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初中物理人教版八年级下册第九章 压强9.1 压强精品课时作业
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大气压强
一、大气压强的存在
1.产生原因:地球周围被厚厚的气体包围着,包围地球的空气层叫大气层,大气层的气体与固体、液体一样也受重力作用,且具有流动性,所以空气内部向各个方向都有压强,这就产生了大气压强。
2.定义:由于空气能流动,因而空气内部向各个方向都有压强,大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强,简称大气压或气压。
3.证明其存在的例子:马德堡半球实验、钢笔吸墨水、覆杯实验、瓶口吞鸡蛋、吸管吸饮料、瓷砖上的吸盘等等。
二、托里拆利实验
1.托里拆利实验的步骤
(1)拿一根大约l m长的一端封闭的玻璃管,在管内灌满水银;
(2)用食指堵住开口的一端,把管竖直倒立在水银槽里,放开食指,管内水银面就下降;
(3)管内水银面不再下降,用刻度尺测出水银柱的竖直高度,这个水银柱产生的压强就等于大气压。
2.托里拆利实验注意事项
①如果管倾斜,水银柱的长度变长,但竖直高度不变;
②改变管的粗细,管内水银柱竖直高度不变;
③管内混入了空气,水银柱竖直高度减小。
3.托里拆利实验,选用水银而不选用其他液体的原因
因为水银是常温下密度最大的液体,如果换用其他液体,则在同样情况下,所用的玻璃管就必须很长,如果用水来做这个实验,则须大约10米高的水柱才能产生如此大的压强。
4.标准大气压
1标准大气压=1.013×105 Pa=760 mmHg,粗略计算时,可取p0=105 Pa。
三、大气压的变化和测量
1.大气压强变化的规律
(1)特点:空气内部向各个方向都有压强,且空气中某点向各个方向的大气压强都相等;(2)大气压变化规律研究:大气压随高度增加而减小,且大气压的值与地点、天气、季节、的变化有关。一般来说,晴天大气压比阴天高,冬天比夏天高。在海拔3000米以内,每上升10米,大气压大约降低100 Pa。
2.气压计
定义:测定大气压的仪器叫气压计。
分类:水银气压计和无液气压计
说明:若水银气压计斜挂,则测量结果变大。将无液气压计刻度盘上标的刻度改成高度,该无液气压计就成了登山用的登高计。
3.液体的沸点与气压的关系
内容:一切液体的沸点,都是气压减小时降低,气压增大时升高。
应用:高压锅、除糖汁中水分等。
一.选择题(共7小题)
1.如图所示,在标准大气压下,三支试管插入水银槽中都封闭了一部分气体。试管中被封闭的气体压强中最大的是( )
A.甲试管 B.乙试管 C.丙试管 D.无法确定
【分析】根据图所示信息,假设在试管内与水银槽液面相平处有一个可以自由移动的“液片”,利用p=ρgh分析管内气压大小关系。
【解答】解:如图,在标准大气压下,三只试管倒插在水银槽内,都密封了一部分气体,
设大气压强为p0,假设试管中有一自由移动的液片,与水银槽中液面在同一高度处。
则每只试管中水银柱相对于液片的高度分别为h甲、h乙、h丙,
由图知,h甲<h乙<h丙,
由公式p=ρgh知,三段水银柱产生的压强关系为p甲<p乙<p丙;
液片虽然在不同试管中,但其下表面受到的压强都等于大气压强p0;上表面受到的压强为试管内空气与水银柱产生压强之和,并且液片上下表面受到的压强相同,即p0=p水银+p内。
因为p0一定,p甲<p乙<p丙,
所以,试管内空气产生压强关系为p甲′>p乙′>p丙′,即被封闭的气体压强中最大的是甲试管。
故选:A。
【点评】此题考查学生对于大气压和液体压强的理解和掌握;选取一个合适的位置确定假设的“液片”,分析液片受到的压强大小是解题的关键,所以要注意分析图形中提供的信息。
2.如图所示是物理教材中的演示实验或示例图片,用来说明大气压强存在的是( )
A.活塞式抽水机 B.茶壶
C.锅炉水位计 D.三峡船闸
【分析】大气压强是由于空气具有重力和流动性而产生的,例如吸盘、抽水机、瓶吞鸡蛋、马德堡半球实验等。
【解答】解:
A、活塞式抽水机是通过活塞上移使抽水机内水面上方的气压减小,水在外界大气压的作用下,被压上来,说明了大气压是存在的,故A正确;
B、茶壶的壶嘴和壶身下部是相通的,构成了连通器,不能说明大气压存在,故B错误;
C、锅炉水位计是利用连通器的原理制成的,不能说明大气压存在,故C错误;
D、船闸在工作时,闸室分别与上游和下游构成连通器,不能说明大气压存在,故D错误。
故选:A。
【点评】大气压在现实生活中的存在和应用特别广泛,生活中要注意观察,此题属于生活常识。
3.下列涉及压强知识说法错误的是( )
A.海绵块的形变显示了压力作用效果
B.微小压强计可以研究液体压强
C.托里拆利实验可以测出大气压强值
D.鸡自动喂水装置是连通器
【分析】(1)在探究压力的作用效果时,通过海绵的凹陷程度来表现压力作用效果,这叫做转换法;
(2)压强计的工作原理是;橡皮膜受到压力时,U形管内两边液面出现高度差,两边高度差表示压强的大小,压强越大,液面高度差也越大;
(3)托里拆利实验最早测出了大气压的值;
(4)连通器的结构特征是上端开口、底部连通,判断是不是连通器要根据这两个特征。
【解答】解:A、在压力作用下,海绵发生形变,故我们可以通过观察实验时海绵的凹陷程度来显示压力的作用效果。故A正确;
B、压强计的工作原理是;橡皮膜受到压强时,U形管内两边液面出现高度差,两侧液面高度差反映了探头受到的压强大小,采用的是转换法;液体压强越大,两侧液面高度差也越大。故用微小压强计可以研究液体压强。故B正确;
C、托里拆利最早精确地测出了大气压的值,故C正确;
D、鸡自动喂水装置上端不开口,下端连通,不构成连通器,故D错误。
故选:D。
【点评】此题涉及到压力的作用效果,探究液体压强的特点实验,连通器原理,大气压的测量方法等多个知识点,是一道综合性较强的题目。
4.沈清同学利用托里拆利实验测量大气压强的值,如图所示,以下判断正确的是( )
A.此时大气压强等于760 mm高水银柱所产生的压强
B.若将玻璃管稍稍倾斜,则管内外水银面的高度差将增大
C.若把此装置从100层楼首层乘电梯带到顶层,则管内外水银面的高度差将增大
D.若换用密度比水银小的液体做实验,则大气压能支持液柱的高度会增大
【分析】(1)在托里拆利实验中,玻璃管内外水银面的高度差反映了大气压强的大小;玻璃管内水银柱产生的压强等于大气压强,p大气=p水银=ρ水银gh。
(2)气压跟海拔有关,海拔越高,气压越低。
【解答】解:
A、读图可知,玻璃管内水银面到水银槽中水银面的垂直高度为750mm,因此,当时的大气压强等于750mm高水银柱产生的压强,故A错误;
B、若将玻璃管稍稍倾斜,但不能改变大气压的大小,又不能改变水银柱的压强,故管内外水银面的高度差将不变,故B错误;
C、若把此装置从100层楼首层乘电梯带到顶层,由于气压跟海拔有关,海拔越高,气压越低,则顶层大气压小,能支持的水银柱高度也就变小,管内外水银面的高度差将变小,故C错误;
