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文档简介
第十六讲液体压强(预习篇)(解析版)
目录
新知导航:熟悉课程内容、掌握知识脉络
基础知识:知识点全面梳理,掌握必备
小试牛刀:基础题+中等难度题,合理应用
一、液体压强的特点
1.液体内部有压强
如图所示,在一个两端开口的玻璃管底端扎好橡皮膜,或在侧壁有开口的玻璃圆筒上扎好橡皮膜,分
别逐渐加水并观察现象。
【探究归纳】
(1)液体由于受到重力作用,因此对支撑它的容器底部有压强;
(2)液体由于具有流动性,因此对阻碍它流动的容器侧壁有压强;
(3)液体由于流动而在内部互相挤压,因此液体内部向各个方向都有压强。
2.U形管压强计
(1)作用:测量液体内部压强。
(2)构造:主要由U形管、橡皮管、探头(由空金属盒蒙上橡皮膜制成)三部分组成(如图所示)。
薄松皮膜
U形被璃管
(3)工作原理:当将压强计的探头放入液体内部时,探头上的橡皮膜受到液体压强的作用会发生形
变,使U形管两侧液面产生高度差。两侧液面的高度差越大,表明探头处橡皮膜受到的压强越大。
★特别提醒
U形管左右两侧液面的高度差,只能反映液体内部压强的相对大小,压强计的示数不等于液体内部压强的大小。
3.实验探究:液体内部压强的大小可能与哪些因素有关
图示控制变量现象分析结论
囿U形管两侧液面的高度差不液体内部向各个方向
锄而、I控制探头的深度、液
变,即液体内部压强不变,都有压强,同种液体
体的密度相同,改变
说明液体内部压强与方向无在同一深度向各个方
压强计探头的方向
ABC1关向的压强都相等
U形管两侧液面的高度差变
控制液体的密度、探
大,即液体内部压强变大。
头的方向相同,增大同种液体内部的压强
由于液体的密度、探头的方
探头在液体中的深随深度的增加而增大
向都是相同的,所以压强变
度
大是深度增加引起的
U形管两侧液面的高度差变
的窗液体在同一深度产生
1Y4控制探头的方向、在大,即液体内部压强变大。
(\的压强大小与液体的
1液体中的深度相同,由于深度、探头的方向都是
11密度有关,密度越大,
J
LL水\圜4增大液体的密度相同的,所以压强变大是液
£液体内部的压强越大
FG体密度变大引起的
【探究归纳】
液体内部压强的特点:
(1)液体内部向各个方向都有压强,在同种液体的同一深度,向各个方向的压强都相等;
(2)同种液体内部的压强随深度的增大而增大;
(3)液体内部压强的大小还跟液体密度有关,在深度相同时,液体的密度越大,压强越大。
★特别提醒
实验前应检查U形管压强计是否漏气,常用方法是用手轻轻按压橡皮膜,看压强计U形管两侧液面的高度差是否发
生变化。如果发生变化,说明不漏气;如果无变化或变化不明显,说明漏气。
★方法技巧
实验中科学探究方法的应用
1.转换法:研究内部压强的规律时,通过压强计中U形管两侧液面的高度差来反映液体压强的大小。
2.控制变量法:(1)控制探头的深度、液体的密度相同,改变压强计探头的方向;(2)控制液体的密度、探头的方
向相同,改变探头的深度;(3)控制探头在液体中的深度、方向相同,改变液体的密度。
二、液体压强的大小
1.液体压强公式的推导
计算液面下深度为h处液体的压强时,可以设想在液面下深度为h处有一个水平放置的“平面”,计算
这个平面上方的液柱对这个平面的压强。
设平面的面积为S,如图所示:
(1)液柱的体积:V=Sh,
(2)液柱的质量:m=pV=pSh;
(3)液柱对水平面的压力:F=G=mg=pShg;
(4)水平面受到的液柱的压强:p=-=^=pg/zo
SS
