压强原理及概念部分.doc

压强原理及概念部分一、压强压强是表示压力作用效果（形变效果）的物理量。在国际单位制中，压强的单位是帕斯卡，简称帕（这是为了纪念法国科学家帕斯卡Blaise pascal而命名的），即牛顿/平方米。压强的常用单位有千帕、千克力/平方厘米、托。一般以英文字母p表示。 二、定义：单位面积上受到的压力叫做压强。 公式：P=F/S 固体压强：物体由于外因或内因而形变时，在它内部任一截面的两方即出现相互的作用力，单位截面上的这种作用力叫做应力。一般地说，对于固体，在外力的作用下，将会产生压(或张)形变和切形变。因此，要确切地描述固体的这些形变，就必须知道作用在它的三个互相垂直的面上的力的三个分量的效果。三、大气压的发现 17世纪，德国马德堡市有一位市长，名叫奥托格里克他是个博学多才的军人，从小就喜欢听伽利略的故事；爱好读书，爱好科学；一直读到莱比锡大学1621年又到耶拿大学攻读法律；1623年，再到莱顿大学钻研数学和力学他读了三所大学，知识面很广因此，他能在军旅中生活；又可在政界中立足；更能在科学界发言他是1631年入伍，在军队中担任军械工程师，工作很出色后来，投身政界，1646年当选为马德堡市市长无论在军旅中，还是在市府内，都没停止科学探索。 1654年，他听到托里拆利的事儿，又听说还有许多人不相信大气压；还听到有少数人在嘲笑托里拆利；再听说双方争论得很激烈，互不相让，针锋相对因此，格里克虽在远离德国的意大利，但很抱不平，义愤填膺 他匆匆忙忙找来玻璃管子和水银，重新做托里拆利这个实验，断定这个实验是准确无误的； 再将一个密封完好的木桶中的空气抽走，木桶就“砰！”的一声被大气“压”碎了！有一天，他和助手做成两个半球，直径14英寸，即30多厘米，并请来一大队人马，在市郊做起“大型实验” 马德堡半球实验1654年5月8日，马德堡市风和日丽，晴空万里，一大批人围在实验场上，熙熙嚷嚷十分热闹。有的说这样，有的说那样；有的支持格里克，希望实验成功；有的断言实验会失败；人们在议论着，在争论着；在预言着；还有的人一边在大街小巷里往实验场跑，一边高声大叫：“市长演马戏了！市长演马戏了”格里克和助手当众把这个黄铜的半球壳中间垫上橡皮圈；再把两个半球壳灌满气后合在一起；然后把气全部抽出，使球内形成真空；最后，把气嘴上的龙头拧紧封闭。这时，周围的大气把两个半球紧紧地压在一起。格里克一挥手，四个马夫牵来八匹高头大马，在球的两边各拴四匹格里克一声令下，四个马夫扬鞭催马、背道而拉！好像在“拔河”似的。 “加油！加油！”实验场上黑压压的人群一边整齐地喊着，一边打着拍子。4个马夫，8匹大马，都搞得浑身是汗。但是，铜球仍是原封不动格里克只好摇摇手暂停一下。然后，左右两队，人马倍增马夫们喝了些开水，擦擦头额上的汗水，又在准备着第二次表现。格里克再一挥手，实验场上更是热闹非常。16匹大马，死劲抗拉，八个马夫在大声吆喊，挥鞭催马来看实验的人群，更是伸长脖子，一个劲儿地看着，不时地发出“哗！哗！”的响声。突然，“啪！”的一声巨响，铜球分开成原来的两半，格里克举起这两个重重的半球自豪地向大家高声宣告：“先生们！女士们！市民们！你们该相信了吧！大气压是有的，大气压力是大得这样厉害！这么惊人！”实验结束后，仍有些人不理解这两个半球为什么拉不开，七嘴八舌地问他，他又耐心地作着详尽的解释：“平时，我们将两个半球紧密合拢，无须用力，就会分开这是因为球内球外都有大气压力的作用；相互抵消平衡了。好像没有大气作用似的。今天，我把它抽成真空后，球内没有向外的大气压力了，只有球外大气紧紧地压住这两个半球”。 通过这次“大型实验”，人们都终于相信有真空；有大气；大气有压力；大气压很惊人，但是，为了这次实验，格里克市长竟花费了4千英镑。 定义 一物理学中把垂直作用在物体表面上并指向表面的力叫做压力。 压强是表示物体单位面积上所受力的大小的物理量。 标准大气压为1.013x105(10的5次方) Pa，大气压的数值相当于大约76cm水银柱所产生的压强，就是大气压的大小。 公式p=F/S（压强=压力受力面积） p压强(单位：帕斯卡，符号：Pa) F压力(单位：牛顿，符号：N) S受力面积(单位：平方米，符号：） F=PS (压力=压强受力面积) S=F/p (受力面积=压力压强） （ 压强的大小与受力面积和压力的大小有关） 对于压强的定义，应当着重领会四个要点： 受力面积一定时，压强随着压力的增大而增大。