第八章
神奇的压强
8.1
认识压强
第一课时 压 力
新知1
压力
物理学中，把垂直作用在物体表面上的力叫压力，用字母“F”表示.
(1)压力是物体间相互挤压产生的，物体挤压时表面发生弹性形变，压力实质上是弹力.
(2)压力的作用点在物体表面，方向总是垂直于物体的受力面，并指向受压物体的内部，不管受力面是水平的还是垂直的或是其他方向.
(3)压力的大小可由物体间相互作用规律或平衡条件来确定.
注意 压力的特点是：①与物体表面接触；②与物体表面垂直.
若不同时满足这两个条件，则不是压力.
(4)压力与重力的区别与联系
①区别：压力和重力是两个完全不同的概念，它们的施力物体、受力物体以及力的大小、方向、作用点都有区别，如下表所示.
②联系：当物体放在水平面上，且只受重力和支持力作用时，物体对水平面的压力大小等于物体重力的大小，且两个力的方向都是竖直向下.
例题精讲
【例1】下图中，正确表示压力的是( )
解析 解答本题的关键是要清楚压力的作用点在物体的表面，方向总是垂直于物体的受力面指向受压物体的内部，不管受力面是水平的还是其他方向.
答案 C
点评 要注意区分重力和压力的不同，重力作用点在物体的重心，方向总是竖直向下，尽管支持物表面不水平，如A和B.
举一反三
1.在下列各图中，能正确表示物体对支撑面压力的是(
D
)
2.一头重为6×104
N的大象，它四脚着地时对地面的压力是
6×104
N；若大象抬起一条腿时，此时它对地面的压力是
6×104
N.
新知2
探究压力的作用效果
压力的作用效果不仅跟压力大小有关，还跟受力面积有关，压力越大，受力面积越小，效果越明显.
例题精讲
【例2】小明同学利用A、B两物体、砝码、泡沫等器材探究“压力的作用效果与什么因素有关”的实验.
(1)实验中小明是通过观察________________来比较压力作用效果的.
(2)比较甲、乙两图所示实验，能够得到的结论是_________.
(3)若要探究“压力的作用效果与受力面积大小的关系”，应通过比较_________________所示实验.
(4)小华同学实验时将物体B沿竖直方向切成大小不同的两块，如图8－1－2所示.
他发现它们对泡沫的压力作用效果相同，由此他得出的结论是：压力作用效果与受力面积无关.
你认为他在探究过程中存在的问题是____________________.
解析 压力的作用效果一般采用被压物体的形变程度来显现.
甲、乙两图中受力面积相同，研究的是压力作用效果与压力大小的关系.
若要研究压力的作用效果与受力面积的关系就要控制压力大小相同.
答案 (1)压痕的深浅程度
(2)压力的作用效果与压力的大小有关
(3)甲、丙
(4)没有控制压力不变
举一反三
如图8－1－3表示体重大致相同的滑雪者和步行者在雪地里行走的情景.
为了探究他们对雪地压力的作用效果，现利用海绵、小桌、砝码进行模拟研究，应选择图8－1－4中的哪几种情形？
(
B
)
A.
甲与乙
B.
乙与丙
C.
甲与丙
D.
以上都不对
第二课时
压
强
新知1
压强
物理学中把物体在单位面积上受到的压力叫做压强.
(1)压力作用在物体上会使物体发生形变，形变的效果不仅跟压力的大小有关，而且还跟受力面积的大小有关.
(2)受力面积是指物体间接触部分且相互挤压的总面积，而单位面积是指每1平方米的受力面积.
(3)压强的计算与单位：压强＝
用p表示压强，F表示压力，S表示受力面积，压强的计算式可写成：p＝
在国际单位制中，力的单位是牛(N)，面积的单位是平方米(m2)，压强的单位是牛每平方米(N·m－2)，也叫做帕斯卡，简称帕，符号Pa,1
Pa＝1
N·m－2.
应用压强公式，要注意下列三点：
①公式中的F是压力，而不是重力，只有当物体放在水平面上时，压力在数值上才等于重力；
②公式中的S是受力面积，它是施力物体挤压受力物体时，二者相互接触部分的总面积，而不是单位面积；
③压力F和受力面积S之间不存在因果关系，但压强p和F、S之间却有密切关系：当S一定时，p与F成正比，当F一定时，p与S成反比.
例题精讲
【例1】图钉帽面积为1
cm2，钉尖面积为0.01
mm2，用20
N的力将图钉垂直压入木块中，求手指按压图钉时手指和木块承受的压强分别为多少？
解析 由于固体传递压力大小不变，手指和木块所受到的压力大小相等，都是20
N.
在压力相等的情况下，图钉帽面积是钉尖面积的一万倍，通过计算发现，钉帽所受的压强只有钉尖所受压强的万分之一，这样可以增大钉尖对物体表面的压强，便于将钉尖压入物体，同时减小对手指的压强，防止手指因压强过大而受伤.
【例2】一个密度为0.5×103
kg/m3、边长为0.2
m的实心正方体放置在水平地面上，该物体的质量是_______kg，它对地面的压力大小是_______N，对地面的压强是_______Pa.
(g取10
N/kg)
解析 物体的质量m＝ρV＝0.5×103
kg/m3×(0.2
m)3＝4
kg，它对地面的压力F＝G＝mg＝4
kg×10
N/kg＝40
N，对地面的压强p＝
答案 4 40 1
000
举一反三
如图8－1－5为同种材料制成的实心圆柱体A和B放在水平地面上，它们的高度之比为2∶1，底面积之比为1∶2，则它们的质量mA∶mB和对地面的压强pA∶pB分别为(
B
)
A.
mA∶mB＝2∶1，pA∶pB＝2∶1
B.
mA∶mB＝1∶1，pA∶pB＝2∶1
C.
mA∶mB＝1∶1，pA∶pB＝1∶1
D.
mA∶mB＝2∶1，pA∶pB＝1∶1
新知2
增大或减小压强的方法
任何物体能够承受的压强都有一定限度，超出这个限度，物体就会被压坏，因此就需要减小压强；根据压强定义式p＝，具体改变压强的方法有：
(1)增大压强的方法：
①受力面积一定时，增大压力；②压力一定时，减小受力面积；③同时增大压力和减小受力面积.