因此,液面下深度为h处液体的压强为p=pgh。由于液体内部同一深度向各方向的压强都相等,所以
我们只要算出液体竖直向下的压强,也就知道了这一深度处液体向各个方向的压强。
2.液体压强公式
(1)公式:p=pgh
(2)公式中各字母表示的物理量和单位
字母物理量单位
P压强Pa
P液体的密度kg/m3
g常量N/kg
h液体的深度m
应用公式p=pgh时,各个物理量的单位都应统一为国际单位制中的单位。p的单位用kg/nP,h的单位
用m,计算出的压强p的单位才是Pa。
3.液体压强公式的四点理解
(1)由公式p=pgh可知,在g值不变的情况下,液体压强只与液体密度和深度有关,与质量、体积
无关。
(2)液体深度是指液体中被研究的点到液体自由液面的竖直距离。如图所示,A、B、C、D、E各点
的深度分别为:
(3)公式p=pgh适用于静止、均一的液体,不适用于流动的液体。
(4)均质、实心、竖直的柱状固体(如长方体、正方体、圆柱体、棱柱体等)对水平面的压强p=p固
gh是求固体压强的一种特殊情况,而液体压强公式p=pgh适用于计算任何静止、均一的液体产生的压强。
【归纳总结】公式p=£与p=pgh的区别与联系
S
F
压强公式夕液体压强公式p=pgh
适用范围适用于所有情况下压强的计算用来计算液体的压强
区别
决定因素压力和受力面积g值不变时,取决于液体的密度和深度
液体压强公式p=pgh是通过公式?=£结合液体的特点推导出来的,是压强定义式特殊形式
联系
S
4.液体对容器底的压力与液体自身重力的关系
容器的形状是多种多样的,但可以归纳为如图所示三种基本类型。在求液体对容器底部的压力或压强
时,我们可以根据需要,灵活运用相应公式进行计算。
容器类型容器底部受到液体压力的定性分析容器底部受到液体压力的定量分析
由于液体所受重力的方向是竖直向下的,可以认为液体对容器底部的压力:F压
柱状容器中液体重力全部作用在容器底部,所以F=pS=pghS=pgV柱,即F压二G液(V柱指液
1d=压二G液柱的体积)
在口大底小的敞口容器中,柱状线外部一部分液体液体对容器底的压力:Fs
r的重力作用在斜面的侧壁上,液体对容器底的压力=pS=pghS=pgVa=G和,Fa=G«<G*,
j只等于以其底面积大小形成的柱状的重力,所以F即FK<G*,(V槎、Gti指以容器底面
F<
G压vG液积大小形成的液柱的体积和重力)
口小底大的缩口容器中,侧壁会受到液体垂直侧面
斜向上的压力,因为物体间力的作用是相互的,所液体对容器底的压力:F压
以侧壁不但不起支持液体的作用,反而给液体施加=pS=pghS=pgV柱=G柱,F压二G柱,G液,
L了一个斜向下的压力,于是容器底部不但要承受液即FQG液,(V柱、G柱指以容器底面
1F>体的重力,而且还要承受侧壁对液体施加的向下的积大小形成的液柱的体积和重力)
压力,所以
三、连通器
1.连通器:上端开口、下端连通的容器叫做连通器。
2.连通器的特点:连通器里装入同种液体,当液体不流动时,连通器各部分中的液面高度总是相同的,
如图所示。
★特别提醒
连通器各部分中的液面高度相同时的条件:一、连通器中的液体是同种液体;二、液面静止。
3.连通器内液面相平的原因:如图所示,当连通器内的液体静止时,设想在连通器底部连通的部分有
一个小液片ABo
液体静止,液片处于平衡状态-水平方向液片受力平衡Fi=F2T因p=£相同,故液片两侧压强相等,
S
即pi=p2T因p=pgh,p、g相同,故两侧液柱高度相等,即h左=h右。
4.连通器的应用
下水弯的U形“反水弯”是一锅炉水位计的玻璃管和锅水塔和自来水管构成
茶壶的壶身和壶嘴构成连通器,方