（此时压强与压力成正比） 同一压力作用在支承物的表面上，若受力面积不同，所产生的压强大小也有所不同。受力面积小时，压强大；受力面积大时，压强小。 压力和压强是截然不同的两个概念：压力是支持面上所受到的并垂直于支持面的作用力，跟支持面面积，受力面积大小无关。 压强是物体单位面积受到的压力。跟受力面积有关。 压力、压强的单位是有区别的。压力的单位是牛顿，跟一般力的单位是相同的。压强的单位是一个复合单位，它是由力的单位和面积的单位组成的。在国际单位制中是牛顿/平方米，称“帕斯卡”，简称“帕”。 影响压强作用效果的因素 1受力面积一定时，压力越大，压力的作用效果越明显。（此时 压强与压力成正比） 影响压力作用效果的因素 试验2当压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显。（此时压强与受力面积成反比） (5)1Pa的物理意义：1平方米的面积上受到的压力是1N。(1牛顿的力作用在一平方米上) 1Pa大小：一张平铺的报纸对水平桌面的压强，3粒芝麻对水平桌面的压强为1Pa 注：等密度柱体与接触面的接触面积相等时，可以用 P=gh P液体压强Pa. 液体密度千克/立方米(kg/m3) g9.8N/kg(通常情况下可取g=10N/kg) h深度（m 米） 在静止的液体中，任取一个底面为正方形（正方形与水平面平行），高为深度的液柱进行受力分析。作用于液柱上的力有液柱的重力 G =密度*g*h*S ，方向铅直向下；作用在液柱表面的大气压力 Fo=PoS,方向铅直向下；作用在液柱底面的液体压力 F=P*S,方向铅直向上；作用液柱的四个侧面上的压力都是水平方向的，两两自相平衡。 作用在液柱铅直方向上有 向下的重力 G 、向下大气压力 Fo,向上的水压力 F，因为在铅直方向受力也是平衡的，所以 F=Fo+G，即 P*S = PoS+ 密度*g*h*S，约去S得 p = Po+ 密度*g*h 。如果不计大气压力，只计液体本身产生的压强，则 P = 密度*g*h 压力和压强任何物体能承受的压强有一定的限度，超过这个限度，物体就会损坏。 压强 试验物体由于外因或内因而形变时，在它内部任一截面的两方即出现相互的作用力，单位截面上的这种作用力叫做压力。 一般地说，对于固体，在外力的作用下，将会产生压(或张)形变和切形变。因此，要确切地描述固体的这些形变，我们就必须知道作用在它的三个互相垂直的面上的力的三个分量的效果。这样，对应于每一个分力Fx、Fy、Fz、以作用于Ax、Ay、Az三个互相垂直的面，应力F/A有九个不同的分量，因此严格地说应力是一个张量。 由于流体不能产生切变，不存在切应力。因此对于静止流体，不管力是如何作用，只存在垂直于接触面的力；又因为流体的各向同性，所以不管这些面如何取向，在同一点上，作用于单位面积上的力是相同的。由于理想流体的每一点上，F/A在各个方向是定值，所以应力F/A的方向性也就不存在了，有时称这种应力为压力，在中学物理中叫做压强。压强是一个标量。压强(压力)的这一定义的应用，一般总是被限制在有关流体的问题中。 垂直作用于物体的单位面积上的压力。若用P表示压强，单位为帕斯卡（1帕斯卡=1牛顿/平方米） 液体压强液体容器底、内壁、内部的压强称为液体压强，简称液压。 （一）液体压强原理（帕斯卡定律）的产生帕斯卡发现了液体传递压强的基本规律，这就是著名的帕斯卡定律所有的液压机械都是根据帕斯卡定律设计的，所以帕斯卡被称为“液压机之父” 在几百年前，帕斯卡注意到一些生活现象，如没有灌水的水龙带是扁的水龙带接到自来水龙头上，灌进水，就变成圆柱形了如果水龙带上有几个眼，就会有水从小眼里喷出来，喷射的方向是向四面八方的。水是往前流的，为什么能把水龙带撑圆？ 通过观察，帕斯卡设计了“帕斯卡球”实验，帕斯卡球是一个壁上有许多小孔的空心球，球上连接一个圆筒，筒里有可以移动的活塞 液体压强 试验把水灌进球和筒里，向里压活塞，水便从各个小孔里喷射出来了，成了一支“多孔水枪” 帕斯卡球的实验证明，液体能够把它所受到的压强向各个方向传递通过观察发现每个孔喷出去水的距离差不多，这说明，每个孔所受到的压强都相同 帕斯卡通过“帕斯卡球”实验，得出著名的帕斯卡定律：加在密闭液体任一部分的压强，必然按其原来的大小，由液体向各个方向传递 （二）液体压强（帕斯卡定律）的原理 我们知道，物体受到力的作用产生压力，而只要某物体对另一物体表面有压力，就存在压强，同理，水由于受到重力作用对容器底部有压力，因此水对容器底部存在压强。