第十三章压强和浮力
教学内容：
第3节大气压强第4节流体压强
第5节浮力第6节浮力的应用
（一）大气压强
1. 大气对浸在它里面的物体有压强吗？举例说明
大气对浸在它里面的物体的压强叫大气压强，简称大气压。
（需要说明：只有和大气层连通时，才能叫大气压，否则，只能叫空气压强或气压）2. 大气压的测量
教科书中介绍了用吸盘粗略测量大气压的方法。
还介绍了托里拆利实验能精确地测出大气压的值。
大家要理解：是大气压支持管内的水银柱不落下，而且大气压只能支持那么高的水银柱，因此，大气压的数值就等于这段水银柱所产生的压强。
大气压能支持约760mm高的水银柱，算得压强为1.013×105Pa。我们把这个压强叫做标准大气压。
即P0=1.013×105Pa。
3. 大气压的变化
大气压是随着高度的增加而减小。在海拔3000m内，每上升10m，大气压减小100Pa。
测量大气压用气压计。水银气压计、金属盒气压计
抽水机、吸尘器等都是利用大气压工作的。
例1. 如图所示，将一只试管装满水银倒插在水银槽中，管顶高出水银面20厘米。在标准大气压下，管顶开一小孔，将看到_________现象。
本题最易出现的错误：有同学认为标准大气压比20cm高的水银柱产生的压强大，因此，玻璃管顶部开一小孔，水银就从小孔喷出。
正确的解答为：玻璃管顶部开了小孔后，水银槽和试管就构成了连通器，试管内水银柱高度下降，直至管内外水银面相平为至。
（二）气体压强与流速的关系
1. 前面我们学过，大气由于受到重力，而且具有流动性，所以大气对浸在它里面的物体要产生压强，叫做大气压强。那里研究的气体是静止的，那么气体流动起来，气体压强又会怎样呢？
我们已经做过一个实验：在离桌边2cm~3cm的地方放一枚铝质硬币，在硬币前10cm 左右用直尺或钢笔等架起一个栏杆，在硬币上方沿着与桌面平行的方向用力吹气，硬币就能跳过栏杆。
是什么力使得硬币向上“跳”起来了呢？
原来，在你吹气时，硬币上方空气的流速大了，压强减小了，在上、下两面压强差的作
用，把硬币托起，使它“跳”过栏杆。
手握两张纸，让纸自由下垂。在两张纸的中间向下吹气，会发现纸片被“吸”在一起。
通过分析，我们可以得出：在气体和液体中，流速越大的位置压强越小。
2. 有关气压与流速的现象是很多的。
下面我们运用得出的结论来解释几个现象。
（1）在火车站或地铁的站台上，离站台边缘1m左右的地方标有一条安全线，人必须站在安全线以外的位置上候车。当火车驶过时，如果人站在安全线以内，有可能被火车“吸”过去，为什么？
答：火车在行驶中，要带动附近的空气也高速运动，使火车附近气体压强减小，人就有可能在大气压与其压强差的作用下，被迫贴近火车，而发生事故。
（2）你能解释两艘同向并行的船只为什么不能靠得太近的原因了吗？试一试。
（3）你在踢足球时，踢过“香蕉球”吗？它的道理又是怎样的？
答：当你用力踢足球的一侧，使足球旋转前进时，使得足球两侧空气流速差异较大，从而产生较大的压强差，使得足球的前进沿弧线进行，这就是我们所说的“香蕉球”。
（4）你知道常见喷雾器的工作原理吗？
喷雾器的工作可用下图装置来解释。
将一根细管A插在盛水的杯子里，用另一根细管B贴靠在A管的上端吹气。使A管管口空气流速加快气体压强减小，在杯中水面上大气压的作用下将水压进细管A。若吹气速度较快，气体压强变得很小，水可以从细管A中流出，并喷射出去。若用活塞代替人来吹气，且使气流速度很快，很容易实现“喷雾”现象。
3. 大气压强现象和气压与流速的关系现象的联系与区别。上面解释喷雾器原理中水上升与用嘴吸饮料中水上升有什么不同？
水上升的根本原因是相同的，都是由于大气压强的作用。但使管中水面上气体压强减小的原因是不同的。喷雾器中气压减小是由于管口空气流速加快导致的，而用嘴喝饮料则是由于吸走管中空气使空气减少造成的。