个连通器,阻挡下水道的异炉构成连通器,可显示锅连通器,将水送到千
便倒水
味进入室内炉内的水位家万户
过路涵洞是一个连通器,使水从道路养殖场的自动加水器实质上也是一个
船闸利用连通器原理实现船只通航
一侧流到另一侧连通器,可保持饮水槽内水位不变
一、选择题
1.关于压力、压强,下列说法正确的是()。
A.竖直作用在物体表面上的力叫做压力;
B.压力是由物体重力产生,大小总是等于重力;
C.液体对容器的侧壁有压强,是由于液体具有流动性;
D.液体压强计算公式中的//指待求点在液体中所处的高度
【答案】Co
【解析】A.垂直作用在物体表面上的力叫做压力,故A错误;
B.压力不都是由物体重力产生,大小不一定等于重力,故B错误;
C.液体和气体统称为流体,液体对容器的侧壁有压强,是由于液体具有流动性,故C正确;
D.液体压强计算公式p=0g/7中的指待求点距离液面的深度,故D错误。
故选Co
2.关于连通器的说法正确的是()。
A.连通器是上端封闭,下部相连通的容器;
B.锅炉外面水位计中的液面的高度总是低于锅炉内的水面高度;
C.连通器里的同一种液体不流动时,各容器中的液面会有高度差;
D.三峡船闸利用了连通器的工作原理
【答案】D。
【解析】A.连通器是上端开口,下部相连通的容器,故A错误;
B.锅炉外面水位计中的液面的高度总是与锅炉内的水面高度相同,因为锅炉外面水位计也是连通器,
故B错误;
C.连通器里的同一种液体不流动时,各容器中的液面是相同的,故C错误;
D.三峡船闸利用了连通器的工作原理工作,使上下游和闸室里的水位可以相平,故D正确。
故选D。
3.如图所示,完全相同的甲、乙两个烧杯内装有密度不同的液体,在两烧杯中,距离杯底同一高度
处有A、8两点,已知甲乙液体对杯底的压强相等,则A、B两点的压强pa、PB大小关系为()
AB
•♦
/rrT7////ir>>>>7/
甲乙
A.PA<PBB.PA>PBC.PA—PBD.条件不足,无法判断
【答案】B。
【解析】设两容器中的液体密度分别为〃免〃Z,从图中可知甲烧杯底部液体的深度大于乙烧杯底部
液体的深度,已知甲乙液体对杯底的压强相等,根据p=p液gh可知pv<pz;A、B两点距容器底部的深
度相同,根据p=p液gh可知A点以下部分液体对甲容器底部产生的压强比B点以下部分液体对乙容器底
部产生的压强小,综合可得则A、8两点的压强以、PB大小关系为PA>0B。
故选B。
4.如图所示,甲、乙、丙三个容器中分别盛有水银、盐水、酒精,容器底部受到的液体压强相等,则
甲、乙、丙三个容器中分别装的液体是()。
A.水银、盐水、酒精B.水银、酒精、盐水
C.盐水、水银、酒精D.酒精、盐水、水银
【答案】Bo
【解析】由物理常识可知p水银〉pjtQp酒精,已知它们对容器底部的压强相等,根据公式p=pgh可知,
压强相等时,液体密度越大,液体深度越小,液体密度越小,液体深度越大;
因为酒精密度最小,所以酒精液面最高,故乙是酒精;水银的密度最大,液面最低,故甲是水银;则
丙是盐水。故选:Bo
5.如图为装满液体的封闭容器。设液体对容器底部的压强为口,压力为Fi,容器对桌面的压强为P2,
压力为F2,如果不计容器自重,则()。
A.P1=P2,F1=F2B.P1>P2,F1=F2C.P1<P2,F1=FTD.P1>P2,F1>F2
【答案】Do
【解析】液体对容器底部的压力Fl大于液体的重力G;固体能够大小不变地传递压力,在不计容器自
重时,容器对桌面的压力F2等于液体的重力G,所以FI>F2;
液体对容器底部的压强,容器对桌面的压强为P2=0=£,所以P1>P2.