(2)减小压强的方法：
①受力面积一定时，减小压力；②压力一定时，增大受力面积；③同时减小压力和增大受力面积.
例题精讲
【例3】下列实例中，属于减小压强的是____________.
①书包带做得较宽；
②房屋的地基比墙宽；
③菜刀、锯、斧头，用过一段时间就要磨一磨；
④切蛋器用细钢丝切蛋；
⑤起重机通过履带接触地面；
⑥滑雪时穿着宽大的滑雪板；
⑦冰刀与冰的接触面做得很窄；
⑧用螺栓紧固机器零件时，在螺母下垫垫圈；
⑨要把图钉按进较硬的木板，需用更大的力；
⑩铁路铺设枕木；
?号称“森林医生”的啄木鸟长有细长坚硬的尖喙.
解析 压强大小跟压力大小和受力面积大小有关.增大压强的方法：在压力一定时，减小受力面积来增大压强；在受力面积一定时，增大压力来增大压强.减小压强的方法：在压力一定时，增大受力面积来减小压强；在受力面积一定时，减小压力来减小压强.
答案 ①②⑤⑥⑧⑩
举一反三
如图8－1－6所示，手指施加8
N的力把图钉压入木板.
若图钉帽的受力面积是1.0×10－4
m2，则手指对图钉帽的压强为
8×104
Pa.
图钉尖制作得很尖锐，是为了在压力一定时，通过减小受力面积来达到
增大压强
的目的.
8.2
研究液体的压强
新知1
液体压强的特点
(1)压强计.
压强计是探究液体内部压强规律的仪器，如图8－2－1所示是一个U形压强计.
①构造：金属盒(手持部分)，U形管，带有刻度的支架；
②原理：当金属盒上的橡皮膜受到压强时，U形管两边液面出现高度差，高度差的大小反映了橡皮膜所受压强的大小.
(2)液体压强的特点：
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液体的压强随深度增加而增大；
③在同一深度，液体向各个方向的压强相等；
④不同液体的压强还跟密度有关，深度一定时，液体密度越大，压强越大.
注意 在实验探究“液体压强”的特点时应注意以下三点：
(1)实验前应检查蒙在金属盒上的橡皮膜、连接用的橡皮管及各连接处是否漏气，方法是用一定恒力作用一段时间看压强计两管液面的高度差是否发生变化.
如果不变说明不漏气；如果变化则要查出原因，加以修整.
(2)弄清实验所使用的液体是什么.
(3)不能让压强计管中液面差过大，以免使部分有色液体从管中流出，如果流出了，则把连接用的橡皮管取下重新连接即可解决.
例题精讲
【例1】在“研究液体的内部压强”实验中：
(1)如图8－2－2甲所示的仪器叫____________.
(2)比较图8－2－2乙，可以得到的结论是_____
___.
解析 图甲所示的仪器称为U形压强计，手指按压的部分是金属盒上的橡皮薄膜，用力越大、压强越大、U形管中两边的高度差就越大.
当把压强计的金属盒放入水中时，橡皮膜因受水的内部压强，U形管中两边液面也就有了高度差，压强越大、高度差越大.
也就是说U形管中两边液面高度差h所产生的压强就等于液体内部某处的压强.
答案 (1)U形压强计 (2)液体内部向各个方向都有压强，在同一深度，向各个方向的压强都相等
【例2】下表是小明同学利用如图8－2－3所示的实验装置探究液体压强规律时所测得的部分数据.
(1)实验所得的数据有一组是错误的，其实验序号为______.
(2)综合分析上列实验数据，归纳可以得出液体压强的规律：
①___________，该结论是通过分析比较实验序号___________的数据得出来的；
②___________，该结论是通过分析比较实验序号___________的数据得出来的.
解析 实验中通过观察U形管左右液面的高度差来体现液体压强的大小.
液体压强与液体深度，液体密度有关.
同种液体在同一深度向各个方向的压强相等.
答案 (1)4
(2)①液体内部的压强随深度的增加而增大
1、2、3
②在同一深度，液体向各个方向的压强相等 3、5、6,
【例3】如图8－2－4所示，A、B两个容器分别装着同样深的煤油和水，A为煤油，B为水.
哪个容器底部受到的压强较大？
( )
A.
A大
B.
B大
C.
一样大
D.
无法确定
解析 根据公式p＝ρgh可知，相同深度的液体，密度大的压强大.
答案 B
举一反三
如图8－2－5所示，帕斯卡曾经用一个装满水的密闭木桶，在桶盖上插了一根细长的管子，向细管子里灌水，结果只加了几杯水，就把木桶压裂了，这个实验说明了(
B
)
A.
液体压强与液体密度有关
B.
液体压强与液体深度有关
C.
液体压强与管子粗细有关
D.
液体压强与液体质量有关
新知2
连通器
(1)连通器：上端开口、下部相连通的容器叫连通器.
连通器的原理是连通器里如果只有一种液体，在液体不流动的情况下，连通器各容器的液面总保持相平.
(2)连通器的应用：
①茶壶口高于茶壶盖的设计是连通器的应用；
②锅炉水位计也是利用连通器原理，把锅炉内的水位反映到锅炉外的连通管中；
③牛自动喂水器是利用连通器使饮水部分水面自动升高；
④船闸则是一个很大的连通器，当上游闸门打开时，闸室与上游河构成连通器；当下游闸门打开时，闸室与下游河构成连通器.
这样在落差较大的河面上能让船只正常、安全地航行.
