第六章 压力与压强讲义
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第一讲 压力与压强【知识客栈】1、压力:⑴ 定义:垂直压在物体表面上的力叫压力。
⑵ 压力并不都是由重力引起的,通常把物体放在桌面上时,如果物体不受其他力,则压力F = 物体的重力G ⑶ 固体可以大小方向不变地传递压力。
⑷重为G 的物体在承面上静止不动。
指出下列各种情况下所受压力的大小。
G G F+G G – F F-G F2、研究影响压力作用效果因素的实验:⑴课本甲、乙说明:受力面积相同时,压力越大压力作用效果越明显。
乙、丙说明压力相同时、受力面积越小压力作用效果越明显。
概括这两次实验结论是:压力的作用效果与压力和受力面积有关。
本实验研究问题时,采用了控制变量法。
和 对比法3、压强:⑴ 定义:物体单位面积上受到的压力叫压强。
⑵ 物理意义:压强是表示压力作用效果的物理量⑶ 公式 p=F/ S 其中各量的单位分别是:p :帕斯卡(Pa );F :牛顿(N )S :米2(m 2)。
A 使用该公式计算压强时,关键是找出压力F (一般F=G=mg )和受力面积SB 特例:对于放在桌子上的直柱体(如:圆柱体、正方体、长放体等)对桌面的压强p=ρgh⑷ 压强单位Pa 的认识:一张报纸平放时对桌子的压力约0.5Pa 。
成人站立时对地面的压强约为:1.5×104Pa 。
它表示:人站立时,其脚下每平方米面积上,受到脚的压力为:1.5×104N⑸ 应用:当压力不变时,可通过增大受力面积的方法来减小压强如:铁路钢轨铺枕木、坦克安装履带、书包带较宽等。
也可通过减小受力面积的方法来增大压强如:缝一针做得很细、菜刀刀口很薄 【初入江湖】例1 一块砖,平放、侧放、立放在水平地面上如图,关于砖对地面的压力和压强的说法中正确的是 ( ).A .平放时压力最大,压强最小B .侧放时压力最小,压强最大C .立放时压力最大,压强也最大F F F F FD .三种放法压力一样大,立放压强最大讲解 紧扣压强概念,当压力一定时(均为砖重G ),则接触面积最小时(砖立放的情况),压强为最大.故正确答案为D .注意 讨论此题型时要注意题目给出的条件,砖被放在水平面上,所以砖对水平地面的压力由重力产生,而砖的重力不因其放法的不同改变,所以砖对地面的压力不变,而对地面的压强,在压力一定的情况下与受力面积有关,立放时的接触面积比平放、侧放都小,所以立放压强最大.例2 已知图钉帽的面积是1厘米2,图钉尖的面积是5×10-4厘米2,手指对图钉帽的压力是20牛,那么图钉尖对墙的压强p 2是手对图钉帽的压强p 1的________倍.讲解 由于p 1=1S F =2120厘米牛 p 2=1S F =2410520厘米牛-⨯ 所以p 1∶p 2=2410520厘米牛-⨯∶2120厘米牛=2000∶1 即p 2=2000 p 1 注意 该题说明两个问题:①图钉尖面积特别小,加在钉帽上一个较小的压力,就可以得到一个很大的压强;②固体可以大小不变地传递压力,而不一定能大小不变地传递压强,压强与受力面积有关.例3 一个棱长为0.2米,重为200牛顿的正方体物块,放在1米2的正方形水平桌面上,该正方体物块对桌面的压强是________帕.讲解 物块对桌面的压强p =1S F =物S G 所以p =22.02.0200米牛⨯=5×103帕 注意 本题主要考查了对压强的定义式的理解.物块放在水平桌面上,压力由重力产生,受力面积为接触面积,即物块的底面积,不能由桌面面积决定.例4 如图所示,两长方体A 和B 叠放在水平地面上,A 受重力10牛,B 受重力30牛,已知A 对B 的压强与B 对地面的压强之比为3∶2,则A 与B 的底面积之比为________. 