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1、第九章 壓強
一、固體的壓力和壓強
1、壓力:⑴ 定義:垂直壓在物體表面上的力叫壓力。
⑵ 壓力并不都是由重力引起的,通常把物體放在水平面上時,如果物體不受其他力,則壓力F等于物體的重力G。
2、研究影響壓力作用效果因素的實驗:
⑴課本圖甲、乙說明:受力面積相同時,壓力越大,壓力作用效果越明顯。
乙、丙說明:壓力相同時,受力面積越小,壓力作用效果越明顯。(控制變量法)
⑵實驗中通過觀察泡沫塑料的凹陷程度來反映壓力的作用效果。(轉(zhuǎn)換法)
3、壓強:
⑴定義:物體單位面積上受到的壓力叫壓強。
⑵公式 p=F/ S 其中各量的單位分別是:p:帕(Pa); F:牛(N) S:米2(
2、m2)。
A使用該公式計算壓強時,關鍵是找出壓力F(一般F=G=mg)和受力面積S(受力面積要注意兩物體的接觸部分,用小面積)。
B對于放在桌子上的豎直柱體(如:圓柱體、正方體、長方體等)對桌面的壓強p=ρg h
⑶壓強單位Pa的認識:
一張報紙平放時對桌子的壓強約0.5Pa 。
人站立時對地面的壓強為:1.5×104Pa 。它表示人站立時,其腳下每平方米面積上,受到腳的壓力為1.5×104N
二、液體的壓強和壓力
1、液體內(nèi)部產(chǎn)生壓強的原因:液體受重力且具有流動性。
2、測量:壓強計 用途:測量液體內(nèi)部的壓強。
3、液體壓強的特點:
⑴ 液體對容器底和側(cè)壁都有壓強,液體
3、內(nèi)部向各個方向都有壓強;
⑵ 在同一深度,液體向各個方向的壓強都相等;
⑶ 液體的壓強隨深度的增加而增大;
⑷ 不同液體的壓強與液體的密度有關。
4、壓強公式:
⑴ 推導壓強公式使用了建立理想模型法(建模法),前面引入光線的概念時,就用了建立理想模型法。
⑵推導過程:(結(jié)合課本)
液柱體積V=Sh ;質(zhì)量m=ρV=ρSh
液片受到的壓力:F=G=mg=ρShg
液片受到的壓強:p= F/S=ρgh
⑶液體壓強公式p=ρgh說明:
A、公式適用的條件為:液體
B、公式中物理量的單位為:p—Pa;g—N/kg;h--m
C、從公式中看出:液體的壓強只與液體的密度和液體的深
4、度有關,而與液體的質(zhì)量、體積、重力、容器的底面積、容器形狀均無關。著名的帕斯卡破桶實驗充分說明這一點。
5、計算液體對容器底的壓力和壓強問題:
一般方法:首先確定壓強p=ρgh;其次確定壓力F=pS=ρghS 。
特殊情況:對豎直柱形容器可先求壓力F=G;用p=F/S求壓強。
壓力與液重的關系(作圖割補):a器壁豎直均勻時F=G;
b口大底小時 FG。
6、連通器:⑴定義:上端開口,下部相連通的容器
⑵原理:連通器里裝一種液體且液體不流動時,各容器的液面保持相平
⑶應用:茶壺、鍋爐水位計、乳牛自動喂水器、船閘等
三、大氣壓
1、概念:大氣對浸在它
5、里面的物體的壓強叫做大氣壓強,簡稱大氣壓,一般有p0表示。說明:“大氣壓”與“氣壓”(或部分氣體壓強)是有區(qū)別的,如高壓鍋內(nèi)的氣壓——指部分氣體壓強。高壓鍋外稱大氣壓。
2、產(chǎn)生原因:因為空氣受重力并且具有流動性。
3、大氣壓的存在——實驗證明:
歷史上著名的實驗——馬德堡半球?qū)嶒灐?
小實驗——覆杯實驗、瓶吞雞蛋實驗、皮碗模擬馬德堡半球?qū)嶒灐?