4. 飞机的升力。
简单讲，由于机翼的特殊形状，使机翼上方气体流速较大，它对机翼的压强较小，下方气体流速较小，它对机翼的压强较大，使机翼的上下表面产生压强差，从而产生向上的升力。
（三）浮力
1. 轮船、鸭子能漂浮在水面上，是因为水向上托着它们，给它们一定向上的力。
浸在液体中的物体受到液体对物体向上托的力叫做浮力。
漂浮的物体受浮力，在水中下沉的物体也受浮力吗？
受。你能用实验说明吗？
用弹簧测力计悬挂一铝块，测出它的重力G，再把铝块放入水中，读出此时弹簧测力计的示数F，发现示数减小，说明还受到其他力，这就是浮力F浮。
并且F浮=G－F。
2. 浮力的大小
通过探究我们已经得到了计算浮力的阿基米德原理。
其内容是：浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于它排开的液体所受的重力，这就是著名的阿基米德原理。
公式表示为F浮=G排。
说明阿基米德原理不仅适用于各种液体，也适用于各种气体。
我们进一步推导：F浮=G排=m排·g=ρ液gV排。
F浮=ρ液gV排。
由公式可得：浸在液体（或气体）中的物体受到的浮力与液体（气体）的密度和它排开液体（或气体）的体积有关。
例2. 一块铁块与一块同体积的铝块，让铁块浸没在水中，铝块浸没在酒精中，谁受到的浮力大？
答案：铁块受到的浮力大。
铁块、铝块体积相同，都浸没在液体中。
V排相同，由于ρ水>ρ酒，根据F浮=ρ液gV排。
可判断，铁块受到水的浮力F浮大。（与是铁块、铝块无关）
3. 物体的浮沉条件
浸没在液体中的物体，当它所受的浮力大于所受重力时，物体上浮。
当它所受的浮力小于所受的重力时，物体下沉；当它所受的浮力等于所受重力时，物体可以悬浮在液体中。
当物体漂浮在水面上时，F浮=G。
密度计是利用漂浮在液面的条件工作的。
例3. 在远洋轮船的船舷上，都漆有五条“吃水线”，又称“载重线”，其中标有W的是北大西洋载重线，标有S的是印度洋载重线。当船从北大西洋驶向印度洋时，轮船受到的浮力以及北大西洋与印度洋的海水密度ρ1和ρ2的关系，有：
A. 浮力增大，ρ1=ρ2
B. 浮力减小，ρ1=ρ2
C. 浮力不变，ρ1>ρ2
D. 浮力不变，ρ1<ρ2
由于轮船在北大西洋和印度洋上都属于漂浮，浮力都等于自身重力，所以浮力相等。
根据阿基米德原理ρ
，所以ρ
。当一定时，越小，
浮液
排液
浮排浮排F =gV =
F V g
F V
ρ液越大。由于在北大西洋中的V 排小，所以北大西洋中的海水密度大，即ρ1＞ρ2。 正确答案为C 。
例4. 给你弹簧测力计、烧杯、水、细线等器材，测出一不规则铁块的密度，并回答下列问题：
（1）实验原理。 （2）实验步骤。
（3）写出计算铁块密度的公式。 答：（1）测量铁块密度的原理是阿基米德原理。 （2）具体步骤为：
a. 用弹簧测力计测出铁块重为G
b. 用弹簧测力计钩着物体放入水中，读出弹簧测力计的示数G ′，可算出铁块受到的浮力F 浮=G －G ′。
c F gV V F g
G G g
.根据阿基米德原理：ρ
，算出ρ
ρ浮水排排浮水
水==
=
-'
d m V m V G
g
G G g
G G G .算出铁块密度ρ
ρ·ρ。铁
铁铁
铁排
水水=
=
=-'=-'
（）计算铁块密度的公式ρ
·ρ
。
铁
水
3=
-'
G G G
【模拟试题】（答题时间：25分钟）
1. 如图所示，自来水流过玻璃管A 、B 、C 三处，玻璃管B 处最细，竖直水柱的高度较小，表明B 处水压较___________，B 处流速较___________。