例题精讲
【例4】下图所示的事例中，不是利用连通器原理的是( )
解析 船闸的闸室与上下游、茶壶的壶嘴和壶身、锅炉水位计的外接玻璃管与锅炉内部都是上端开口而底部连通的结构，都利用了连通器的原理，只有拦河大坝不是连通器.
答案 A
【例5】如图8－2－6所示，甲、乙两容器间有一斜管相连，容器内盛有水，且水面相平，问：打开阀门K以后( )
A.
A处压强大于B处，水由甲流向乙
B.
B处高度大于A处，水由乙流向甲
C.
水不流动
D.
以上说法都不对
解析 连通器的原理用到了液体内部压强公式p＝ρgh，h是液面下某点到液体自由面的竖直距离，与容器的高低无关.
不理解连通器原理的研究方法，误以为B处比A处的水位高，阀门打开，水从B流向A.
实际上可假想在阀门K处有一液片，该液片处于甲、乙容器中的相同深度，受到向左和向右的压强相等，所以水不会流动.
因此判断是否流动的关键是看液片两边所处的深度，而不是看A、B两点所处的深度.
答案 C
举一反三
如图8－2－7所示，是三峡船闸工作过程的示意图.
它是利用
连通器
原理来工作的.
当阀门A打开，阀门B关闭，水从
闸室
流向下游，当它的水面与下游相平时，下游闸门A打开，船驶入闸室.
新知2
液体压强的计算
液体压强的计算公式是p＝ρ液gh.
其中ρ液表示液体的密度，单位取kg/m3；g是常数，一般取9.8
N/kg(或10
N/kg)；h指所求点距液面的竖直深度，单位取m.
从液体压强公式来看，液体压强的大小只跟液体的密度、深度有关，与液体的质量、体积没有直接关系.
在运用液体压强的计算公式p＝ρ液gh时，应注意以下三点：
(1)各个物理量的单位都应统一为国际单位，弄清楚公式中h的含义，如图8－2－8所示，甲图中A点距液面的深度h1＝30cm＝0.3m，乙图中B点距液面的深度h2＝40cm＝0.4m，丙图中C点距液面的深度h3＝50cm＝0.5
m.
(2)在解题时能区别p＝和p＝ρ液gh两个公式.
p＝
是从压强出发的定义式，对固体、液体、气体都能适用，在研究物体压强时，一般都是从这个定义式出发.
但由于液体压力不好确定，所以常用p＝ρ液gh来确定液体内部压强.
(3)在使用压强公式求解计算题或比较压强、压力变化情况时，对固体而言是先求压力而后求压强，即先确定压力大小，再求压强大小，对液体而言则先求压强而后求压力.
例题精讲
【例6】长江三峡大坝上、下游水位差最高可达113
m，上游的船要在船闸中经过5个闸室使船体逐渐降低，每个闸室水位变化二十多米，因而三峡船闸的闸门非常大.
其首级人字闸门每扇高39.5
m，宽20.2
m.
倘若门外的水位高30
m，则这扇闸门所受水的最大压强是_______Pa，已知闸门所受水的平均压强是最大压强的一半，则这扇闸门所受水的压力是_______N.
(g取10
N/kg),
解析 求闸门所受到的压强实际上是求液体的压强(闸门所受水的平均压强是最大压强的一半)，用公式p＝ρ液gh即可求出.
本题中首级人字闸门所处的水深h要仔细判断(门外的水位高30
m)；要求压力必须知道压强和受力面积.
F＝pS，其中门的面积S可由水位高和门的宽确定.
答案 3×105 9.09×107
举一反三
如图8－2－9所示，薄壁容器的底面积为S，在容器中装入某种液体，液体的重力为G，密度为ρ，深度为h，那么，容器底部受到液体的压强和压力分别为(
D
)
8.3
大气压与人类生活
新知1
大气压强
(1)大气压强产生的原因：空气自身重力作用，同时空气是流动的，因此对浸在空气中的物体表面产生了压强，这个压强是大气压强(简称大气压).
与液体相同，在大气的内部向各个方向都有压强.
(2)能够证明大气压强存在的实验：著名的马德堡半球实验；塑料挂衣钩的吸盘粘在光滑的墙面上能承受一定拉力而不脱落；用吸管吸饮料等.
(3)大气压的方向：大气内部向各个方向都有压强.
例题精讲
【例1】将装满纯净水的桶(约40
cm高)开口朝下放在水中，如图8－3－1所示，结果是( )
A.
桶里的水将流出一部分
B.
桶里的水将全部流出
C.
是满桶水，桶里的水不会流出
D.
无法判断
解析 1标准大气压大约可以支持10.34
m高的水柱，而水桶中的水只有约40
cm高，水桶中的水所产生的压强比外面的大气压小，所以水桶中的水是满的.
答案 C
举一反三
在验证大气压存在的覆杯实验中，小柯认为：“实验中纸片不掉落完全是因为纸片被杯口的水粘住了，而与大气压无关”.
下列能帮助小柯改变这种想法的实猃是(
D
)
A.
如图甲，换用不同种类的纸片做覆杯实验，纸片都不掉落
B.
如图乙，覆杯实验中将杯口朝向不同方向，纸片均不掉落
C.
如图丙，将一张湿纸覆盖在空杯子的杯口，倒转杯子纸片不掉落
D.
如图丁，在密闭钟罩内做覆杯实验，抽出钟罩内空气的过程中纸片掉落
新知2
大气压的测量
(1)测出大气压值的实验叫托里拆利实验.
具体做法：①在长约1
m、一端封闭的玻璃管中灌满水银；②将管口堵住，倒立着浸没在水银槽中，松开管口，管内水银下降一些；③用刻度尺测出管内、外水银面的高度差，即为所测的大气压值.