D、玻璃管的长度至少为h=,由于大气压不变,若换用密度比水银小的液体做实验,则大气压能支撑的水柱高度会增大,故D正确。
故选:D。
【点评】托里拆利实验能测出大气压的值,是利用管内水银柱产生的压强等于大气压强,即p大气=p水银=ρ水银gh.此问题的关键是要明确水银柱的高度是指玻璃管内水银面到水银槽中水银面的垂直高度。
5.下列不是利用大气压工作的是( )
①用高压锅煮饭②按自来水笔的笔胆能吸到墨水③活塞式抽水机抽水④用吸盘吸在墙壁上挂物体⑤用气筒给自行车内胎打气⑥将注射器针管中的药液注入人体内⑦用吸管可是把杯中的果汁吸到口中⑧用胶头滴管吸取化学试剂
A.①⑤⑥ B.②③⑧ C.④⑤⑥ D.⑥⑦⑧
【分析】大气压的应用大多是利用内外的气压差,所以要判断是否是大气压的应用,要注意有没有形成这个“气压差”。
【解答】解:①用高压锅煮饭,是利用了锅内气压升高,水的沸点升高的原理,不是利用大气压来工作。
②吸墨水时,先把笔囊上的弹簧片接下,把里面的空气排出,再把笔囊上的弹簧片松开,此时管内的气压小于管外的大气压强,墨水就在外界大气压的作用下被压进笔囊里了水。
③抽水机抽水,通过活塞上移或叶轮转动使抽水机内水面上方的气压减小,水在外界大气压的作用下,被压上来,利用了大气压。
④一压吸盘,排出了吸盘内的空气,当吸盘要恢复原状时,内部气压小于外界大气压,外界大气压将吸盘紧紧地压在墙面上。利用了大气压。
⑤用气筒给自行车内胎打气,气体在气筒活塞的作用下被压入自行车车胎内部,与大气压无关。
⑥注射时,医生用力将针筒内的药水推入病人肌肉中,不是大气压的作用。
⑦当用口吸吸管时,口内气压减小,小于外界大气压,大气压压着汽水进入口中。
⑧用胶头滴管吸取化学试剂,要先把滴管内的空气挤出,在外界大气压的作用下,化学试剂就被压进滴管里。
综上分析可知,不是利用大气压工作的是①⑤⑥。
故选:A。
【点评】本题考查了学生对大气压的应用的了解与掌握,利用大气压的生活例子是很多的,学习时,多举例、多解释,分析时不要说成“被吸上来”,而是“被外界的大气压压上来”。
20.下列利用大气压工作的是( )
A.液位计 B.水果刀 C.吸尘器 D.密度计
【分析】大气压的存在能够解释很多现象,这些现象有一个共性:通过某种方法,使设备的内部气压小于外界大气压,在外界大气压的作用下出现了这种现象。
【解答】解:A、液位计是底部相通,上端开口,利用连通器的原理制成的,故A不符合题意;
B、水果刀的刀刃锋利是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,故B不符合题意。
C、用吸尘器“吸”灰尘时,吸尘器内空气流速大压强小,吸尘器外空气流速小压强大,在压强差的作用下灰尘被“吸”入吸尘器中的,故C符合题意。
D、密度计是利用了物体的漂浮条件和阿基米德原理工作的,与大气压无关,故D不符合题意。
故选:C。
【点评】此题考查的是大气压在生活中的应用,这就要求我们平时要多观察、多思考。
6.图甲是托里拆利实验装置,图乙是一个“自制气压计”(用插有细管的橡皮塞塞住装有水的瓶子口,下管口没入水中,通过上管口向瓶内吹气,水沿管上升到p点)。P点与瓶内水面Q高度差为h3,下列说法不正确的是( )
A.甲图中的托里拆利实验装置测出当地的大气压是ρ水银gh1
B.甲图中的托里拆利实验中真空部分如有空气,测量值将偏小
C.乙图中的自制气压计测出当地当时的大气压ρ水gh3
D.同时带着两装置登山,会发现h1会变小,h3会增大
【分析】(1)在托里拆利实验中,水银柱的高度差应是玻璃管内水银面与水银糟中水银面之间的垂直高度,这一高度反映了大气压的大小;大气压与高度有关,随高度的增加而减小;
(2)自制气压计中水柱的位置同样可以显示大气压的大小,外界大气压越大,水柱越低,相反,外界大气压越小,水柱越高。
【解答】解:A、甲图中,水银柱高为h1,根据液体压强的公式可知,甲图的托里拆利实验装置测出当地的大气压是p=ρ水银gh1,故A正确;
B、甲图中的托里拆利实验中真空部分如有空气,会使水银柱变低,因此测量值将偏小,故B正确;
C、乙图中的自制气压计可粗略反映外界大气压的变化,却无法测出当地当时的大气压值,故C错误;
D、同时带着两装置登山,随着高度的增加,外界气压变小,甲装置中h1变小;而乙装置中,外界气压变小,瓶内空气压着水柱上升,所以h3增大,故D正确。
故选:C。
【点评】本题考查了对托里拆利实验的认识,以及对自制气压计的了解。利用身边的器材做成气压计,探究大气压的变化、培养学生学以致用的能力。
二.填空题(共4小题)
7.如图所示,关闭阀门K2、K3,打开阀门K1,在管末端上的大功率抽气系统能瞬间把PVC硬水管中的气体全部抽走,若两个水槽很大并且装的水足够多,这时的大气压强为9.8×104Pa,水的密度是1×103kg/m3,g=10N/kg。
(1)如果只打开阀门K1、K2,请求出当PVC硬水管中液面静止后,PVC硬水管液面与水槽1液面的高度差是多少m? 9.8 请写出计算过程要用到的公式 h= 。
(2)然后关闭阀门K2,打开阀门K3,PVC水管中的液面将上升,下降,还是不变? 上升 。
(3)请求出当时的大气压强作用在0.01m2面积的大气压力为多少N? 980 。请写出计算过程需要用到的公式 F=pS 。
【分析】1、管内真空时,管内外的液面的高度差与外面大气压相等,利用液体压强计算公式p=ρgh变形公式h=求解。
2、虽然两个水槽液面的高度不同,但两次管内外的液面高度差不变,所以管内液面会变化。
2、根据压强变形公式F=pS求解即可。
【解答】解:(1)PVC硬水管组成的三通管内气体全部抽走即为真空,如果只打开阀门K1、K2,待管内水面静止后,水柱的高度为h1,即当时的大气压强能支持h1高的水柱,由此可知,h1水柱产生的压强与当时的大气压相当。
根据液体压强计算公式p=ρgh1,h1===9.8m;PVC管内液面比水槽1内液面高h1=9.8m;
(2)然后关闭阀门K2,打开阀门K3,PVC硬水管内液面上方真空,待管内水面静止后,水柱的高度为h2,即当时的大气压强能支持h2高的水柱,由此可知,h2水柱产生的压强与当时的大气压相当。
根据液体压强计算公式p=ρgh2,h2===9.8m;PVC管内液面比水槽2内液面高h2=9.8m;
所以h2=h1;由图可知水槽2液面比水槽1液面高h=4m,所以关闭阀门K2,打开阀门K3,管内液面会上升h=4m;
(3)受力面积S=0.01m2,根据压强公式p=得,F=pS=9.8×104Pa×0.01m2=980N。
故答案为:(1)9.8;h=;(2)上升;(3)980;F=pS。
【点评】此题主要考查大气压的测量方法,此外解答此题的关键还要明确水柱的高度是指玻璃管内水面到水槽中水面的垂直高度。
8.小明用2mL的注射器、量程为0~10N的弹簧测力计和刻度尺粗略测量大气压的值。
步骤一:把注射器的活塞推至注射器筒的底端,然后用橡皮帽封住注射器的小孔。