讲解 由题意p A =A A S G =A S 牛10 p B =BB A S G G +=B S 牛10 所以S A ∶S B =A p 10∶Bp 40将p A ∶p B =3∶2代入 得S A ∶S B =1∶6 注意:在求物体B 对地面压强时,当心别在压力FB 中漏掉物体A 的重力:F B =G B +G A .【小试牛刀】1.如图所示,一个物体重10N ,用大小为30N 的力垂直于墙壁压住物体,则墙壁受的压力是()A .10NB .20NC .30ND .40N2.水平地面上放着一只箱子,小孩用力向上提,却没有提起,在小孩向上提箱子时( )A .箱子对地面压力减小,人对地面的压力增大B .箱子和人对地面的总压力增加C .箱子对地的压力减小,人对地面的压力不变D .箱子和人对地的总压力减小3.如图所示.一个均匀的长方形木条所受重力为G ,当它的一半放在水平桌面上时,若接触面积为S ,则()A .它对桌面的压力为2GB .它对桌面的压强为2G SC .它对桌面的压力为GD .将木条伸出桌面外的部分切去,它对桌面的压强为2G S 4.两个实心正方体对水平地面的压强相同,它们的密度大小关系为ρ1>ρ2,若这两个正方体对水平地面的压力分别为F1和F2,则( )A .F1=F2B .F1<F2C .F1>F2D .无法确定5.一均匀的正方体木块,放在水平地面上,对地面的压强为p ,如果将这个木块切成完全相同的8个小正方体,取其中一个放在水平地面上,这个小木块对地面的压强是()A .pB .P/2C .P/4D .2p6.立方体甲和乙的边长之比是2:3,将它们分别放置在水平桌面上时,它们对桌面的压强均为p .将甲如图所示放置在乙上面,乙对桌面的压强为p'.则p':p 等于( )A .9:13B .13:9C .9:4D .13:47. 边长为1m 的正方体放在水平桌面上,重力为7.8×104N 顿,若沿图(甲)图所示的虚线去掉一半,其余部分不动,这时它对桌面的压力是 ,压强是 ,如果沿(乙)图的虚线去掉一半,其余部分不动,这时它对桌面的压力是 ,压强是 。
A部分【要点突击】一、密度二、压力1、定义直压在物体表面2、方向:垂直指向接触面。
三、压强1、压力作用效果不仅跟压力的大小有关系,还跟受力面积的大小有关系。
2、定义:物体单位面积上受到的压力叫做压强。
3、公式:p=F/S4、单位:“牛每平方米”,它有一个专门的名称叫做“帕斯卡”,简称“帕”,符号“Pa”。
常用单位是千帕(KPa)和兆帕(MPa)。
5、单位换算:1 Pa=1N/m2。
1 Pa是个很小的单位,它相当于两张报纸对水平桌面产生的压强,或者说两个鸡蛋煎成家庭用书桌大小的超级薄饼,放在水平桌面上产生的压强。
6、改变压强的方法A、增大压强:减小受力面积或者增大压力B、减小压强:增大受力面积或者减小压力7、压强和压力的区别A、压力是物体间的相互作用力,它的单位是牛顿,压强是压力的作用效果,它的单位是帕斯卡,压强的大小与压力和受力面积有关系B、压力的大小的改变需要通过改变两物质间的相互挤压程度;压强的大小改变可以通过改变压力大小或受力面积大小。
四、液体内部的压强★1、产生原因1)液体由于受到重力作用,因而对容器底部有压强。
2)液体由于没有固定的形状、且能流动,因而在液体内部向各个方面都有压强2、特点1)液体对容器底和侧壁都有压强2)液体内部向各个方向都有压强3)液体压强随深度的增加而加大4)在同一液体的同一深度,液体向各个方向的压强相等5)不同液体的压强还与它的密度有关。
深度相同,密度越大,压强越大3、计算公式p=ρgh从公式p=ρgh中看出,静止液体的内部压强只跟液体的密度、深度有关,跟液体的质量、体积及容器形状、底面积大小无关。
★应用公式p=ρgh时,要注意h表示液体的深度。
深度是指从自由液面到计算压强的那点之间的竖直距离,即深度是由上往下量的。