当时测得管内外水银面的高度差为760
mm，这说明当时托里拆利测得的大气压等于760
mm高水银柱产生的压强，通常人们把这个压强叫标准大气压.
(2)托里拆利实验的注意事项：
①管中要充满水银，不能混有气泡；
②水银柱的高度是指管内、外水银面的竖直高度差，不是指管倾斜时水银柱的长度，所以实验过程中，只要测量正确，玻璃管的倾斜不影响实验结果；
③管内水银柱的高度只随外界大气压的变化而变化，而与管的粗细、长度都无关；
④玻璃管管口在水银槽内的深度不影响实验结果，管口向上提或向下按，只能改变管内水银上方真空部分的体积，而水银柱的高度不变；
⑤大气压随高度、天气等情况不断变化，所以人们规定了标准大气压，其实大气压没有标准值，“标准大气压”只是大气压的一个单位，1标准大气压＝1.013×105
Pa，粗略计算时可取作105
Pa.
(3)气压计——测量大气压的仪器.
水银气压计：在托里拆利实验中，如果在玻璃管旁立一个刻度尺，就可以直接读出大气压相当于多少毫米水银柱产生的压强.
这种气压计携带不方便，但测量结果准确.
金属盒气压计(又叫无液气压计)：其主要部分是一个抽成真空的金属盒及一个与盒盖中央相连的弹簧片.
盒的表面是波纹状的，大气压变化时，盒的厚度及弹簧片的弯曲程度随着变化，固定在弹簧片末端的连杆就通过传动机构带动指针转动，指出大气压强的值.
如果刻度盘上标的是高度，就成了登山用的高度计.
例题精讲
【例2】下列关于托里拆利实验的说法正确的是( )
A.
当把玻璃管倾斜时，玻璃管上部真空部分长度减小了，说明大气压增大
B.
换一支长度相同，内径较大的玻璃管做实验(做法一样)，管内、外水银面高度差要小些
C.
玻璃管中水银先不灌满，倒插在水银槽中后，大气压也能把水银压到760
mm高
D.
上述说法都不对
解析 当把玻璃管倾斜放置，虽然玻璃管上部真空部分长度减小，但水银柱的竖直高度不变，不能说明大气压增大，A不对；用粗细不同的玻璃管做托里拆利实验，只要管长符合要求，管内、外水银柱的高度差应相等，B不对；C中大气压等于管内水银柱产生的压强加上玻璃管上部空气的气压，所以大气压不能把水银压到760
mm高处，C不对.
答案 D
举一反三
小梁同学用实验测量某地大气压的值.
她在长约1
m、一端封闭的玻璃管里灌满水银，用手指将管口堵住，然后倒插在水银槽中，放开手指，管内水银面下降到一定高度时就不再下降，如图8－3－3所示.
(1)已知水银的密度为13.6×103
kg/m3，她通过数据计算得出大气压的值为9.52×104Pa.
(g取10
N/kg)
(2)如果将此装置拿到海平面去测量，则测量结果将
大于
(填“大于”或“小于”)她测量的值.
新知3
大气压的变化规律
大气压的值并不是定值，在不同时间、不同地点，大气压往往不同，大气压的变化规律如下表：
例题精讲
【例3】取一个瓶子，装上适量带色的水，取一根两端开口、有刻度的细玻璃管，使玻璃管穿过橡皮塞插入水中，密闭瓶口.从管子上端吹入少量气体，水将沿玻璃管上升到瓶口以上，如图8－3－4所示，这是由于瓶内气体压强________(填“大于”“等于”或“小于”)大气压强；拿着这个瓶子从楼底到楼顶(不用手直接拿瓶子)，玻璃管内水柱高度将______(填“升高”“不变”或“降低”).
解析 根据图示可知，玻璃管中的液面高于瓶内液面，故瓶内气体压强大于大气压强；因为大气压随高度的增加而减小，所以拿着这个瓶子从楼底到楼顶时，大气压强减小，玻璃管内水柱高度将升高.
答案 大于 升高
举一反三
登山运动员在向高峰攀登时会出现“高原反应”，这除了高原缺氧、寒冷之外，还因为那里的大气压强比平原地区
小
(填“大”或“小”)得多.
在高原上用普通锅难以煮熟食物，是因为普通锅的密封性能较差，锅内气压受外界大气压影响，使得水的沸点
低于
100
℃.
新知4
大气压与人类生活
(1)高压锅：
高压锅的盖是密封的，用高压锅煮饭时，锅内气压高于外面的大气压，使锅内水的沸点升高，饭煮熟得快.
它是利用液体的沸点随液体表面的气压增大而升高、随气压的减小而降低的原理制成的.
(2)宇航服：
太空里没有空气，所以宇航员都要穿特制的宇航服才能升空.
宇航服能起到“微型大气层”的作用，为宇航员提供纯氧、气压，并调节温度.
(3)离心式水泵的工作原理：
水泵在启动前，先往泵壳内灌满水，排出泵壳内的空气，当启动后，叶轮在电动机的带动下高速旋转，泵壳里的水也随叶轮高速旋转，同时被甩出水管，这时叶轮附近的压强减小，大气压使低处的水推开底阀，沿进水管进入泵壳，进来的水又被叶轮甩出水管，这样一直循环下去，就不断把水抽到了高处.
例题精讲
【例4】下列现象不是利用大气压强的是( )
A.
钢笔吸墨水
B.
用吸管吸饮料
C.
抽水机把水从低处抽往高处
D.
用高压锅煮食物
解析 “钢笔吸墨水”“用吸管吸饮料”“抽水机抽水”还有“吸尘器吸尘”等都是利用器具外面的大气压来实现的，而且它们的工作效果与大气压大小有关.
但“高压锅煮食物”以及“打气筒打气”等就不是利用器具外面的大气压了，它们是利用高压锅和打气筒内“变大了”的内部气压来工作的.