液体具有流动性，对容器壁有压力，因此液体对容器壁也存在压强。 在初中阶段，液体压强原理可表述为：“液体内部向各个方向都有压强，压强随液体深度的增加而增大，同种液体在同一深度的各处，各个方向的压强大小相等；不同的液体，在同一深度产生的压强大小与液体的密度有关，密度越大，液体的压强越大。” （三）液体内部压强： 一、同种液体 1向各个方向都有压强 2同一深度处，压强一致 3深度越深，压强越大 二、不同液体 同一深度，密度越大，压强越大 公式：p=gh 式中g=9.8N/kg 或g=10N/kg,h的单位是m,的单位是kg/m3,压强p的单位是Pa.。 如果题中没有明确提出g等于几，应用g=9.8N/kg，再就是题后边基本上都有括号，括号的内容就是g和的值。 公式推导： 压强公式均可由基础公式：p=F/S推导 p=F/S=G/S=mg/S=Vg/S=Shg/S=hg=ghF=液gh,h是深度。 由于液体内部同一深度处向各个方向的压强都相等，所以我们只要算出液体竖直向下的压强，也就同时知道了在这一深度处液体向各个方向的压强。这个公式定量地给出了液体内部压强地规律。 深度是指点到自由液面的距离，液体的压强只与深度和液体的密度有关，与液体的质量无关。 （四）什么是液体压强 1液体压强产生的原因是由于液体受重力的作用。若液体在失重的情况下，将无压强可言。 2由于液体具有流动性，它所产生的压强具有如下几个特点 (1)液体除了对容器底部产生压强外，还对“限制”它流动的侧壁产生压强。固体则只对其支承面产生压强，方向总是与支承面垂直。 连通器内液体不流动时各容器中液面高度相同(2)在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。 (3)计算液体压强的公式是P=gh。可见，液体压强的大小只取决于液体的种类(即密度)和深度h，而和液体的质量、体积没有直接的关系。 (4)密闭容器内的液体能把它受到的压强按原来的大小向各个方向传递。 3容器底部受到液体的压力跟液体的重力不一定相等。容器底部受到液体的压力F=PS=ghS,其中“h、S”底面积为S，高度为h的液柱的体积，“ghS”是这一液柱的重力。因为液体有可能倾斜放置。所以，容器底部受到的压力其大小可能等于，也可能大于或小于液体本身的重力。 （五）液U形管压强计体压强的测量 液体压强的测量的仪器叫U形管压强计，利用液体压强公式P=phg，h为两液面的高度差，计算液面差产生的压强就等于液体内部压强 编辑本段大气压强大气压的存在【例1】用吸管吸饮料 【例2】吸盘贴在光滑的墙壁上不脱落 产生原因空气受到重力作用，而且空气具有流动性，因此空气内部向各个方向都有压强，这个压强就叫大气压强。 大气压的证明与测定1 马德堡半球实验： 有力地证明了：大气压的存在大气压很大。 2 托里拆利实验：在长约1m，一段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 大气压强开手指，管内水银下降到一定程度时就不再下降，这时管内外水银高度差约为760mm，把玻璃管倾斜，则水银柱的长度变长，但水银柱的高度，即玻璃管内外水银面的高度差不变。测量结果表明这个高度是由当时的大气压的大小和水银的密度所共同决定的，与玻璃管的粗细、形状、长度(足够长的玻璃管)无关。标准大气压(standard atmospheric pressure)的符号为1atm(非法定单位)，1atm*约为1.01310的5次方Pa。 影响大气压强的因素温度：温度越高，空气分子运动的越强烈，压强越大. 压强装置密度：密度越大，表示单位体积内空气质量越大，压强越大. 海拔高度：海拔高度越高，空气越稀薄，大气压强就越小。 P表示压强、V表示气体体积、n表示物质的量、T表示绝对温度、R表示气体常数。所有气体R值均相同。如果压强、温度和体积都采用国际单位（SI），R=8.314帕米3/摩尔K。如果压强为大气压，体积为升，则R=0.0814大气压升/摩尔K。R 为常数 已知标准状况下，1mol理想气体的体积约为22.4L 把p=101325Pa,T=273.15K,n=1mol,V=22.4L代进去 得到R约为8314 帕升/摩尔K 玻尔兹曼常数的定义就是k=R/NA 因为n=m/M、=m/v（n物质的量，m物质的质量，M物质的摩尔质量，数值上等于物质的分子量，气态物质的密度），所以克拉伯龙方程式也可写成以下两种形式： pv=mRT/M和pM=RT 以A、