A处的深度为30cm B处的深度为40cm C处的深度为50cm4、液体的压力和流体的重力之间的关系液体对容器底部的压力不一定等于液体的重力。
如图2所示,是形状不同的三个容器装有密度为ρ、深度为h的液体,底面积均为S。
A部分【要点突击】一、密度二、压力1、定义直压在物体表面2、方向:垂直指向接触面。
三、压强1、压力作用效果不仅跟压力的大小有关系,还跟受力面积的大小有关系。
2、定义:物体单位面积上受到的压力叫做压强。
3、公式:p=F/S4、单位:“牛每平方米”,它有一个专门的名称叫做“帕斯卡”,简称“帕”,符号“Pa”。
常用单位是千帕(KPa)和兆帕(MPa)。
5、单位换算:1 Pa=1N/m2。
1 Pa是个很小的单位,它相当于两张报纸对水平桌面产生的压强,或者说两个鸡蛋煎成家庭用书桌大小的超级薄饼,放在水平桌面上产生的压强。
6、改变压强的方法A、增大压强:减小受力面积或者增大压力B、减小压强:增大受力面积或者减小压力7、压强和压力的区别A、压力是物体间的相互作用力,它的单位是牛顿,压强是压力的作用效果,它的单位是帕斯卡,压强的大小与压力和受力面积有关系B、压力的大小的改变需要通过改变两物质间的相互挤压程度;压强的大小改变可以通过改变压力大小或受力面积大小。
四、液体内部的压强★1、产生原因1)液体由于受到重力作用,因而对容器底部有压强。
2)液体由于没有固定的形状、且能流动,因而在液体内部向各个方面都有压强2、特点1)液体对容器底和侧壁都有压强2)液体内部向各个方向都有压强3)液体压强随深度的增加而加大4)在同一液体的同一深度,液体向各个方向的压强相等5)不同液体的压强还与它的密度有关。
深度相同,密度越大,压强越大3、计算公式p=ρgh从公式p=ρgh中看出,静止液体的内部压强只跟液体的密度、深度有关,跟液体的质量、体积及容器形状、底面积大小无关。
★应用公式p=ρgh时,要注意h表示液体的深度。
深度是指从自由液面到计算压强的那点之间的竖直距离,即深度是由上往下量的。
A处的深度为30cm B处的深度为40cm C处的深度为50cm4、液体的压力和流体的重力之间的关系液体对容器底部的压力不一定等于液体的重力。
如图2所示,是形状不同的三个容器装有密度为ρ、深度为h的液体,底面积均为S。
根据液体压强计算公式,液体对容器底部的压强为p =ρgh,所以液体对容器底部的压力为F=pS=ρghS。
液体的重力为G = mg =ρgV。
所以,比较各容器底部受到液体的压力大小F与液体重力G的大小,只需要比较Sh(容器的底面积和高的乘积,即图2中两竖直虚线间所包围的体积)与V(液体的体积)之间的关系即可。
图甲为口大底小的容器,Sh<V,所以容器底受到的压力小于液体的重力,即F<G;图乙为柱状容器,Sh=V,所以容器底部受到的液体的压力等于液体的重力,即F=G;图丙为口小底大的容器,Sh>V,所以容器底部受到的压力大于液体的重力,即F>G。
甲乙丙图2你还可以这样理解:甲容器口大底小,对液体提供向上的支持力的,不仅仅是容器底部,周围侧壁对液体也提供向上的支持力,这就减轻了液体对容器底部的压力,使F<G。
乙容器的侧壁对液体也有作用力,但方向是水平的,不能减轻了液体对容器底部的压力,所以F=G。
丙容器的侧壁对液体的力的方向向下(依据:压力的方向总是与接触面垂直),使容器底部不仅承受液体的重力,还要承受侧壁对液体向下的压力,使F>G。
由于液体对容器底部的压力并不一定等于液体的重力,所以在计算液体对容器底部的压力时,应先根据公式p =ρgh 求出液体的压强,再根据F =pS 求出压力。
5、连通器1)定义:上端开口不连通,下部相连的容器叫连通器2)特点:连通器里的同一种液体不流动时,各容器中直接与大气接触的液面总是保持同一高度。
3)原理:可用液体压强来解释。
4)应用:茶壶、酒水壶、牲口自动喂水器、各种液面计(水位计、油位计等),都是应用连通器原理制成的。