值得一提的是，注射器从敞口的药瓶中吸取药液，是利用大气压来完成的；而注射器向患者肌肉(或血管)注射药液，则是利用活塞的压力来完成的(此时不是利用大气压).
答案 D
【例5】根据宇航员的生存需要和航天任务，宇航服应满足哪些条件？
解析 ①能使位于太空的人体处于加压状态；②能供给保障宇航员生命安全所必需的氧气，消除二氧化碳，并能够控制温度和湿度；③能使宇航员在宇宙空间具有各种活动能力，并能使宇航员的疲劳减轻到最低限度；④穿戴和脱下方便；⑤具有防护宇宙射线辐射的能力；⑥能经得起微流星的冲击；⑦具有应付太空意外事故的能力.
答案 见解析.
【例6】小明家的高压锅锅体直径为24
cm，排气孔内径为4
mm.
小明不慎丢失了锅的限压阀，当他到商店购买时售货员告诉他，生产这个锅的厂家提供的限压阀有两种，孔径相同，质量分别为100
g和60
g.
(1)请你根据说明书给出的数据，通过计算说明，小明应该买哪一种限压阀.
(说明书标有：当大气压为105Pa时，该锅最高温度为120
℃.
已知：水的沸点与压强的关系如图8－3－5所示，取g＝10
N/kg)
(2)请你说明如果买另一种限压阀，使用时会出现什么问题.
解析 ①高压锅的原理是增加锅内气压，提高沸点的原理制造的.根据锅内气体的最大压强和大气压可计算出作用在限压阀上的压强，然后根据限压阀出气口横截面积可求出限压阀的压力，此时压力即为其重力，然后求出限压阀的质量即可.
答案 (1)由图8－3－5可知，当锅内温度为120
℃时，锅内压强p＝1.8×105
Pa.此时限压阀受力：F＝F0＋G.
设安全阀的质量为m，则有p0S＋mg＝pS，可得m＝100
g.
(2)如果买了另一种质量为60
g的限压阀，使用时会出现锅内的最高气压值偏小，锅内温度不能达到120
℃的后果.
举一反三
如图8－3－6是机器人擦玻璃时的情景.
机器人用真空泵将吸盘内空气向外抽出后，吸盘能牢牢地“吸”在竖直的玻璃上，这是
大气压
的应用；若该机器人站在距玻璃板前0.5
m处，则它与镜中像的距离是
1
m.第八章
神奇的压强
8.1
认识压强
第一课时 压 力
新知1
压力
物理学中，把垂直作用在物体表面上的力叫压力，用字母“F”表示.
(1)压力是物体间相互挤压产生的，物体挤压时表面发生弹性形变，压力实质上是弹力.
(2)压力的作用点在物体表面，方向总是垂直于物体的受力面，并指向受压物体的内部，不管受力面是水平的还是垂直的或是其他方向.
(3)压力的大小可由物体间相互作用规律或平衡条件来确定.
注意 压力的特点是：①与物体表面接触；②与物体表面垂直.
若不同时满足这两个条件，则不是压力.
(4)压力与重力的区别与联系
①区别：压力和重力是两个完全不同的概念，它们的施力物体、受力物体以及力的大小、方向、作用点都有区别，如下表所示.
②联系：当物体放在水平面上，且只受重力和支持力作用时，物体对水平面的压力大小等于物体重力的大小，且两个力的方向都是竖直向下.
例题精讲
【例1】下图中，正确表示压力的是( )
举一反三
1.
在下列各图中，能正确表示物体对支撑面压力的是(
)
2.
一头重为6×104
N的大象，它四脚着地时对地面的压力是
N；若大象抬起一条腿时，此时它对地面的压力是
N.
新知2
探究压力的作用效果
压力的作用效果不仅跟压力大小有关，还跟受力面积有关，压力越大，受力面积越小，效果越明显.
例题精讲
【例2】小明同学利用A、B两物体、砝码、泡沫等器材探究“压力的作用效果与什么因素有关”的实验.
(1)实验中小明是通过观察________________来比较压力作用效果的.
(2)比较甲、乙两图所示实验，能够得到的结论是_________.
(3)若要探究“压力的作用效果与受力面积大小的关系”，应通过比较_________________所示实验.
(4)小华同学实验时将物体B沿竖直方向切成大小不同的两块，如图8－1－2所示.
他发现它们对泡沫的压力作用效果相同，由此他得出的结论是：压力作用效果与受力面积无关.
你认为他在探究过程中存在的问题是____________________.
举一反三
如图8－1－3表示体重大致相同的滑雪者和步行者在雪地里行走的情景.
为了探究他们对雪地压力的作用效果，现利用海绵、小桌、砝码进行模拟研究，应选择图8－1－4中的哪几种情形？
(
)
A.
甲与乙
B.
乙与丙
C.
甲与丙
D.
以上都不对
第二课时
压
强
新知1
压强
物理学中把物体在单位面积上受到的压力叫做压强.
(1)压力作用在物体上会使物体发生形变，形变的效果不仅跟压力的大小有关，而且还跟受力面积的大小有关.
(2)受力面积是指物体间接触部分且相互挤压的总面积，而单位面积是指每1平方米的受力面积.
(3)压强的计算与单位：压强＝
用p表示压强，F表示压力，S表示受力面积，压强的计算式可写成：p＝
在国际单位制中，力的单位是牛(N)，面积的单位是平方米(m2)，压强的单位是牛每平方米(N·m－2)，也叫做帕斯卡，简称帕，符号Pa,1
Pa＝1
N·m－2.
应用压强公式，要注意下列三点：
①公式中的F是压力，而不是重力，只有当物体放在水平面上时，压力在数值上才等于重力；
②公式中的S是受力面积，它是施力物体挤压受力物体时，二者相互接触部分的总面积，而不是单位面积；
③压力F和受力面积S之间不存在因果关系，但压强p和F、S之间却有密切关系：当S一定时，p与F成正比，当F一定时，p与S成反比.