2. 一个物体浸没在水中，它的前、后、左、右、上、下表面都受到液体内部压强的作用，___________和___________的压力差决定了物体浮力的大小。
3. 一木块分别放入盛有盐水、水和水银杯中，静止后木块均能浮在液面上，则在三个杯子中，木块所受到的浮力（）
A. 在水银中受到的浮力最大
B. 在盐水中受到的浮力最大
C. 在水中受到的浮力最大
D. 在三种液体中受到的浮力一样大
4. 如图，A、B、C密度分别为ρA、ρB、ρC的三个小球，A、B质量相等，B、C的体积相等，放入水中后，A球漂浮，B球悬浮，C球下沉至容器底部，设A、B、C三球的质量分别为mA、mB、mC，所受浮力分别为FA、FB、FC则（）
A. mA/ρA B. ρA<ρ水<ρB<ρC C. FA=FB=FC D. mA=mB=mC 5. （2003·哈尔滨）《死海不死》一文中描述到“将奴隶和俘虏扔到海里，屡淹不死”，四位同学从物理学角度对该现象进行了解释，其中说法中不正确的是（） A. 海水的咸度很高，人被扔进海里就自然浮起来，沉不下去 B. 海水的密度大于人体的密度，人被扔进海里后，处于漂浮状态 C. 人被扔进海里漂浮在海面时，浮力大于人体的重力，沉不下去 D. 人被扔进海里漂浮在海面时，浮力等于重力，沉不下去 6. 一块木块分别漂浮于水面和煤油面上时，露出水面体积为V1，露出煤油体积为V2，且V1>V2，则（） A. 木块受到水的浮力大 B. 木块受到煤油的浮力大 C. 木块受到水和煤油浮力一样大 D. 无法比较 7. 一间房子的房顶受到3×107N的大气压力，但是没有因此而塌下来是因为（） A. 房顶很牢固 B. 有墙的支持力 C. 房顶上下两面受到大小相等、方向相反的大气压力的作用，相互平衡 D. 房子的地基打得好，对地面的压强小 8. 如图，体积为2dm3，密度是0.4g/cm3的木块A用细绳将它拴在水池底部的钩上，求（1）绳子对A向下的拉力有多大？（2）剪断绳子，A静止时，露出水面的体积V露是多大？ 9. （2003·厦门市）小明为了探究物体在水中不同深度所受浮力的变化情况，如图所示，将一挂在弹簧测力计下的圆柱体金属块缓慢浸入水中（水足够深），在圆柱体接触容器底之 前，分别记下圆柱体下表面所处的不同深度h和弹簧测力计相应的示数F，实验示数如下表： （1）分析表中实验数据，可以得出物体重________N，第4次实验时，物体受到的浮力为___________________N。 （2）分析表中第1列到第5列数据，说明_______________________________。 （3）分析表中第6列到第7列数据，说明_______________________________。 【试题答案】 1. 小快 2. 下表面上表面 3. D 4. C 5. C 6. C 7. C 8. （1）木块受到的浮力F浮=ρ液gV排=1.0×103×10×2×10-3=20（N） 木块的重力G=mg=ρ木Vg=0.4×103×2×10-3×10=8（N） 绳子对A向下的拉力F=F浮－G=20N－8N=12N （2）剪断绳子木块A漂浮在水面上F浮=G=8N 由F浮=ρ液gV排 得V排=F浮/ρ液g=8/(1.0×103×10)=8×10-4(m2)=0.8dm3 所以V露=V－V排=2dm3－0.8dm3=1.2dm3 9. （1）6.75 1.5 （2）在液体密度一定时，物体受到的浮力大小与物体排开的液体体积有关，物体排开的液体体积越大，物体受到的浮力越大。 （3）当物体浸没在液体中时，物体受到的浮力大小与物体浸入液体中的深度无关。
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