差如图乙和图丙所示。(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)求:
(1)图甲中杯底受到水的压强
(2)图丙中某种液体的密度
(3)如果杯子自身质量为80g,则杯内水的质量。
【解析】(1)图甲中杯底受到水的压强:p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.12m=1200Pa;
(2)设杯子的底面积为S,杯子在水中和在液体中受的浮力相等,F浮水=F浮液,
ρ水gV排=ρ液gV排′,ρ水g(V水+Sh2)=ρ液g(V水+Sh3),因为水的体积V水=Sh1,
图中h1=0.12m,h2=0.04m,h3=0.08m,解得:ρ液=0.8×103kg/m3;
(3)图乙中杯子处于漂浮状态,浮力等于其总重力,G杯=m杯g=0.08kg×10N/kg=0.8N,
F浮水=G杯+G水,ρ水gS(h1+h2)=G杯+ρ水gSh1,ρ水gSh2=G杯,杯子底面积S===2×10﹣3m2,由ρ=得:杯内水的质量:
m水=ρ水V水=ρ水Sh1=1.0×103kg/m3×2×10﹣3m2×0.12m=0.24kg。
【答案】(1)图甲中杯底受到水的压强1200Pa;(2)图丙中某种液体的密度0.8×103kg/m3;(3)杯内水的质量0.24kg。
21.(2017?云南)目前,世界上能够制造潜水深度6000米潜水器的国家仅有中国、美国、日本、法国和俄罗斯,我国研制的“蛟龙号”潜水器曾经载人深潜7062米,创造了世界同类作业型潜水器最大下潜深度记录,取ρ海水=1.0×103kg/m3,求:
(1)在7000m的深度,潜水器受到的海水压强为多少,合多少个标准大气压;
(2)若“蛟龙号”上有一个50cm2的观察窗,在7000m深度时观察窗受到的海水压力为多大;
(3)若“蛟龙号”从7000m深度上浮至水面用时6小时56分40秒,它上浮的平均速度。
【解析】(1)潜水器受到的海水压强:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×7000m=7×107Pa=700个标准大气压;
(2)由p=可得,观察窗受到的海水压力:F=pS=7×107Pa×50×10﹣4m2=3.5×105N;
(3)上浮时间:t=6小时56分40秒=6×3600s+56×60s+40s=25000s,
上浮的平均速度:v===0.28m/s。
【答案】(1)潜水器受到的海水压强为7×107Pa,合700个标准大气压;(2)观察窗受到的海水压力为3.5×105N;(3)它上浮的平均速度0.28m/s。
三、大气压强
22.(2017?昆明)我国自主研发并试飞成功的C919大型商用客机,最大飞行高度达12131米,这个高度处的大气压约2.0×104Pa,它表示的意思是________;客机巡航速度可达950km/h,昆明至上海的航空距离约为2000km,若C919客机以此速度从昆明飞至上海需________h(计算结果精确到0.1)
【解析】(1)大气压约2.0×104Pa表示1m2物体表面受到的大气压力约为2.0×104N;
(2)由v=得t===2.1h。
【答案】1m2物体表面受到的大气压力约为2.0×104N;2.1。
四、流体压强
23.(2018?梧州)如图所示,甲、乙容器中分别盛有密度为1×103kg/m3的水和密度为1.2×103kg/m3的盐水,当在A处沿水平方向快速吹气时,会发现B、C管中的液面上升到一定高度,原因是A处空气流速加快,压强________,B、C管内外液面高度差之比为h1:h2=________。
【解析】(1)当在A处沿水平方向快速吹气时,A处空气流速加快、压强减小,管内气体的压强小于外界大气压,所以两边的液体在大气压的作用下上升;(2)设B管内水柱产生的压强为p水,C管内盐水产生的压强为p盐水,管内气体压强为p,由图知,管内气体压强加上液体产生的压强等于大气压,则大气压:p0=p+p水=p+p盐水,所以p水=p盐水,由液体压强公式可得:ρ水gh1=ρ盐水gh2,
则h1:h2=ρ盐水:ρ水=1.2×103kg/m3:1×103kg/m3=6:5。
【答案】减小;6:5。
24.(2018?菏泽)2018年5月14日早晨7时左右,川航A319飞机,在一万米高空飞经成都空管区域时,该飞机驾驶舱右座前风挡玻璃突然破裂并脱落,造成飞机客舱失压,副驾驶半个身体被“吸”出窗外,飞机紧急迫降。一万米高空的气压约为1标准大气压的0.3倍,机舱内气压约为1标准大气压(1.01×105Pa)。那么,面积约为0.5m2的飞机风挡玻璃受到舱内外压力差是________N.副驾驶半个身体被“吸”出窗外的原因是________________。
【解析】(1)在一万米高空,机舱外的大气压为标准大气压的0.3倍,即0.3×1.01×105Pa,机舱内的气压为1.01×105Pa,面积约为0.5m2的飞机风挡玻璃受到舱内外压力差:△F=F向外﹣F向内=p内S﹣p外S=(p内﹣p外)S=(1.01×105Pa﹣1.01×105×0.3Pa)×0.5m2=3.535×104N;(2)飞机快速行驶时,窗外的空气流速大、压强小;机内的空气流速小、压强大,机内的气压大于机外的气压,压强差就把副驾驶半个身体压向机外。
【答案】3.535×104;窗外的空气流速大、压强小;机内的空气流速小、压强大,机内的气压大于机外的气压。
25.(2017?益阳)如图所示,把饮料吸管A插入盛水的杯中,另一根吸管B的管口贴靠在A管的上端。往B管中吹气,可以看到A管中的水面上升。这是因为A管上端口附近空气压强变________(填“大”或“小”)的缘故;当杯内水的深度为10cm时,杯底受到水的压强大小为________Pa.(g取10N/kg)
【解析】往B管中轻轻吹气,可以看到A管中的水面上升,原因是:往B管中吹气,吸管A上方空气的流速增大,压强减小,A管中液体受到向上的压强大于向下的压强,所以A管水上升或有水喷出。杯内水的深度为10cm时,杯底受到水的压强:p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1000Pa。
【答案】小;1000。