例题精讲
【例1】图钉帽面积为1
cm2，钉尖面积为0.01
mm2，用20
N的力将图钉垂直压入木块中，求手指按压图钉时手指和木块承受的压强分别为多少？
【例2】一个密度为0.5×103
kg/m3、边长为0.2
m的实心正方体放置在水平地面上，该物体的质量是___kg，它对地面的压力大小是_______N，对地面的压强是_______Pa.
(g取10
N/kg)
举一反三
如图8－1－5为同种材料制成的实心圆柱体A和B放在水平地面上，它们的高度之比为2∶1，底面积之比为1∶2，则它们的质量mA∶mB和对地面的压强pA∶pB分别为(
B
)
A.
mA∶mB＝2∶1，pA∶pB＝2∶1
B.
mA∶mB＝1∶1，pA∶pB＝2∶1
C.
mA∶mB＝1∶1，pA∶pB＝1∶1
D.
mA∶mB＝2∶1，pA∶pB＝1∶1
新知2
增大或减小压强的方法
任何物体能够承受的压强都有一定限度，超出这个限度，物体就会被压坏，因此就需要减小压强；根据压强定义式p＝，具体改变压强的方法有：
(1)增大压强的方法：
①受力面积一定时，增大压力；②压力一定时，减小受力面积；③同时增大压力和减小受力面积.
(2)减小压强的方法：
①受力面积一定时，减小压力；②压力一定时，增大受力面积；③同时减小压力和增大受力面积.
例题精讲
【例3】下列实例中，属于减小压强的是____________.
①书包带做得较宽；
②房屋的地基比墙宽；
③菜刀、锯、斧头，用过一段时间就要磨一磨；
④切蛋器用细钢丝切蛋；
⑤起重机通过履带接触地面；
⑥滑雪时穿着宽大的滑雪板；
⑦冰刀与冰的接触面做得很窄；
⑧用螺栓紧固机器零件时，在螺母下垫垫圈；
⑨要把图钉按进较硬的木板，需用更大的力；
⑩铁路铺设枕木；
?号称“森林医生”的啄木鸟长有细长坚硬的尖喙.
举一反三
如图8－1－6所示，手指施加8
N的力把图钉压入木板.
若图钉帽的受力面积是1.0×10－4
m2，则手指对图钉帽的压强为
Pa.
图钉尖制作得很尖锐，是为了在压力一定时，通过减小受力面积来达到
的目的.
8.2
研究液体的压强
新知1
液体压强的特点
(1)压强计.
压强计是探究液体内部压强规律的仪器，如图8－2－1所示是一个U形压强计.
①构造：金属盒(手持部分)，U形管，带有刻度的支架；
②原理：当金属盒上的橡皮膜受到压强时，U形管两边液面出现高度差，高度差的大小反映了橡皮膜所受压强的大小.
(2)液体压强的特点：
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液体的压强随深度增加而增大；
③在同一深度，液体向各个方向的压强相等；
④不同液体的压强还跟密度有关，深度一定时，液体密度越大，压强越大.
注意 在实验探究“液体压强”的特点时应注意以下三点：
(1)实验前应检查蒙在金属盒上的橡皮膜、连接用的橡皮管及各连接处是否漏气，方法是用一定恒力作用一段时间看压强计两管液面的高度差是否发生变化.
如果不变说明不漏气；如果变化则要查出原因，加以修整.
(2)弄清实验所使用的液体是什么.
(3)不能让压强计管中液面差过大，以免使部分有色液体从管中流出，如果流出了，则把连接用的橡皮管取下重新连接即可解决.
例题精讲
【例1】在“研究液体的内部压强”实验中：
(1)如图8－2－2甲所示的仪器叫____________.
(2)比较图8－2－2乙，可以得到的结论是_____
___.
解析 图甲所示的仪器称为U形压强计，手指按压的部分是金属盒上的橡皮薄膜，用力越大、压强越大、U形管中两边的高度差就越大.
当把压强计的金属盒放入水中时，橡皮膜因受水的内部压强，U形管中两边液面也就有了高度差，压强越大、高度差越大.
也就是说U形管中两边液面高度差h所产生的压强就等于液体内部某处的压强.
答案 (1)U形压强计 (2)液体内部向各个方向都有压强，在同一深度，向各个方向的压强都相等
【例2】下表是小明同学利用如图8－2－3所示的实验装置探究液体压强规律时所测得的部分数据.
(1)实验所得的数据有一组是错误的，其实验序号为______.
(2)综合分析上列实验数据，归纳可以得出液体压强的规律：
①_______
____，该结论是通过分析比较实验序号___________的数据得出来的；
②_________
__，该结论是通过分析比较实验序号___________的数据得出来的.
【例3】如图8－2－4所示，A、B两个容器分别装着同样深的煤油和水，A为煤油，B为水.
哪个容器底部受到的压强较大？
( )
A.
A大
B.
B大
C.
一样大
D.
无法确定
举一反三
如图8－2－5所示，帕斯卡曾经用一个装满水的密闭木桶，在桶盖上插了一根细长的管子，向细管子里灌水，结果只加了几杯水，就把木桶压裂了，这个实验说明了(
)
A.
液体压强与液体密度有关
B.
液体压强与液体深度有关
C.
液体压强与管子粗细有关
D.
液体压强与液体质量有关
新知2
连通器
(1)连通器：上端开口、下部相连通的容器叫连通器.
连通器的原理是连通器里如果只有一种液体，在液体不流动的情况下，连通器各容器的液面总保持相平.
(2)连通器的应用：
①茶壶口高于茶壶盖的设计是连通器的应用；
②锅炉水位计也是利用连通器原理，把锅炉内的水位反映到锅炉外的连通管中；
③牛自动喂水器是利用连通器使饮水部分水面自动升高；
④船闸则是一个很大的连通器，当上游闸门打开时，闸室与上游河构成连通器；当下游闸门打开时，闸室与下游河构成连通器.