五、阿基米德原理1、内容:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。
2、公式:F G m g gV ρ===浮排排液排3、要点诠释:①“浸在”包含两种情况:一是物体有一部分浸在液体中,此时;二是物体全部没入液体中,此时。
②“浮力的大小等于物体排开液体所受的重力”,这里要注意浮力本身是力,只能和力相等,很多同学常把这句话说成“浮力大小等于物体排开液体的体积”。
力和体积不是同一物理量,不具有可比性;这里所受的重力,不是物体所受的重力,而是被排开液体所受的重力。
③由,可以看出,浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积两个因素有关,而跟物体本身的体积、密度、形状,与在液体中是否运动,液体的多少等因素无关。
④阿基米德原理也适用于气体。
浸没在气体里的物体受到浮力的大小,等于它排开的气体所受的重力。
即。
六、液体对压强的传递1、定义:加在封闭液体上的压强能够大小不变地被液体向各个方向传递。
这个规律叫帕斯卡定律。
2、应用:液压机就是根据这个定律制成的。
此定律同样也适用于气体。
六、大气压强1、定义:包围在地球周围的空气层叫大气层,大气层对浸在它里面的物体的压强做作大气压强,简称大气压或气压。
2、产生原因:地球周围包围着厚厚的大气层,这些空气同样因为受到地球的吸引而受到重力作用,同事空气又具有流动性,因此大气对浸在其中的物体产生了压强,而且与液体一样,在大气层内部向各个方向都有压强。
3、存在的证明:马德堡半球实验,鸡蛋被空气压入瓶内等4、大气压的测定——托里拆利实验★管内上方是真空,管内水银柱的高度只随外界大气压强变化而变化,和管的粗细、倾斜角度、管的长度等因素无关,只与水银柱的竖直高度有关。
5、大气压强的值p大气=p水银=ρ水银gh=13.6x103x9.8x0.76Pa=1.013x105Pa=101.3 x103KPa=760mmHg如果换成水柱,水柱的高度为七、流体压强与流速的关系在液体和气体中,流速越大的位置压强越小,流速越小的位置压强越大。
生活中的例子:一阵风吹过,门会自动关上;吃螺蛳,尾部被割去的大小很有影响;从水龙头流下的水柱上大下小;飞机的机翼截面呈前缘较厚、后缘较薄、上下表面不对称。
烟囱的烟。
B部分【跟踪训练】6.1 密度1、下列说法正确的是( )A、一块砖切成体积相等的两块后,砖的密度变为原来的一半B、铁的密度比铝的密度大,表示铁的质量大于铝的质量C、铜的密度是8.9 x 103kg/m3,表示lm3铜的质量为8. 9 x 103kgD、密度不同的两个物体,其质量一定不同2、质量为222.5g,体积为25cm3的金属块,其密度为___________g/cm3,这块金属可能是___________。
3、将一质量是6g的金戒指缓慢漫设在盛满水的溢水杯中,称得溢出水的质量是0.4g,问:此戒指是纯金制成的吗?4、在“测定形状不规则的实心小铁块的密度”的实验中,小明同学的操作过程如图(a)、(b)、(c)所示,当天平平衡时,右盘上的三个砝码质量依次是50g、20g、5g,游码位置如图(a)所示.(1)请你将小明同学所测得的数据填入表格相应的栏目内.物理量铁块质量m/g 适量水的体积/cm3铁块和水的总体/cm3铁块体积/cm3测量值(2)计算铁块密度的公式是___________;铁块的密度ρ=___________kg/m3。
6.2 压力压强1、两块完全相同的砖,单独平放在地面上时,对地面的压强是P,那么( )A、并排平放时,对地面压强为2p;B、并排平放时,对地面压强为p;C、叠起来平放时,对地面压强为2p;D、叠起来平放时,对地面压强为p。
2、用3牛的水平力把重2牛的木块紧压在竖直的墙壁上,这时墙壁受到的压力是__________牛。