SS
故选:Do
6.如图所示,两个完全相同的量筒分别盛有质量相等的水和煤油(p水>p煤油),A、B两点到液面的距
离相等,A、C两点到容器底面的距离相等,则有(
A.两个容器底面受到的液体压强不相等B.A、B两点的液体压强相等
C.A点的液体压强大于C点的液体压强D.A点的液体压强小于C点的液体压强
煤油
*B
【答案】Do
【解析】A.两个完全相同的量筒分别盛有质量相等的水和煤油,所以两个容器底面受到的液体压力相
等且等于液体的重力,所以压强相等,故A不符合题意;
B.A、B两点到液面的距离相等即同深度,利用压强计算公式p=pgh可知,由于水的密度大于煤油的
密度,所以,A点的压强大于B点的压强,故B不符合题意;
CD、A、C两点到容器底面的距离相等,煤油的密度小于水的密度,根据公式p=pgh可知,A、C点
以下部分的液体产生的压强是水中的压强大,煤油中的压强小。又因为两只量筒中液体对底面的压强相等,
总压强减去A、C点以下部分的压强就等于A、C点以上部分产生的压强,因此可以得出,A点的压强小
于C点的压强。故C不符合题意,D符合题意。
故选:D。
7.如图所示,质量为16kg,边长为20cm的实心正方体A放在水平面上。一薄壁圆柱形容器B也置
于水平面上,该容器足够高,底面积为200cm2,内盛有6kg的水,则下列说法正确的是()。(g取
1ON/kg,水=1.Ox103kg/m3)
A
B
////z/z/z/z/z/z//////
A.正方体A的密度为4xl03kg/m3;
B.容器B底部受到的水的压强为3xlO4Pa;
C.若沿竖直方向将A切去5cm,则A剩余部分对地面的压强将变小;
D.若沿水平方向将A切去5cm,则A剩余部分对地面的压强等于容器B中水对容器底部的压强
【答案】D。
______16kg______
【解析】A.正方体A的密度幺=食==2xl03kg/m3,故A错误;
0.2mx0.2mx0.2m
B.因为容器B是圆柱形的,所以容器B底部受到的水的压力说=G7k=%kg=6kgxl0N/kg=60N
容器B底部受到的水的压强PB=9200胃4m2=3xl03pa,故B错误;
B
C.因为物体A是实心正方体,所以满足对地面的压强PA=Ag丸
若沿竖直方向将A切去5cm,A剩余部分幺和〃均未改变,所以A剩余部分对地面的压强将不变,
故C错误;
D.若沿水平方向将A切去5cm,A剩余部分对地面的压强
333
PA=Pzgh=2xl0kg/mxlON/kgx(0.2m-0.05m)=3xl0Pa=pB
故D正确。故选D。
8.(多选)底面积不同的薄壁圆柱形容器内分别盛有密度不同的液体p甲和p乙,里面放入相同的金属
球,如图所示,此时甲液体对容器底部的压强等于乙液体对容器底部的压强,则下列判断正确的是()。
A.甲液体的密度小于乙液体的密度;
B.甲液体对容器底部的压力等于乙液体对容器底部的压力;
C.再将两金属球从液体中小心取出后,甲液体液面下降的高度小于乙液面下降的高度;
D.再将两金属球从液体中小心取出后,甲液体对容器底部的压强大于乙液体对容器底部的压强
【答案】ACD„
【解析】(1)由图可知,甲液体的深度大于乙液体的深度,
因甲液体对容器底部的压强等于乙液体对容器底部的压强,
所以,由p=pgh的变形式密度p=p/Sh可知,甲液体的密度小于乙液体的密度,故A正确;
由图可知,甲容器的底面积大于乙容器的底面积,
由p=F/S的变形式F=pS可知,甲液体对容器底部的压力大于乙液体对容器底部的压力,故B错误;
(2)再将两金属球从液体中小心取出后,液体减少的体积相同,由V=Sh的变形式可知h=V/S可知,甲
液体液面下降的高度小于乙液面下降的高度,故C正确;
由p=pgh可知,乙液体的密度较大,下降的深度较大,减小的压强较大,则甲液体对容器底部的压强
大于乙液体对容器底部的压强,故D正确。故选:ACD。
二、填空题
9.我国举世瞩目的三峡大坝全线建成,拦河坝之所以修成“上窄下宽”的形状,是因为,水对坝
体有压强是因为水具有,三峡大坝船闸是______在实际中的具体应用,它能让大型轮船在上下游之
间顺利往返航行。
【答案】液体压强随深度的增加而增大;流动性和重力;连通器。
【解析】[1]拦河大坝之所以修成“上窄下宽”的形状,是因为水的压强随深度增加而增大。
[2]因为水具有流动性,且具有重力,所以水对坝体有压强。
[2]两端开口,底部连通的容器叫做连通器,三峡大坝的船闸是连通器在实际中的具体运用。
10.一个空的塑料药瓶,瓶口扎上橡皮膜,竖直地浸入水中,一次瓶口朝上,一次瓶口朝下,这两次药
瓶在水里的位置相同,如图所示,两次橡皮膜都向(选填“内侧”或“外侧”)凹,(选填“甲”