步骤二:如图所示安装好器材,水平向右缓慢拉动注射器筒,当注射器中的活塞 开始运动 时,记下弹簧测力计的示数为5.2N。
步骤三:用刻度尺测出注射器 有刻度部分的 长度为4.00cm。
步骤四:算出大气压强值为 1.04×105 Pa。
【分析】(1)根据二力平衡的条件和p=测量大气压;
(2)当活塞刚刚拉动时,弹簧测力计的拉力与大气对活塞的压力是一对平衡力;
(3)用刻度尺测出注射器有刻度部分的长度;
(4)根据公式p===将测得的压力和面积代入公式即可算出压强的大小。
【解答】解:本实验的原理是二力平衡和p=;
由于注射器活塞颈部用绳与弹簧测力计的挂钩相连,应水平向右慢慢拉动注射器筒,这样相当于水平向右拉动弹簧测力计的挂钩;当注射器中的活塞开始运动时,说明此时拉力等于大气对活塞的压力。故记下的弹簧测力计示数,就是大气对活塞的压力F=5.2N;
注射器全部刻度的长度为L=4.00cm,有刻度部分的容积为V=2ml,注射器活塞的横截面积为S=,
此时大气压的数值p=====1.04×105Pa。
故答案为:开始运动;有刻度部分的;1.04×105。
【点评】本题属于实验探究题,实验探究题一般对学生的要求都较高,要求学生熟练掌握课本上所学的相关知识。
9.意大利科学家 托里拆利 首先测定了大气压强的数值,1个标准大气压为 1.013×105 Pa。
小明自制了一个如图所示的气压计,他托着气压计从一楼开始上楼,每上一层观察一次管内水面与瓶口的高度差,同学小华将数据记录成如下表格
楼层
1
2
3
4
5
6
7
高度差(cm)
5.2
5.5
5.8
6.1
6.4
6.7
7.0
(1)根据表中数据可以推测出:在一楼至七楼的过程中,随距地面的高度增大,大气压将 减小 。(选填“增大”、“不变”或“减小”)
(2)请分析该气压计的工作原理:瓶内封闭气体的压强等于 大气压 与管内外液柱高度差产生的压强之 和 (选填“和”、“差”或“积”)。
(3)从一楼到七楼的过程中,水对瓶底的压强逐渐变 大 。
【分析】马德堡半球实验和托里拆利实验都是与大气压强有关的著名实验,但他们的意义和结果却有着较大的区别,一个重在验证大气压的存在,一个重在测量大气压值;
1标准大气压所能支持的水银柱的高便是在托里拆利实验中测出的大气压值,根据液体压强公式可求出其数值;
(1)大气与高度有关,其大小随高度的增加而减小;
(2)对水柱进行压强分析即可解答;
(3)从一楼到七楼,高度升高,大气压会随高度的增加而减小,瓶内气体压强p不变,而外界大气压变小,所以管内液面会不断升高,根据公式p=ρgh分析水对容器底部压强的变化。
【解答】解:意大利科学家托里拆利,利用一根玻璃管测出了大气压所能支持的水银柱的高度,是760mm;
一个标准大气压的数值为:P=ρgh=13.6×103kg/m3×9.8N/kg×0.76m=1.013×105Pa。
(1)高度增大,大气压将减小;
(2)对水柱进行压强分析,如图所示:
由图知,瓶内外的气压差支撑着水柱,即瓶内封闭气体的压强等于大气压和管内外液柱高度差产生的压强之和;
(3)他托着气压计从一楼到七楼,高度升高,大气压会随高度的增加而减小,瓶内气体压强p不变,而外界大气压变小,所以管内液面会不断升高,h应变大,根据p=ρgh知,从一楼至七楼的过程中水对容器底的压强变大。
故答案为:托里拆利;1.013×105;(1)减小;(2)大气压;和;(3)大。
【点评】本题考查了大气压的测量和数值、气压与高度的关系、液体压强的应用等知识,综合性强,要求学生必须灵活应用所学知识解决实际问题,其解题关键就是要把握住:海拔越高,大气压越小;注意易错点:外界大气压越小,管中水柱越高。
10.如图所示是用两个吸盘压在竖直平滑的墙壁上,可挂毛巾。吸盘能压在墙壁上是因为受到
大气压 的作用,粗心的小马将湿漉漉的毛巾就挂在水平杆上,在 重 力的作用下毛巾上的水滴会往下掉,过一段时间后,保持静止在墙壁上的吸盘所受的摩擦力 减小 (选填“增大”、“减小”、“不变”)。
【分析】(1)吸盘挂钩利用的是大气压。
(2)力是改变物体运动状态的原因。
(3)物体在平衡状态下所受的力为平衡力。
【解答】解:将塑料吸盘中的空气排出,松手后,由于吸盘内的空气减少,内部气压小于外界大气压,所以外界大气压将吸盘能“吸”在墙壁上。
毛巾上的水滴会往下掉是因为受到重力的作用,重力的方向是竖直向下的。
毛巾上的水滴会往下掉,但仍然处于静止状态,受到的重力和摩擦力仍然是一对平衡力,所以过一段时间后,毛巾的重力减小,摩擦力也相应减小。
故答案为:大气压;重;减小。
【点评】此题通过生活中的一个事例考查学生对大气压的应用、重力和摩擦力的理解和掌握,重点考查学生利用所学知识解决实际问题的能力,难度适中,综合性强,是一道好题。
流体压强与流速的关系
一、流体与流体压强
1.流体:物理学中把具有流动性的液体与气体统称为流体,如空气、水等。
2.流体的压强:前面学过的液体的压强与大气压强,它们是流体静止时的压强,流体流动时也有压强,此时的压强叫流体的压强。
3.探究流体压强与流速的关系
(1)对着两张平行放置的纸的中间吹气,使得两张纸中间的气流速度增大,这时两张纸外侧的气流速度相对较小,两张纸会向中间靠扰,这说明纸两侧的空气对纸的压力大于纸中间空气对纸的压力,可见空气流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。
(2)将两只小船放入水盘中,用水管向两船中间冲水,两船向中间靠拢,这说明船两侧的水对船的压力大于船中间的水对船的压力,可见液体流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。
二、飞机的升力
1.飞机的机翼与空气流动速度:飞机的机翼一般做成上凸下平的形状,机翼的形状决定机翼上下表面空气流动的速度,从机翼横截面的形状可知,其上方弯曲,下方近似于直线、飞机飞行时,空气与机翼发生相对运动,由于机翼上方的空气要比下方的空气运行的路程长,所以机翼上方的空气流动比下方要快。
2.升力的产生:从机翼上方流过的空气通过的路程长,速度大,从机翼下方通过的空气通过的路程短、速度慢;于是空气对机翼上表面的压强小,对下表面的压强大,机翼上下表面所受压力差的方向竖直向上,这个压力差就叫“举力”,又叫飞机的“升力”,飞机起飞前要在跑道上加速滑行一段距离,直升飞机起飞前螺旋桨要高速旋转一段时间,两者都是为了获得较大的升力以升上高空。
三、生活中跟流体的压强与流速相关的现象
1.窗外有风吹过,窗帘飘向窗外;过堂风把衣柜吹开;
2.汽车开过后,两侧的尘埃向中间靠拢;路边的树叶向中间靠拢;
3.踢足球时的“香蕉球”;
4.打乒乓球时发出的“旋转球”;
5.厨房排气扇、抽油烟机等。
一.选择题(共4小题)
1.如图甲所示,静止时U形管两侧液面相平、若要出现图乙的情景,下列方法可行的是( )
A.向右管打气 B.向左管抽气
C.沿左管口水平方向吹气 D.沿右管口水平方向吹气
【分析】(1)向左管抽气,向右管打气,存在压强差,据此分析AB选项。