这样在落差较大的河面上能让船只正常、安全地航行.
例题精讲
【例4】下图所示的事例中，不是利用连通器原理的是( )
解析 船闸的闸室与上下游、茶壶的壶嘴和壶身、锅炉水位计的外接玻璃管与锅炉内部都是上端开口而底部连通的结构，都利用了连通器的原理，只有拦河大坝不是连通器.
答案 A
【例5】如图8－2－6所示，甲、乙两容器间有一斜管相连，容器内盛有水，且水面相平，问：打开阀门K以后( )
A.
A处压强大于B处，水由甲流向乙
B.
B处高度大于A处，水由乙流向甲
C.
水不流动
D.
以上说法都不对
举一反三
如图8－2－7所示，是三峡船闸工作过程的示意图.
它是利用
原理来工作的.
当阀门A打开，阀门B关闭，水从
流向下游，当它的水面与下游相平时，下游闸门A打开，船驶入闸室.
新知2
液体压强的计算
液体压强的计算公式是p＝ρ液gh.
其中ρ液表示液体的密度，单位取kg/m3；g是常数，一般取9.8
N/kg(或10
N/kg)；h指所求点距液面的竖直深度，单位取m.
从液体压强公式来看，液体压强的大小只跟液体的密度、深度有关，与液体的质量、体积没有直接关系.
在运用液体压强的计算公式p＝ρ液gh时，应注意以下三点：
(1)各个物理量的单位都应统一为国际单位，弄清楚公式中h的含义，如图8－2－8所示，甲图中A点距液面的深度h1＝30cm＝0.3m，乙图中B点距液面的深度h2＝40cm＝0.4m，丙图中C点距液面的深度h3＝50cm＝0.5
m.
(2)在解题时能区别p＝和p＝ρ液gh两个公式.
p＝
是从压强出发的定义式，对固体、液体、气体都能适用，在研究物体压强时，一般都是从这个定义式出发.
但由于液体压力不好确定，所以常用p＝ρ液gh来确定液体内部压强.
(3)在使用压强公式求解计算题或比较压强、压力变化情况时，对固体而言是先求压力而后求压强，即先确定压力大小，再求压强大小，对液体而言则先求压强而后求压力.
例题精讲
【例6】长江三峡大坝上、下游水位差最高可达113
m，上游的船要在船闸中经过5个闸室使船体逐渐降低，每个闸室水位变化二十多米，因而三峡船闸的闸门非常大.
其首级人字闸门每扇高39.5
m，宽20.2
m.
倘若门外的水位高30
m，则这扇闸门所受水的最大压强是_______Pa，已知闸门所受水的平均压强是最大压强的一半，则这扇闸门所受水的压力是_______N.
(g取10
N/kg),
举一反三
如图8－2－9所示，薄壁容器的底面积为S，在容器中装入某种液体，液体的重力为G，密度为ρ，深度为h，那么，容器底部受到液体的压强和压力分别为(
)
8.3
大气压与人类生活
新知1
大气压强
(1)大气压强产生的原因：空气自身重力作用，同时空气是流动的，因此对浸在空气中的物体表面产生了压强，这个压强是大气压强(简称大气压).
与液体相同，在大气的内部向各个方向都有压强.
(2)能够证明大气压强存在的实验：著名的马德堡半球实验；塑料挂衣钩的吸盘粘在光滑的墙面上能承受一定拉力而不脱落；用吸管吸饮料等.
(3)大气压的方向：大气内部向各个方向都有压强.
例题精讲
【例1】将装满纯净水的桶(约40
cm高)开口朝下放在水中，如图8－3－1所示，结果是( )
A.
桶里的水将流出一部分
B.
桶里的水将全部流出
C.
是满桶水，桶里的水不会流出
D.
无法判断
举一反三
在验证大气压存在的覆杯实验中，小柯认为：“实验中纸片不掉落完全是因为纸片被杯口的水粘住了，而与大气压无关”.
下列能帮助小柯改变这种想法的实猃是(
)
A.
如图甲，换用不同种类的纸片做覆杯实验，纸片都不掉落
B.
如图乙，覆杯实验中将杯口朝向不同方向，纸片均不掉落
C.
如图丙，将一张湿纸覆盖在空杯子的杯口，倒转杯子纸片不掉落
D.
如图丁，在密闭钟罩内做覆杯实验，抽出钟罩内空气的过程中纸片掉落
新知2
大气压的测量
(1)测出大气压值的实验叫托里拆利实验.
具体做法：①在长约1
m、一端封闭的玻璃管中灌满水银；②将管口堵住，倒立着浸没在水银槽中，松开管口，管内水银下降一些；③用刻度尺测出管内、外水银面的高度差，即为所测的大气压值.
当时测得管内外水银面的高度差为760
mm，这说明当时托里拆利测得的大气压等于760
mm高水银柱产生的压强，通常人们把这个压强叫标准大气压.
(2)托里拆利实验的注意事项：
①管中要充满水银，不能混有气泡；
②水银柱的高度是指管内、外水银面的竖直高度差，不是指管倾斜时水银柱的长度，所以实验过程中，只要测量正确，玻璃管的倾斜不影响实验结果；
③管内水银柱的高度只随外界大气压的变化而变化，而与管的粗细、长度都无关；
④玻璃管管口在水银槽内的深度不影响实验结果，管口向上提或向下按，只能改变管内水银上方真空部分的体积，而水银柱的高度不变；
⑤大气压随高度、天气等情况不断变化，所以人们规定了标准大气压，其实大气压没有标准值，“标准大气压”只是大气压的一个单位，1标准大气压＝1.013×105
Pa，粗略计算时可取作105
Pa.
(3)气压计——测量大气压的仪器.
