初中物理压强知识点

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 1 定义或解释 物理学中把垂直作用在物体表面上的力叫做压力 标准大气压为 1 013x10 5 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 3 公式 p F S 压强 压力 受力面积 p 压强 帕斯卡 单位 帕斯卡 符号 Pa F 压力 牛顿 单位 牛顿 符号 N S 受力面积 平方米 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 4 说明 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 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 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 跟支持面面积大小无关 压强是物体单位面积受到的压力 压力 压强的单位是有区别的 压力的单位是牛顿 踉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 压强的作用效果越明显 此时压强与压力成正比 2 当压力一定时 受力面积越小 压强的作用效果越明显 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 两张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 g 9 8N kg 通常情况下可取 g 10N kg 有时也取 10N kg 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 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 液 F S G S mg S 液 Vg S 液 Shg S 液 hg 液 gh F 液 gv 排 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 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 大气压强 1 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 2 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 3 马德堡半球实验 有力地证明了 大气压的存在 大气压很大 4 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 5 标准大气压 standard atmospheric pressure 符号为 1atm 非法定单位 1atm 约为 1 013 10 的 5 次方 Pa 6 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 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 PV nRT 克拉伯龙方程式通常用下式表示 PV nRT 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 理想气体状态方程 pV nRT 已知标准状况下 1mol 理想气体的体积约为 22 4L 把 p Pa 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 B 两种气体来进行讨论 1 在相同 T P V 时 根据 式 nA nB 即阿佛加德罗定律 摩尔质量之比 分子量之比 密度之比 相对密度 若 mA mB 则 MA MB 2 在相同 T P 时 体积之比 摩尔质量的反比 两气体的物质的量之比 摩尔质量的反比 物质的量之比 气体密度的反比 两气体的体积之比 气体密度的反比 3 在相同 T V 时 摩尔质量的反比 两气体的压强之比 气体分子量的反比 阿佛加德罗定律推论 一 阿佛加德罗定律推论 我们可以利用阿佛加德罗定律以及物质的量与分子数目 摩尔质量之间的关系得到以下 有用的推论 1 同温同压时 V1 V2 n1 n2 N1 N2 1 2 M1 M2 同质量时 V1 V2 M2 M1 2 同温同体积时 p1 p2 n1 n2 N1 N2 同质量时 p1 p2 M2 M1 3 同温同压同体积时 1 2 M1 M2 m1 m2 具体的推导过程请大家自己推导一下 以帮助记忆 推理过程简述如下 1 同温同压下 体积相同的气体就含有相同数目的分子 因此可知 在同温同压下 气体体积与分子数目成正比 也就是与它们的物质的量成正比 即对任意气体都有 V kn 因此有 V1 V2 n1 n2 N1 N2 再根据 n m M 就有式 若这时气体质量再相同就 有式 了 2 从阿佛加德罗定律可知 温度 体积 气体分子数目都相同