(2)流体的压强跟流速有关,流速越大,压强越小,据此分析CD选项;
【解答】解:在图甲所示,静止时U形管两侧液面相平;
A、向右管打气,右边上方压强小,而左边压强不变,所以在左右两边压强差的作用下,左边液面升高,故A错误;
B、向左管抽气,左边上方压强小,而右边压强不变,所以在左右两边压强差的作用下,左边液面升高,故B错误;
C、若沿左管口水平方向吹气,可减小左管上方的空气压强,可以使气流从U形管左边上方吹过,此时左边上方空气流速大、压强小,而右边压强不变,所以在左右两边压强差的作用下,左边液面升高,故C错误;
D、要使得右管内液面上升,可减小右管上方的空气压强,可以使气流从U形管右边上方吹过,此时右边上方空气流速大、压强小,而左边压强不变,所以在左右两边压强差的作用下,右边液面升高,故D正确。
故选:D。
【点评】此题考查流体压强和流速的关系、大气压的综合应用,解答此题的关键是比较U形管两边压强的大小变化。
2.如图所示的现象中能说明气体的压强跟流速有关的是( )
A.向两片纸之间吹气,纸片合拢
B.吸盘挂钩上挂毛巾,毛巾不掉
C.用吸管喝饮料饮料上升
D.装满水的杯子倒置后水不流出
【分析】流体压强与流速的关系:流体的流速越大、压强越小,流速越小、压强越大。
【解答】解:向两张纸片中间吹气,纸片中间空气流速大,压强变小,纸内外存在压强差,使纸片合拢,故A符合题意;
吸盘挂钩上挂毛巾,毛巾不掉、用吸管喝饮料饮料上升、装满水的杯子倒置后水不流出,这些现象都是大气压的作用,故BCD不符合题意。
故选:A。
【点评】本题考查了学生对流体压强和流速关系、大气压应用的了解和掌握,是一道基础题。
3.下列关于压强的说法正确的是( )
A.马德堡半球实验首次测出了大气压强值
B.拦河坝设计成下宽上窄,利用了液体压强大小随深度增加而减小
C.菜刀的刀刃薄,是通过减小受力面积来减小压强
D.飞机升力是由于机翼上下表面的空气流速不同造成压强差所引起的
【分析】(1)马德堡半球实验首次证明大气压的存在。
(2)液体内部压强随着深度的增加而增大;
(3)压强的大小与压力和受力面积有关;
(4)了解机翼的形状,根据流体压强与流速的关系可做出解答。流体流速越大,压强越小;流速越小,压强越大。
【解答】解:A、马德堡半球实验首次证明大气压的存在,托里拆利实验首次测出了大气压的值。故A错误;
B、拦河坝设计成下宽上窄,利用了液体压强大小随深度增加而增大,故B错误;
C、菜刀的刀刃薄,在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,故C错误;
D、飞机机翼为流线型,即上方为凸型,下方是平的;等质量的空气在相同的时间内同时通过机翼的上表面和下表面,由于上表面弯曲,下表面平直,所以空气通过机翼上表面的流速大,通过下表面的流速较小。因为机翼上方的空气流速大,压强较小;机翼下方的空气流速小,压强大,所以机翼受到一个向上的压强差,飞机受到向上的升力。故D正确;
故选:D。
【点评】此题考查了流体压强和流速的关系、液体内部压强的特点、大气压存在的验证等知识点,是一道综合题。
4.下列关于飞机能腾空而起的说法错误的是( )
A.与飞机机翼的形状有关
B.是由于飞机的发动机产生了向上的推力
C.是由于飞机受到的升力大于飞机的重力
D.是由于在机翼的上、下表面产生的气压不同
【分析】机翼的上方是弧形,空气流过上方时流速大,压强小;机翼下方是平面,空气的流速小,压强大;这一压强差使飞机获得竖直向上的升力。
【解答】解:由于机翼上表面弯曲,下表面平直,同一股气流在相同的时间内,通过机翼的上方和下方,上方气流通过时经过的路程大,速度大,压强小;下方气流通过时经过的路程小,速度小,压强大,故机翼下方压强大于上方压强,机翼的上下表面产生了压力差,这就是向上的升力。因此关于飞机能腾空而起的说法正确的是ACD,错误的是B。
故选:B。
【点评】本题的解题关键是了解机翼的形状特点以及空气流速与压强的关系。难度不大,属于基础题目。
二.填空题(共2小题)
5.图甲中下垂的两张纸,向中间吹气,这两张纸相互靠拢,这实验现象说明气体的压强与 气体流速 有关;乒乓球前进过程中由于不同的旋转方向会沿不同的径迹运动,运动员用三种不同的击球方法把乒乓球击出,请判断,图乙中1、2、3三条径迹哪一种是上旋球(图中沿逆时针方向旋转): 1 ,为什么? 乒乓球在上旋过程中还向左运动,由于乒乓球逆时针转动带动周围空气逆时针转动,乒乓球又向左运动,使乒乓球上方的空气流动速度减小,压强增大,乒乓球下方的空气流动速度增大,压强减小,乒乓球受到向下的压力作用,沿弧线迅速下落 。
【分析】根据流体压强与流速的关系分析解答:流速越大,压强越小;流速越小,压强越大。
【解答】解:
(1)当向中间吹气时,中间的空气流动速度增大,压强减小,纸外侧的压强不变,纸受到向内的压强大于向外的压强,受到向内的压力大于向外的压力,纸在压力差的作用下向中间靠拢,该实验现象说明气体的压强与气体流速有关,气体流速越大的地方压强越小。
(2)如图,由于球的转动,周围空气也随之绕球转动。对于上旋球(轨迹1),由于球的旋转,带动球周围空气逆时针转动,球上方空气随之向左运动,但同时球向左运动,则空气相对于球向右运动,空气相对于球的两种运动作用相抵,球上方的空气流动速度小,压强大;球下方空气随之向右运动,但同时球向左运动,则空气相对于球向右运动,空气和球带动空气的运动方向相同,增大了空气的运动速度,球下方的空气流动速度大,压强小。因此,球受到向下的压力,在空中会沿弧线迅速下落;下旋球则相反。
综上分析可知,1是上旋球,3是下旋球,2是不旋球。
故答案为:
气体流速; 1;乒乓球在上旋过程中还向左运动,由于乒乓球逆时针转动带动周围空气逆时针转动,乒乓球又向左运动,使乒乓球上方的空气流动速度减小,压强增大,乒乓球下方的空气流动速度增大,压强减小,乒乓球受到向下的压力作用,沿弧线迅速下落。
【点评】此题考查流体压强和流速的关系,要求学生熟练掌握流体压强和流速的关系,并能用流体压强和流速的关系解释生活中的现象。
6.如图所示,是飞机机翼升力产生的示意图.机翼上方气流的速度 较大 (选填“较大”或“较小”),对机翼上表面的压强 较小 (选填“较大”或“较小”).这样,机翼上、下表面就存在压强差,因而有压力差,这就是产生升力的原因.
【分析】流体流速越大的位置,压强越小.飞机机翼上面受到的压强小,下面受到的压强大,机翼上下有压强差,出现压力差,形成向上的升力.
【解答】解:飞机在飞行时,迎面而来的空气被分成两部分.在相同时间内.机翼上方的气流通过的路程长,因而速度较大,它对机翼的压强较小;机翼下方气流通过的路程较短,因而速度小,它对机翼的压强较大.这样在机翼的上下表面就存在着向上的压强差,因而有一个竖直向上的压力差,这就是产生升力的原因.
故答案为:较大;较小.
【点评】对于流速和流体压强的问题,一定要明确被研究的物体的两个面的流体流速,用流速来分析流体压强,用压强来分析压力,通过压力差来分析物体受到的作用.