或“乙”)凹进去的更多。
甲乙
【答案】内侧;乙。
【解析】[1]因为液体内部向各个方向都有压强,所以两次橡皮膜都向内侧凹。
⑵橡皮膜朝下时,浸入水的深度大,根据可知,瓶口朝下比瓶口朝上橡皮膜受到的压强大,乙
凹进得更多。
11.如图所示,质量为0.5kg、底面积为20cm2的茶壶静止在水平桌面上,壶中盛有0.6kg的水,水的
深度为15cm,则水对茶壶底部的压强为Pa,茶壶的壶嘴和壶身中的水面相平,这是因为茶壶的壶
嘴和壶身组成了一个。
【答案】1500;连通器。
【解析】[1]水对茶壶底部的压强
p=p^gh=1.0x103kg/m3xlON/kgx15x102m=1500Pa
[2]水壶的壶嘴和壶身上端开口,底部相连通,构成了一个连通器。
12.液体内部压强的大小由___和来决定,如图所示盛水的容器内有。、b、c三点,在
这三点液体压强分别为Pa、Pb、pc,三者相比较,最大的是o
【答案】液体密度;深度;Pbo
【解析】[1]⑵由。=Og"知道,液体内部压强的大小由液体密度和深度决定。
[3]由图知道,在盛有水的容器中,6距离水面最远,深度最大,由P=0g/J知道,b点压强股最大。
13.在水平桌面上放着一个盛水容器,水面距杯底10cm,水的重力是1.3N,容器重0.5N,容器的底
面积是15cm2,容器的厚度忽略不计(g取10N/kg)求:
(1)水对杯底的压力为No
(2)这个容器可能是0
B.///7//T777/7777/7//7/
锥形瓶烧杯
【答案】1.5;Ao
【解析】(1)[1]水对杯底的压强p=og/xlCPkg/n?xl0N/kgx0.1m=103pa
水对杯底的压力尸=pS=10叩2义15义1。711?=1.5N
(2)[2]因为1.5N>1.3N,所以容器应该为上细下粗,故为A。
14.如图所示,容器中间用隔板分成左右两部分,隔板下部分有一用薄橡皮膜封闭的圆孔。容器左右两
侧分别加入深度不同的水,且左侧水面较低,会看到橡皮膜向左侧凸出,说明液体压强与有关。
若左侧注入的是水,橡皮膜距离水面8cm,右侧注入某种液体,当橡皮膜距离液体液面10cm时,观察到
橡皮膜保持相平,则右侧液体的密度为kg/m3,整个装置_________(选填“是”或“不是”)连通器。
【答案】深度;0.8xlO3;不是。
【解析】口]隔板两侧水的密度相同,深度不同,右侧中水深度大,橡皮膜向左侧凸出,说明右侧水压
强大,说明:同种液体中,液体压强与液体深度有关。
⑵橡皮膜保持相平,则p折p次,p覆gh祈p水gh水
P液=*0水=xlxlO3kg/m3=O.8xlO3kg/m3
[3]整个装置底部是不连通的,所以不是连通器。
三、实验题
(2)实验前,检查实验装置时发现:按压探头的橡皮膜,U形管两边液面高度变化("明
显”或“不明显”),则这套实验装置漏气;
(3)将压强计的探头放进盛水的容器中,探头的橡皮膜受到水的压强会(选填“内凹”或“外
凸”);
(4)比较A、B、D三次实验,改变探头的方向,U形管两液面的高度差____________(选填“变大”、
“不变”或“变小”).
(5)比较两次实验探究,可以初步得出结论:液体的压强随深度的增加而增大;
(6)若发现,当探头在不同液体中的深度相同时,U形管两侧液面的高度差对比不明显,小明做了
一些改进,下面操作不能使U形管两侧液面高度差对比更明显的是o
A.烧杯中换密度更大的液体
B.U形管中换用密度更小的液体
C.将U形管换成更细的
【答案】(1)不属于;(2)不明显;(3)内凹;(4)不变;(5)C、D;(6)Co
【解析】(1)口]连通器是上端开口,下端相连的容器,由图中可知,压强计的一端是封闭的,故压
强计不属于连通器。
(2)[2]若实验装置气密性良好,则按压探头的橡皮膜,U形管两边液面高度变化明显,而按压探头
的橡皮膜,U形管两边液面高度变化不明显,则说明实验装置漏气。
(3)[3]将探头放进盛水的容器中,橡皮膜受到水的压强大于橡皮膜内部的压强,故橡皮膜会向内凹。
(4)[4]由A、B、D三次实验可知,改变探头的方向,U形管两侧液面的高度差不变,故可知在液体
内部同一深度处,向各个方向的压强均相等。
(5)[5]要探究液体的压强与深度的关系,应控制液体的密度不变,故应比较C、D两次实验,由图
中可知,探头深度越大,U形管两侧液面高度差越大,故可得液体的压强随深度的增加而增大。
(6)[6]A.由可得,当探头的深度相同时,烧杯中的液体密度越大,压强越大,则
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