水银气压计：在托里拆利实验中，如果在玻璃管旁立一个刻度尺，就可以直接读出大气压相当于多少毫米水银柱产生的压强.
这种气压计携带不方便，但测量结果准确.
金属盒气压计(又叫无液气压计)：其主要部分是一个抽成真空的金属盒及一个与盒盖中央相连的弹簧片.
盒的表面是波纹状的，大气压变化时，盒的厚度及弹簧片的弯曲程度随着变化，固定在弹簧片末端的连杆就通过传动机构带动指针转动，指出大气压强的值.
如果刻度盘上标的是高度，就成了登山用的高度计.
例题精讲
【例2】下列关于托里拆利实验的说法正确的是( )
A.
当把玻璃管倾斜时，玻璃管上部真空部分长度减小了，说明大气压增大
B.
换一支长度相同，内径较大的玻璃管做实验(做法一样)，管内、外水银面高度差要小些
C.
玻璃管中水银先不灌满，倒插在水银槽中后，大气压也能把水银压到760
mm高
D.
上述说法都不对
举一反三
小梁同学用实验测量某地大气压的值.
她在长约1
m、一端封闭的玻璃管里灌满水银，用手指将管口堵住，然后倒插在水银槽中，放开手指，管内水银面下降到一定高度时就不再下降，如图8－3－3所示.
(1)已知水银的密度为13.6×103
kg/m3，她通过数据计算得出大气压的值为9.52×104Pa.
(g取10
N/kg)
(2)如果将此装置拿到海平面去测量，则测量结果将
大于
(填“大于”或“小于”)她测量的值.
新知3
大气压的变化规律
大气压的值并不是定值，在不同时间、不同地点，大气压往往不同，大气压的变化规律如下表：
例题精讲
【例3】取一个瓶子，装上适量带色的水，取一根两端开口、有刻度的细玻璃管，使玻璃管穿过橡皮塞插入水中，密闭瓶口.从管子上端吹入少量气体，水将沿玻璃管上升到瓶口以上，如图8－3－4所示，这是由于瓶内气体压强________(填“大于”“等于”或“小于”)大气压强；拿着这个瓶子从楼底到楼顶(不用手直接拿瓶子)，玻璃管内水柱高度将______(填“升高”“不变”或“降低”).
举一反三
登山运动员在向高峰攀登时会出现“高原反应”，这除了高原缺氧、寒冷之外，还因为那里的大气压强比平原地区
(填“大”或“小”)得多.
在高原上用普通锅难以煮熟食物，是因为普通锅的密封性能较差，锅内气压受外界大气压影响，使得水的沸点
100
℃.
新知4
大气压与人类生活
(1)高压锅：
高压锅的盖是密封的，用高压锅煮饭时，锅内气压高于外面的大气压，使锅内水的沸点升高，饭煮熟得快.
它是利用液体的沸点随液体表面的气压增大而升高、随气压的减小而降低的原理制成的.
(2)宇航服：
太空里没有空气，所以宇航员都要穿特制的宇航服才能升空.
宇航服能起到“微型大气层”的作用，为宇航员提供纯氧、气压，并调节温度.
(3)离心式水泵的工作原理：
水泵在启动前，先往泵壳内灌满水，排出泵壳内的空气，当启动后，叶轮在电动机的带动下高速旋转，泵壳里的水也随叶轮高速旋转，同时被甩出水管，这时叶轮附近的压强减小，大气压使低处的水推开底阀，沿进水管进入泵壳，进来的水又被叶轮甩出水管，这样一直循环下去，就不断把水抽到了高处.
例题精讲
【例4】下列现象不是利用大气压强的是(
)
A.
钢笔吸墨水
B.
用吸管吸饮料
C.
抽水机把水从低处抽往高处
D.
用高压锅煮食物
【例5】根据宇航员的生存需要和航天任务，宇航服应满足哪些条件？
解析 ①能使位于太空的人体处于加压状态；②能供给保障宇航员生命安全所必需的氧气，消除二氧化碳，并能够控制温度和湿度；③能使宇航员在宇宙空间具有各种活动能力，并能使宇航员的疲劳减轻到最低限度；④穿戴和脱下方便；⑤具有防护宇宙射线辐射的能力；⑥能经得起微流星的冲击；⑦具有应付太空意外事故的能力.
答案 见解析.
【例6】小明家的高压锅锅体直径为24
cm，排气孔内径为4
mm.
小明不慎丢失了锅的限压阀，当他到商店购买时售货员告诉他，生产这个锅的厂家提供的限压阀有两种，孔径相同，质量分别为100
g和60
g.
(1)请你根据说明书给出的数据，通过计算说明，小明应该买哪一种限压阀.
(说明书标有：当大气压为105Pa时，该锅最高温度为120
℃.
已知：水的沸点与压强的关系如图8－3－5所示，取g＝10
N/kg)
(2)请你说明如果买另一种限压阀，使用时会出现什么问题.
解析 ①高压锅的原理是增加锅内气压，提高沸点的原理制造的.根据锅内气体的最大压强和大气压可计算出作用在限压阀上的压强，然后根据限压阀出气口横截面积可求出限压阀的压力，此时压力即为其重力，然后求出限压阀的质量即可.
答案 (1)由图8－3－5可知，当锅内温度为120
℃时，锅内压强p＝1.8×105
Pa.此时限压阀受力：F＝F0＋G.
设安全阀的质量为m，则有p0S＋mg＝pS，可得m＝100
g.
(2)如果买了另一种质量为60
g的限压阀，使用时会出现锅内的最高气压值偏小，锅内温度不能达到120
℃的后果.
举一反三
如图8－3－6是机器人擦玻璃时的情景.
机器人用真空泵将吸盘内空气向外抽出后，吸盘能牢牢地“吸”在竖直的玻璃上，这是
的应用；若该机器人站在距玻璃板前0.5
m处，则它与镜中像的距离是
m.