三.实验探究题(共1小题)
7.国产大飞机的问世打破了国外在大飞机领域的技术垄断。航模爱好者小丘查阅资料时发现大飞机起飞时,机翼获得升力的大小与机翼仰角、机翼面积有关(注:机翼仰角为机翼下表面与水平面的夹角,机翼面积指机翼在水平面上投影的面积)。为研究这个问题,她首先用泡沫塑料等材料自制了三个质量相同、形状相同、面积不同的机翼模型,接着按图所示,把圆柱形空心笔杆穿过机翼模型并固定在“机翼”上,将一根光滑金属杆从笔杆中穿过并将其上下固定,确保“机翼”能沿金属杆在竖直方向上移动,再将“机翼”挂在弹簧测力计的下方,并用鼓风机保持一定风速对着“机翼”水平向右吹风。最后又对此装置多次调整并实验,读取吹风前后测力计的示数差如下表。请你解答下列问题:
(1)本实验是利用吹风前后 弹簧测力计示数的变化量 反映“机翼”获得升力的大小;
(2)分析表中数据可知:当其它条件一定时,机翼面积越大,获得的升力 越大 ;
(3)小红认为大飞机机翼仰角越大越有利于起飞,这种说法是否可靠? 不可靠 你判断的依据是 当其它条件一定时,随着机翼仰角的增大,获得的升力先增大后减小 。
275
395
566
0°(水平)
0.3
0.5
0.9
较小
0.5
0.6
1.1
较大
0.6
0.7
1.2
最大
0.4
0.6
0.8
【分析】(1)本实验中,“机翼”获得升力的大小等于吹风前后测力计示数的变化量;
(2)分析表中数据,得出机翼面积与获得的升力的关系;
(3)分析表中数据,根据机翼仰角与获得的升力的关系进行分析,得出相应的结论。
【解答】解:
(1)在上述实验中,“机翼”获得升力的大小等于吹风前后弹簧测力计示数的变化量;
(2)由表中数据可知,当机翼的质量、形状、仰角和风速相同时,机翼面积越大,获得的升力越大;
(3)由表中数据可知,当其它条件一定时,随着机翼仰角的增大,获得的升力先增大后减小,所以小红认为大飞机机翼仰角越大越有利于起飞,这种说法是不可靠。
故答案为:(1)弹簧测力计示数的变化量;(2)越大;(3)不可靠;当其它条件一定时,随着机翼仰角的增大,获得的升力先增大后减小。
【点评】本题考查飞机的升力产生的原因,重点考查学生分析材料和实验数据的能力,学会利用控制变量法分析是解答此题关键,属于难题!
单元复习
第1节 压强
一、压力
(1)压力:在物理学中,把__________作用在物体表面的力叫做压力。
(2)压力的方向:从定义可知压力的方向总是__________于被压物体的表面;
(3)压力的作用点:压力的作用点在__________________上;
(4)压力的大小:压力的大小这个要素则比较复杂,如果一个物体放在水平桌面(或水平地面)上时,这时物体受到的压力就等于______________。
(5)压力与重力的区别:压力绝不等同于重力,这只是从大小方面而言的。
把一个物体放在斜面上,这时物体对斜面的压力的大小与物体的重力有关,但不是相等的关系。如果把一个物体水平压在一个竖直的墙壁上,这时物体对墙壁的压力的大小就是水平的推力,而与物体的重力无关。
二、压强
(1)比较压力作用效果方法,①第一种方法是在压力的大小一定时,可以通过比较_____________的大小来进行;②第二种方法是在受力面积的大小一定时,可以通过比较____________来进行;③如果压力和受力面积都不相同,我们就要通过比较_________来进行了。
(2)定义:在物理学中,物体_______________________________________叫做压强。
通过上面压强的定义我们会发现:压强等于压力除以受力面积。也就是。
(3)物理量符号及公式:物理上用p表示___________,用_______表示压力,用_______表示受力面积。压强公式:p=F/S
(4)压强的单位:在国际单位制中,力的单位是“牛顿”,面积的单位是“米2”,压强的单位是“牛/米2”。它有一个专门名称叫做____________,简称帕,用字母“Pa”来表示。1帕=1牛/米2。
(5)1帕的物理意义:表示每平方米面积上受到的压力是1牛顿。
(6)感受压强:1 Pa的压强很小,相当于把3粒芝麻压成粉,均匀地分布在1 cm2的面积上产生的压强。
三、增大和减小压强的途径与方法
(1)任何物体能够承受的压强都有一定的限度,超过这个限度物体将会被压坏。
(2)要增大压强,一方面可以增大压力,另一方面可以减小受力面积。
(3)要减小压强,一方面可以减小压力,另一方面可以增大受力面积。
垂直 垂直 被压物体的表面 物体的重力 受力面积 压力的大小 压强 所受压力的大小与受力面积之比 压强 F S 帕斯卡
第2节 液体的压强
一、液体压强
1.产生:由于液体受到重力作用。
注意:由于液体具有流动性,因此液体内部朝___________都有压强。
2.特点:
(1)同种液体,深度越大,压强___________;
(2)同一深度的不同液体,密度越大,压强__________;
(3)同种液体的同一深度,朝各个方向的压强___________。
二、液体压强的大小
(1)在液体压强的公式____________中,p表示液体的压强,单位是Pa,表示液体的密度,单位是kg/m3,h表示液体的深度,单位是m,g一般取9.8 N/kg。
(2)从公式中看出:液体的压强只与__________和__________有关,而与液体的质量、体积、重力、容器的底面积、容器的形状均___________。
(3)液体对容器底部的压力一般_________液体的重力,只有柱形容器(圆柱、正方体、长方体)放到水平面上,液体对容器底部的压力才__________液体的重力。
三、连通器
(1)定义:上端开口,下部___________的容器。
(2)特点:连通器里装同种液体,当液体不流动时,连通器各容器中的液面高度____________的。连通器中深度相同的各点压强_________。
(3)应用:茶壶、船闸、锅炉水位计、乳牛自动喂水器等都是根据__________的原理来工作的。
判断是不是连通器时,依据连通器的定义要看两点:一是各容器的底部必须是_________的;二是各容器的上部都是_________的。
各个方向 越大 越大 相等 液体的密度 深度 无关 不等于 等于 相连通 总是相同 相同 连通器 连通 开口
压强:液体由于具有_________和____________,所以在液体的内部有压强,而且液体内部向各个方向都有压强。同样我们所生活的大气层的空气也具有重力和流动性。所以大气压强与液体压强有相同之处。
(2)大气压强实例:很多的实验都证明了大气压强的存在,如小皮碗的实验、覆杯实验、广口瓶吞蛋、铁皮箱实验等等。
(3)第一个证明大气压强存在的实验:是______________实验。
(4)大气压强定义:大气层对浸在它里面的物体的压强叫大气压强,简称大气压或气压。地球周周的万物无不在大气层之中,它们都受到大气压强。
二、大气压强的大小
(1)第一个测量出大气压强的实验:_________________测出了大气压的值。
(2)计算大气压强:在托里拆利实验中,测得水银柱的高度为__________mm。依据液体压强计算公式计算其大小为:p=ρgh=13.6×103 kg/m3×9.8 N/kg×0.76 m=1.013×105 Pa。
(3)标准大气压:为了便于对比,人们通常把_________mmHg的压强叫做标准大气压。用atm来表示。1 atm=1.013×105 Pa,即等于760 mm水银柱产生的压强。(大气压强的单位多出了两个,一个是mmHg,另一个是cmHg,1 mmHg约等于133 Pa)
(4)托里拆利实验在托里拆利实验中,如果将玻璃管稍稍上提,观察水银柱的高度,结果是不变的。将玻璃倾斜,注意到,水银面上的真空体积有变化,管内水银柱的长度也有变化。当倾斜时,管内水银面上方的真空体积减小,水银柱变长,但是水银柱的__________是不变化的。
三、大气压的测量:测定大气压的仪器叫气压计。
(1)水银气压计。
(2)无液气压计。
(3)管式弹簧压强计。
四、大气压的变化
(1)大气压与高度的关系:大气压强随海拔高度的增加而__________。在海平面处的压强最大是760 mmHg。这是因为越往高处空气柱越短,而且越往高处空气密度越小,这两个因素决定了越往高处相同受力面积上受到的压力越小,当然也就是大气压强随高度的增加而减小。
五、大气压与沸点的关系
一切液体的沸点都是气压减小时__________,气压增大时___________。
重力 流动性 马德堡半球
托里拆利实验 760 760 高度
减小
降低 升高
第4节 流体压强与流速的关系
一、流体压强与流速的关系
(1)气体、液体都具有____________,因此被称为流体。
(2)在气体或液体中,流速越大的位置压强__________,流速越小的位置压强___________。
二、应用
如图所示,由于飞机的机翼上凸下凹的特殊造型,当一股气流沿着机翼流过时,在相同时间内,机翼上方气流通过的路程__________,因而速度___________,它对机翼上表面的压强较小;下方气流通过的路程较短,速度较小,它对机翼下表面的压强___________,因此,机翼上、下表面产生了压力差,这就产生了向上的升力。