4、大氣壓的實驗測定:托里拆利實驗。
(1)實驗過程:在長約1m,一端封閉的玻璃管里灌滿水銀,將管口堵住,然后倒插在水銀槽中放開堵管口的手指后,管內(nèi)水銀面下降一些就不在下降,這時管內(nèi)外水銀面的高度差約為760mm。
(2)原理分析:在管內(nèi),
6、與管外液面相平的地方取一液片,因為液體不動故液片受到上下的壓強平衡。即向上的大氣壓=水銀柱產(chǎn)生的壓強。
(3)結(jié)論:大氣壓p0=760mmHg=76cmHg=1.01×105Pa(其值隨著外界大氣壓的變化而變化)
(4)說明:
A實驗前玻璃管里水銀灌滿的目的是:使玻璃管倒置后,水銀上方為真空;若未灌滿,則測量結(jié)果偏小。
B本實驗若把水銀改成水,則需要玻璃管的長度為10.336m
C將玻璃管稍上提或下壓,管內(nèi)外的高度差不變,將玻璃管傾斜,高度不變,長度變長。
D標準大氣壓:支持76cm水銀柱的大氣壓叫標準大氣壓。
1標準大氣壓=760mmHg=76cmHg=1.01×105Pa
7、5、大氣壓的特點:
(1)特點:空氣內(nèi)部向各個方向都有壓強,且空氣中某點向各個方向的大氣壓強都相等。大氣壓隨高度增加而減小,且大氣壓的值與地點、天氣、季節(jié)、的變化有關。一般來說,晴天大氣壓比陰天高,冬天比夏天高。
(2)大氣壓變化規(guī)律研究:在海拔3000米以內(nèi),每上升10米,大氣壓大約降低100Pa
6、測量工具:
定義:測定大氣壓的儀器叫氣壓計。
分類:水銀氣壓計和無液氣壓計
說明:若水銀氣壓計掛斜,則測量結(jié)果變大。 在無液氣壓計刻度盤上標的刻度改成高度,該無液氣壓計就成了登山用的登高計。
7、應用:活塞式抽水機和離心水泵。
8、沸點與壓強:一切液體的沸點,都是氣壓減小時降低
8、,氣壓增大時升高。
應用:高壓鍋、除糖汁中水分。
知識填空:
(一)壓強
1、 作用在物體表面上的力叫壓力。
2、壓力的方向總是 于被壓物體的受力面。
3、當物體自由放在水平面上時,物體對水平面的壓力大小等于物體的 。
4、壓力的作用效果跟 的大小和壓力的
有關。
5、物體 面積上受到的壓力叫壓強。
6、壓強是表示 的作用效果的物理量,其大小跟 的大小和壓力的 有關;公式: 。
7、壓強單位: ,簡稱 ,符號為 。
8、增大壓強的方法:減小 ,增大
9、 ;減小壓強的方法:增大 ,減小 。
(二)液體的壓強
1、液體壓強的特點:(1)液體內(nèi)部 都有壓強;(2)在同一深度液體向各個方向的壓強 ;(3)液體的壓強隨深度的增加而 ;(4)液體的壓強還與液體的 有關,在深度相同時,液體密度越大,壓強 。
2、液體壓強公式: ,液體壓強的大小只跟液體 和液體 有關。
3、連通器原理:連通器里盛入同種液體,在液體不流動時,各容器中的液面總是保持 。
4、船閘、茶壺、鍋爐水位計、喂水器、自來水管等是
10、。
(三)大氣壓
1、 實驗證明了大氣壓強的存在。
2、 實驗精確地測出了大氣壓的值。
3、一標準大氣壓= mmHg= Pa。
4、大氣壓隨距地面高度的增加而 。
5、大氣壓跟高度、氣候、季節(jié)等因素 有關。
6、抽水機、自來水筆吸水、注射器吸藥水、吸管吸飲料、人的呼吸等都是利用 來工作的。
7、液體的沸點隨氣壓的增大而 。高壓鍋就是利用這一道理制成的。
(四)流體壓強
在氣體和液體中,流速越大的位置壓強越 。硬幣跳高、飛機的升力、在安全線以外候車、噴霧器等都與該知識有
11、關。
計算題:
1、北海市長青公園中革命烈士紀念碑的碑心石可以看作是一塊高約20m,底面積6m2的長方體花崗石,已知花崗石的密度是2.8×103kg/m3.問:(1)碑心石的質(zhì)量約是多大?(2)碑心石對底座的壓強約是多少?
2、一個體重為500N的中學生,雙腳站在水平地面上的著地面積為0.05m2.(取g=10N/kg)求:(1)該中學生的質(zhì)量。 (2)他雙腳站立時對水平地面的壓強。
3、云南省已連續(xù)三年多遭受旱災,為保證災區(qū)某校師生用水,政府派出抗旱送水車送水.如果一輛送水空車質(zhì)量6t,水罐容積5m3.裝滿水后,車輪與地面的總接觸面積為0.5m2.學校距取水處12km,汽
12、車勻速行駛20min到達學校.(ρ水=1.0×103kg/m3)問:(1)汽車勻速行駛時的速度是多少?(2)該車最多能裝多少kg的水?