3、在船舷水线下3米深处,出现了一个面积为100厘米3的洞,为了不使水漏进船舱,至少要用多大的力才能把洞堵住?(海水密度为1.03×103千克/米3)4、A、B两圆柱体重力分别为8牛和12牛,底面积分别为2厘米2和4 厘米2,如图叠放在面积是10厘米2的水平面上,求A对B的压力和压强;以及B对水平面的压力和压强。
6.3液体内部的压强1、如图所示,甲容器中盛有水,乙容器中盛有酒精(ρ水>ρ酒精),两液面一样高,在其中有A、B、C三点,则三点的压强关系如何()A. p A>p B>P cB. p A<p B<p CC. p B>p C>p AD. p B<p C<p A2、如上右图所示,2个底面积相同,形状不同的容器,所装液体的深度相同;(1)比较它们所装液体的重力,则G A__________G B。
(2)比较它们底部所受液体的压强,则P A__________P B。
(3)比较它们底部所受液体的压力,则F A__________F B。
3、在研究液体压强的实验中某同学做5次实验如图所示,为了顺利完成实验,除了图中所画的各种器材,还需要用到_刻度尺________;由实验(1)、(4)说明___________________________________________;由实验(2)、(3)、(4)说明______________________________________;由实验________说明:同一深度,不同液体内部压强与密度有关。
6.4 阿基米德原理1、液体中物体受到浮力的原因是()A、物体受到的重力和液体对物体的压力的合力B、液体对物体的向上的压力C、物体受到液体对它的向上、向下的压力有压力差D、液体对物体的向上的压强2、将同一小石块分别浸没在水和某种液体中,弹簧测力计的示数如图所示,则小石块的密度是__________kg/m3,,这种液体的密度是__________kg/m3,.(g取10N/kg)3、浮在海面上的冰山,水上部分的体积为1000m3,求冰山的总体积?(ρ冰=0.9×103kg/m3,ρ海水=1.03×103kg/m3)4、有一方块,把它放入水中时,露出水面的部分是起总体积的2/5,把木块放入另一种液体中时,露出液面的部分是它总体积的1/3,求木块的密度及液体的密度?5、密度为0.6×103kg/m3,边长为l0cm的正方形木块,静止在水面上,求:(1)木块所受的重力;(2)木块受到的浮力;(3)在木块上表面至少要加多大的力才能使木块全部浸入水中。
(g取l0N/kg)6.5液体对压强的传递1、关于帕斯卡定律的叙述,下列说法中正确的是( )A.加在液体上的压强,能够按照原来的大小由液体向各个方向传递B.加在密闭液体上的压力,能够按照原来的大小由液体向各个方向传递C.密闭容器里各点的液体压强,在各个方向上都相等D.加在密闭液体上的压强,能够按照原来的大小由液体向各个方向传递2、水压机大小活塞的直径之比为5:1,则大、小活塞所受的压强之比为___________,压力之比为___________。
3、如图所示水压机,小活塞下降的高度和大活塞上升的高度之比为50:1,要使大活塞上能顶起20000牛的重物,在小活塞上须加多大的压力?若小活塞的面积为100平方厘米,则小活塞上的压强是多大?大活塞上的压强是多大?6.6大气压强1、著名的马德堡半球实验证明了大气压强的存在,托里拆利实验第一次测定了大气压强的数值.一标准大气压相当于76厘米高的水银柱产生的压强,合1.013×105帕.2、关于大气压强,下面四种说法中正确的是:()A、大气压是由于空气受重力作用产生的,所以,大气压的方向与重力方向相同;B、离地面越高,大气压越高,空气中任一点向各个方向都有压强;C、离地面越高,大气压越低,空气中任一点向各个方向都有压强;D、以上的说法都不对。