火车站月台上有一条警戒线,火车进站时人要站在黄色警戒线的外面,避免火车快速经过时,乘客与火车之间的空气流速___________,压强_________,乘客被外侧的空气推向火车而发生事故。
解读:在用流体的流速与压强的关系解释现象时,要首先弄清哪部分流速大,哪部分流速小,流速大处压强小,压力也小,流速小处压强大,压力也大,流体受压力差作用而产生各种表现形式和现象。
流动性 越小 越大 较长 较大 较大 大 小
《第9章 压强》
一、单项选择题(本大题共15小题,每小题3分,共45分.不选、多选或错选的均得0分)
1.(3分)如图甲所示,将一块长木板放在水平桌面上,现用水平力F1向右边慢慢推动木板,使其一部分露出桌面如图乙所示,推动木板过程中,木板对桌面的压力F、压强p和摩擦力f的变化情况是( )
A.F和f不变,p变大 B.F和p不变,f变大
C.F变小,p和f均变大 D.F不变,f和p均变大
【分析】(1)水平面上物体的压力和自身的重力相等,根据向右缓慢地推木板时受力面积的变化判断对桌面压强的变化;
(2)根据影响滑动摩擦力大小的因素:压力的大小和接触面的粗糙程度判断此过程摩擦力的变化。
【解答】解:∵水平面上物体的压力和自身的重力相等,
∴向右缓慢地推木板的过程中,木板对桌面的压力F不变,
∵p=,且向右缓慢地推木板的过程中受力面积变小,
∴木板对桌面的压强p变大;
∵向右缓慢地推木板的过程中,压力和接触面的粗糙程度不变,
∴摩擦力f不变。
故选:A。
【点评】本题考查了压强大小的比较和影响滑动摩擦力大小的因素,关键是会分析向右缓慢地推木板的过程中变化的量和不变的量。
2.(3分)用两种物质分别制成棱长相同的实心正方体甲、乙,它们的质量和体积的关系如图所示。把它们平放在水平地面上,则它们对水平地面的压强之比p甲:p乙为( )
A.8:1 B.4:3 C.4:1 D.1:2
【分析】先根据图象给出的数据求出甲、乙两物质的密度之比,水平面上物体的压力和自身的重力相等,根据压强公式、密度公式、体积公式、重力公式得出正方体对水平地面压强的表达式,然后根据表达式求出它们对水平地面的压强之比。
【解答】解:由图可知,当m甲=8g时V甲=1cm3,当m乙=2g时V乙=2cm3,
则甲乙两种物质的密度分别为:
ρ甲===8g/cm3,ρ乙===1g/cm3,
则==,
正方体对水平地面的压强:
p======ρgL,
甲、乙两物体的棱长相同,把它们平放在水平地面上时,它们对水平地面的压强之比:
===。
故选:A。
【点评】本题考查了压强的计算,从图中读出相关数据求出甲乙的密度之比是解题的前提,推出正方体对水平面的压强表达式是关键。
3.(3分)如图为同种材料制成的实心圆柱体A和B放在水平地面上,它们的高度之比为2:1,底面积之比为1:2,则它们的质量mA:mB和对地面的压强pA:pB分别为( )
A.mA:mB=2:1,pA:pB=2:1 B.mA:mB=1:1,pA:pB=2:1
C.mA:mB=1:1,pA:pB=1:1 D.mA:mB=2:1,pA:pB=1:1
【分析】(1)知道圆柱体的高、底面积的关系,利用V=Sh求体积关系;而A、B是由同种材料制成的实心圆柱体,密度相同,利用m=ρV求质量关系;
(2)A和B对水平地面的压力F=G=mg=ρVg=ρShg,对地面的压强p=ρhg,据此求A和B对地面的压强关系。
【解答】解:
(1)两物体的体积关系:
VA:VB===1:1,
由ρ=得:
m=ρV,
因为A、B是由同种材料制成的实心圆柱体,密度相同,
所以mA:mB=ρVA:ρVB=VA:VB=1:1;
(2)因为A和B放在水平地面上,
所以对地面的压力F=G=mg=ρVg=ρShg,
对地面的压强:
p===ρhg,
对地面的压强之比:
pA:pB=ρhAg:ρhBg=hA:hB=2:1。
故选:B。
【点评】本题考查了密度公式、压强公式的应用,利用好固体对水平地面的压强推导公式p=ρhg是关键。
4.(3分)如图所示,向两支同样的试管中注入质量相等的甲、乙两种液体,发现液面在同一水平线上,比较甲、乙两种液体对试管底部的压强( )
A.甲大 B.乙大 C.一样大 D.无法确定
【分析】先根据图判断两液体的体积关系,再根据ρ=,判断两液体的密度关系,再根据p=ρgh判断出液体对试管底部的压强大小。
【解答】解:由示意图知,两支完全相同的试管液面相平时,乙试管中液体的体积较大,甲试管中液体的体积较小,
已知两种液体质量相等,由公式ρ=可知:甲液体的密度较大;
由图可知两液体的深度相同,根据p=ρgh可知,甲液体对试管底部的压强较大。
故选:A。
【点评】本题考查了学生对密度公式、液体压强公式的掌握和运用,能从图中得出hA=hB、VA>VB是本题的突破口。
5.(3分)如图所示,帕斯卡曾经用一个装满水的密闭木桶,在桶盖上插了一根细长的管子,向细管子里灌水,结果只加了几杯水,就把木桶压裂了,这个实验说明了( )
A.液体压强与液体密度有关
B.液体压强与液体深度有关
C.液体压强与管子粗细有关
D.液体压强与液体质量有关
【分析】掌握影响液体压强的因素:液体的密度和液体的深度。根据实验情景结合影响压强的因素进行分析。
【解答】解:液体压强与液体的密度和深度有关,由帕斯卡做的实验知,由于虽然管很细,但由于高度很大,水的深度大,而使水产生了很大的压强,所以该实验说明液体压强与液体深度有关,与液体密度、管子粗细、液体质量等无关。
故选:B。
【点评】此题通过对实验情景的分析考查了影响液体压强的因素,注意分析的方法,是一道基础性题目。
6.(3分)如图所示的小实验或生活现象能说明大气压存在的是( )
A. 纸片托住水 B.橡皮膜外凸
C.U形管中液面相平 D. 手指夹住铅笔两端
【分析】本题要逐一分析四个选项中的实例是不是利用了大气压来工作,大气压的利用一般都是在某处使气压降低,然后在外界大气压的作用下,产生了某种效果。
【解答】解:
A、盖在杯口的纸片能托住倒过来的一满杯水而不洒出,是因为大气压支持着杯中的水不会流出来,故A符合题意;
B、橡皮膜向外凸出,是因为管中的水给橡皮膜一个向下的压力,说明液体对容器底部有压强,不能够证明大气压的存在,故B不符合题意;
C、上端开口、下部连通的容器称为连通器,在液体不流动时,液面总是相平的,不能够证明大气压的存在,故C不符合题意;
D、图中,手指同时压铅笔两端,由于物体间力的作用是相互的,所以左手和右手受到的压力相同,由于右手的受力面积小,铅笔对右手的压强大,所以右手感到疼,不能够证明大气压的存在,故D不符合题意。
故选:A。
【点评】本题考查大气压的有关利用;在物理学习的过程中,要多注意观察身边的物理现象,尽可能的用我们所学过的知识去试着解释。
7.(3分)下列现象中与大气压无关的是( )
A.马德堡半球实验
B.用注射器注射药液
C.用吸管吸饮料盒中的牛奶
D.吸盘可以压在光滑的墙上
【分析】大气压的作用随处可见,茶壶倒水、吸管吸饮料、吸盘等都离不开大气压的作用。
【解答】解:ACD、马德堡半球实验、用吸管吸瓶中的牛奶、吸盘可以压在光滑的墙上,三个实例都由于大气压作用的缘故,所以这些现象都与大气压有关。故ACD不符合题意;
B、用注射器注射药液是由于受到推力作用的缘故,与大气压无关。故B符合题意。
故选:B。
【点评】大气压强与液体压强同属于流体的压强,有一定的共同点。在生活中对大气压的相关实例有所了解,这样才能够比较快地得出答案。
8.(3分)我们经常看到这样的现象:在无风的天气,汽车在马路上快速驶过以后,马路两边的树叶会随风飘动,如图所示,汽车向左行驶,马路两边的树叶会沿着A、B、C哪一个方向飘动( )
A.向A方向飘动 B.向B方向飘动
C.向C方向飘动 D.条件不足,无法判断
【分析】从汽车经过后带动马路中央的空气流动快入手,结合流体压强与流速的关系即可解决此题。
【解答】解:因为快速行驶的汽车使得马路中间的空气流速大,空气压强小;马路两边的空气流速小,压强大。所以两边的气压大于马路中央的气压,树叶向马路中央运动。
故选:A。
【点评】知道汽车经过时,汽车带动空气的流动使马路中央空气流动的速度加快是解决此题的关键。
9.(3分)如图所示,将乒乓球放置于吹风机出风口的正上方,球会悬在空中,若将乒乓球稍微右移,放手后乒乓球将会( )
A.停在右边 B.回到正上方 C.往下掉落 D.往右移动
【分析】液体和气体都称为流体,生活中常见的流体是水和空气,流体的流速越大,压强越小。
【解答】解:如图所示,将乒乓球放置于吹风机出风口的正上方,球会悬在空中,若将乒乓球稍微右移,由吹风机的作用,乒乓球的左侧空气流速快,压强小,乒乓球的右侧空气流速慢,压强大,所以乒乓球在右侧较大的压强的作用下被压回原位置。
故选:B。
【点评】掌握流体流速和压强的关系,并能用流体压强知识解释有关问题。
10.(3分)如图,往浴缸中匀速注水直至注满,下列表示此过程中浴缸底部受到水的压强随时间变化的曲线,其中合理的是( )