(3)裝滿水時,車對地面的壓強為多少Pa?
4、為節(jié)能減排,建筑上普遍采用空心磚替代實心磚。如圖1所示,質(zhì)量3.6kg的某空心磚,規(guī)格為20cm×15cm×10cm,磚的實心部分占總體積的60﹪。求:(1)該磚塊材料的密度;(2)生產(chǎn)每塊空心磚比同規(guī)格的實心磚可節(jié)省材料多少千克?(3)一塊同規(guī)格的空心磚和實心磚,以相同方式放在水平地面上,對地面的壓強最多相差多少帕?
圖1
5、如圖23所示,是我國88式主戰(zhàn)坦克,重40t,高2m,
13、每條履帶與地面的接觸面積2m2,該坦克具有潛渡功能.請解答下列問題:(1)該坦克在水平路面上行駛時,對地面的壓強為多大?(2)若坦克在深為5m的河流中潛渡時,坦克對水平河床的壓力為105N,則該坦克的體積為多大?(3)坦克在該河流中潛渡時,在坦克頂部面積為0.8m2的艙門受到水的壓力為多大?
6、小剛同學質(zhì)量為60kg,雙手倒立在地面上,每只手掌與地面的接觸面積是150cm2,(g=10N/kg)(1)小剛的重力.(2)小剛雙手倒立時對地面的壓強.
7、小強同學的質(zhì)量為60 kg,他站立在水平地面上時,每只腳底與地面的接觸面積為0.025 m2 ,g取10N/kg,求:(1)小強同
14、學受到的重力是多少?(2)小強同學雙腳站立時對地面的壓強是多大?
8、如圖3所示,重為240N、底面積為0.2m2的物體在20N的水平拉力F作用下沿水平地面向右勻速運動了10m,用時20s,求:(1)物體所受到的摩擦力的大??;(2)物體對地面的壓強。
圖3
9、電動自行車是倍受人們青睞的一種交通工具,它的最快速度可達20km/h,問:
(1)小林的爸爸騎著電動車以最快速度從家到單位需要走5km的路程.小林的爸爸上班所用時間至少是多少?
(2)如果該電動車自身重量為600N,兩個車輪與地面的總接觸面積為0.02m2,車胎能承受的最大壓強為2×105Pa,該車的最大載重量是多大?
15、10. 如圖,一個重4 N,底面積為20 cm2的薄壁玻璃杯放在水平桌面上,將重5 N的水倒入杯中,水面到杯底的距離為10cm,若g=10 N/kg,求
(1)水對杯底的壓強。(2)水對杯底的壓力。(3)盛有水的玻璃杯對桌面的壓力. (4)盛有水的玻璃杯對桌面的壓強。10題 13題
11、一條質(zhì)量為6×l03kg的大象.每只腳掌的面積為600cm2。求:(1)大象的重量是多少?(2)大象的四腳著地時對地面的壓強。
12、按照規(guī)定,我國載貨車輛的輪胎,對地面的壓強應控制在700kPa以內(nèi),但有些司機,為了降低運營成本,不顧國家利益,肆意超載。有一輛自重為2t的6輪汽車,核準載貨
16、量為4t,實際裝貨8t,如果每個車輪與地面的接觸面積為0.02m2。(g=10N/kg)
(1)該車對地面的壓力多大?(2)通過計算說明,該車對地面的壓強是否超過規(guī)定?(3)運用所學的物理知識說明超載的危害。
13、如圖所示的平底容器,其質(zhì)量為0.2kg,底面積為3×10-3m2,內(nèi)裝有1kg的水,測得容器中水的深度為20cm,若將該容器放在面積為1.5m2的水平桌中央,則(1)容器對桌面的壓強為多少?(2)水對容器底部的壓強為多少?(3)水對容器底的壓力是多少?(g取10N/kg)
14、將2千克水倒入底面積為0.02m2的容器中,水深30cm。容器重力為2N,放在水平桌面中央。求(1)容器底部受到水的壓力;(2)容器對桌面的壓力;(3)容器對桌面的壓強。
15、如圖所示,在質(zhì)量為1 kg的容器內(nèi)裝有5 kg的水,容器底面積為100 cm2,容器放在水平桌面上,桌面面積為0.9 m2 ?,g取10 N/kg.求:
(1)容器對桌面的壓力。(2)容器對桌面的壓強。
(3)水對A點的壓強。(4)水對容器底的壓強。
(5)水對容器底的壓力。