A. B.
C. D.
【分析】液体对容器底部的压强与液体的深度和液体的密度有关,所以据题目中浴缸的形状分析判断即可解决。
【解答】解:据图可知,浴缸的形状是上宽下窄,所以在向浴缸中倒水时,相同时间倒入相同质量的水,但水在浴缸中的增加的高度越来越小,所以容器底部所受的液体的压强的增加量也会越来越小,故B是正确的;
故选:B。
【点评】看清容器的形状,并能结合液体内部压强大小的影响因素分析判断是解决该题的关键。
11.(3分)如图,甲、乙、丙三个质量和底面积均相同的容器,若容器中分别装入等高度的酒精、水和硫酸(液体均不溢出,ρ酒精<ρ水<ρ硫酸),三个容器底部都受到液体的压力( )
A.甲最大 B.乙最大 C.丙最大 D.一样大
【分析】由题意可知,甲、乙、丙三个容器的底面积相同,且容器中分别装入等高度的酒精、水和硫酸,根据p=ρ液gh结合液体密度得出三液体对容器底部的压强关系,根据p=的变形式F=pS判断三个容器底部都受到液体的压力关系。
【解答】解:由题意可知,甲、乙、丙三个容器的底面积相同,且容器中分别装入等高度的酒精、水和硫酸,
因ρ酒精<ρ水<ρ硫酸,
所以,由p=ρ液gh可知,三液体对容器底部的压强关系为p酒精<p水<p硫酸,
由p=的变形式F=pS可知,三个容器底部都受到液体的压力关系为F酒精<F水<F硫酸。
故选:C。
【点评】本题考查了学生对液体压强公式、固体压强公式的掌握和运用,是一道较为简单的应用题。
12.(3分)如图所示,未装满水的密闭小瓶上有一根两端开口的竖直细玻璃管,玻璃管内水柱高于瓶内水面,现用一根饮料吸管水平靠在玻璃管的上端吹气,下列分析正确的是( )
A.吹气前,瓶内气体压强小于瓶外大气压强
B.吹气前,瓶内气体压强等于瓶外大气压强
C.吹气时,玻璃管中水柱升高
D.吹气时,玻璃管中水柱降低
【分析】(1)玻璃管内水柱高于瓶内水面,是因为瓶内气体压强大于瓶外大气压强;
(2)当向管上方吹气时,管上方的空气流动速度增大,压强减小,管下方压强不变,管内的液体受到向上的压强大,液面上升。
【解答】解:(1)由题知,玻璃管内水柱高于瓶内水面,所以瓶内气体压强大于瓶外大气压强。故AB错误;
(2)用一根饮料吸管水平靠在玻璃管的上端吹气,玻璃管上方空气的流速增大,压强减小,玻璃管中液体受到向上的压强大于向下的压强,液面上升。故C正确,D错误。
故选:C。
【点评】本题主要考查流体压强跟流速的关系,并能用流体压强解释有关的现象。
13.(3分)在测量大气压的实验中,为消除活塞与针筒间的摩擦力对实验的影响,某同学采用了图示装置,将注射器筒固定在水平桌面上,把活塞推至注射器筒底端,用橡皮帽封住注射器的小孔,活塞通过水平细线与烧杯相连,向烧杯中缓慢加水,当活塞刚开始向左滑动时,测得杯中水的质量为880g;然后向外缓慢抽水,当活塞刚开始向右滑动时,测得杯中水的质量为460g,烧杯质量为100g,活塞面积为7×10﹣5m2,g=10N/kg轮轴间的摩擦和细线重不计,则所测大气压的值应为( )
A.1.26×105Pa B.1.10×105Pa C.1.01×105Pa D.0.96×105Pa
【分析】当注射器中的活塞开始向左滑动时,此时摩擦力与所受的大气压力方向相同;当注射器中的活塞开始向右滑动时,此时摩擦力与所受的大气压力方向相反。
【解答】解:当注射器中的活塞开始向左滑动时,G1=(0.88+0.1)kg×10N/kg=9.8N,对活塞受力分析:f+F=G1=9.8N;
当注射器中的活塞开始向右滑动时,G2=(0.46+0.1)kg×10N/kg=5.6N,对活塞受力分析:F﹣f=G2=5.6N;
两式联立解得:F=7.7N;
∴p===1.10×105Pa;
故选:B。
【点评】利用注射器测量大气压时,用到的公式是p=,所以要分别得出大气压力F和活塞的横截面积S.利用二力平衡可得出大气压力,并知道活塞的面积S,便可求出大气压的值了。
14.(3分)国外研发出一种吸盘式手套,把吸盘紧压在墙上,开动抽气机抽出吸盘中的空气,使人能在竖直墙面上攀爬,当人静止在墙上时,让抽气机抽出更多空气,这时( )
A.吸盘受到的摩擦力变大 B.吸盘受到的摩擦力变小
C.吸盘对墙壁的压力变大 D.吸盘对墙壁的压力变小
【分析】(1)根据二力平衡的条件判定摩擦力和物体重力是一对平衡力,然后根据平衡力的特点来解题。
(2)让抽气机抽出吸盘内更多空气,吸盘内的空气更少,气压更小,内外的气压差△p更大,据p=分析即可判断。
【解答】解:AB、当人静止在墙上时,在竖直方向处于平衡状态,即此时向上的摩擦和重力是一对平衡力,即大小相等,故让抽气机抽出更多空气,此时的摩擦力也是和重力相等的,故摩擦力不变,故AB错误;
CD、让抽气机抽出吸盘内更多空气,吸盘内的空气更少,气压更小,内外的气压差△p更大,据F=△pS可知,S不变,故大气压产生的压力更大,故C正确、D错误。
故选:C。
【点评】此题考查了二力平衡的应用和大气压的应用,是一道综合题,难度较大。
15.(3分)如图所示,圆柱体甲和装有适量某液体的圆柱形容器乙的底面积之比为3:4,把它们平放在同一水平桌面上,在甲物体上,沿水平方向截取一段长为x的物体A,并平稳放入容器乙中,用力使物体A刚好浸没在液体中(A不与容器乙接触,液体无溢出)。截取后,甲、乙对桌面的压强随截取长度x的变化关系如图丙所示。已知甲的密度为0.6×103kg/m3,容器乙的壁厚和质量均忽略不计,g取10N/kg,下列说法正确的是( )
A.圆柱体甲截取前和容器乙中的液体质量之比为3:2
B.圆柱体甲截取前对桌面的压强为1000Pa
C.容器乙中液体的密度为0.4×103kg/m3
D.容器乙中未放入物体A时,液体的深度为8cm
【分析】(1)由图象可知,截取前圆柱体甲对桌面的压强和容器乙对桌面的压强,根据p===求出圆柱体甲截取前和容器乙中的液体质量之比;
(2)设截取前圆柱体甲的高度为h,根据p=ρgh表示出圆柱体甲截取前后对桌面的压强,联立以上两式代入数据可解得圆柱体的高度,进而得出圆柱体甲截取前对桌面的压强;
(3)容器乙中未放入物体A时,根据p=ρgh表示出容器乙中放入前后对桌面的压强,圆柱体甲截取长度x时,其物体A的体积VA=S甲x,联立可解得容器乙中未放入物体A时液体的深度;
由B可知,p0=300Pa,根据p0=ρ乙gh乙求出容器乙中液体的密度。
【解答】解:A、由图象可知,截取前圆柱体甲对桌面的压强p甲=4p0,容器乙对桌面的压强p乙=p0,
由p===得,圆柱体甲截取前和容器乙中的液体质量之比:
===,故A错误;
B、设截取前圆柱体甲的高度为h,则圆柱体甲对桌面的压强:
4p0=ρ甲gh,
圆柱体甲截取长度x=10cm=0.1m后,圆柱体甲对桌面的压强:
2p0=ρ甲g(h﹣x),
联立以上两式代入数据可解得:h=0.2m,
所以,圆柱体甲截取前对桌面的压强:
p甲=ρ甲gh=0.6×103kg/m3×10N/kg×0.2m=1200Pa,故B错误;
CD、容器乙中未放入物体A时,对桌面的压强等于液体的压强,
即:p0=ρ乙gh乙﹣﹣﹣①
圆柱体甲截取长度x=10cm=0.1m时,则物体A的体积VA=S甲x,
将物体A浸没在液体乙中,液面上升的高度:
△h==﹣﹣﹣②
物体A刚好浸没在液体中时,容器乙对桌面的压强等于此时液体的压强,
即:2p0=ρ乙g(h乙+△h)﹣﹣﹣③
联立①②③可解得:h乙=7.5cm,故D错误;
由B可知,p0=p甲=×1200Pa=300Pa,
由p0=ρ乙gh乙得,容器乙中液体的密度:
ρ乙===0.4×103kg/m3,故C正确。
故选:C。
【点评】本题主要考查压强公式和液体压强公式的灵活应用,关键要明确可以用p=ρgh求出柱体对桌面的压强,能从图象上找出有用的信息即可正确解题,有一定的难度。
二、填空题(本大题共6小题,每空1分,共12分)
16.(2分)如图所示,将铅笔水平挤压在两手指间,按笔尖的手指较疼,说明压力大小相同时,受力面积越小,压力作用效果越 明显 (选填“明显”或“不明显”)。铅笔静止时,两手指对铅笔的压力是 平衡力 (选填“相互作用力”或“平衡力”)。
【分析】(1)压强大小跟压力大小和受力面积大小有关。在压力一定时,受力面积越小,压强越大。
(2)二力平衡的条件:大小相等、方向相反、在同一直线上、作用于同一物体上。缺一不可。
【解答】解:(1)铅笔水平挤压在两手指间,按笔尖的手指较疼,说明压力大小相同时,受力面积越小,压强越大,压力作用效果越明显;
(2)铅笔静止时,两手指对铅笔的压力大小相等、方向相反、在同一直线上、作用于同一物体上,属于平衡力。
故答案为:明显;平衡力。
【点评】掌握压强大小的影响因素,利用控制变量法解释生活中有关增大和减小压强的问题。同时要弄清相互作用力和平衡力的区别。
17.(2分)如图所示,手指施加8N的力把图钉压入木板。若图钉帽的受力面积是1.0×10﹣4m2,则手指对图钉帽的压强为 8×104 Pa.图钉尖制作得很尖锐,是为了在压力一定时,通过减小受力面积来达到 增大压强 的目的。
【分析】(1)知道手对顶帽施加的压力和钉帽的受力面积,根据p=求出手指对图钉帽的压强;
(2)增大压强的方法:在压力一定时,可以通过减小受力面积的方法来增大压强;在受力面积一定时,可以通过增大压力来增大压强;还可以同时改变压力和受力面积的大小来增大压强。
【解答】解:(1)手指对图钉帽的压强:
p===8×104Pa;
(2)图钉尖制作得很尖锐,是在压力一定时,减小受力面积来达到增大压强的目的。
故答案为:8×104;增大压强。
【点评】本题考查了压强的计算和增大压强的方法,是一道较为简单的应用题。
18.(2分)如图所示的托里拆利实验中,测得的大气压强等于 750 mm高水银柱所产生的压强。已知水银密度ρ=13.6×103kg/m3,g=10N/kg,则100mm高水银柱所产生的压强为 1.36×104 Pa。
【分析】在托里拆利实验中,玻璃管内外水银面的高度差反映了大气压强的大小,因此,从图中读出管内水银面到水银槽内水银面的垂直高度,即可得出结论;
已知水银的密度和水银柱高度,利用公式p=ρgh得到100mm水银柱产生的压强。
【解答】解:
读图可知,玻璃管内水银面到水银槽中水银面的垂直高度为750mm,因此,当时的大气压强等于750mm高水银柱产生的压强。
100mm产生的压强为p=ρgh=13.6×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1.36×104Pa。
故答案为:750;1.36×104。
【点评】此题主要考查托里拆利实验中大气压的读数方法及液体压强公式的应用,属于基础知识。
19.(2分)如图所示,在装有适量水的盘子中央,固定一支点燃的蜡烛,然后将一个透明的玻璃杯倒扣在蜡烛上,此时杯内外水面相平。过一会儿,蜡烛火焰熄灭,杯外的水在 大气压 的作用下进入杯中。这一过程中,杯中水柱产生的压强将 变大 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
【分析】蜡烛的燃烧,会消耗掉杯内上方的氧气,使其内部压强减小,从这里入手,结合大气压强的知识,即可得到答案。
利用水柱高度的变化结合液体压强的特点,即可得到水柱压强的变化情况。
【解答】解:蜡烛在杯内燃烧时,消耗杯中的氧气,使杯中的气压减小,小于外界大气压,盘中的水在外界大气压的作用下,被压入杯中。
杯中水的高度增加,利用液体压强的特点可知,液体的深度越深,压强越大。故杯中水柱产生的压强将变大。
故答案为:大气压;变大。
【点评】本题考查了与大气压相关的现象以及液体压强的特点,明确蜡烛燃烧造成杯内气压降低是解决此题的关键。
20.(2分)如图,A、B为两容器,用一带阀门的管子相连,装有同一种液体,液面相平,则a、b两处的压强pa < pb(填“>”、“<”或“=”)。当打开阀门时,液体 不流动 (填“流动”或“不流动”)。
【分析】根据p=ρgh分析a、b两处的压强;
上端开口,下部通过阀门相连,属于连通器;连通器的特点:连通器内装同种液体,当液体静止时,液面总是相平的。
【解答】解:如图可知,ha<hb,且装有同一种液体,由p=ρgh可知,pa<pb,
当阀门打开时,A和B的上端开口底部连通,构成了连通器。
由于容器中装同一种液体水,并且液面相平,因此打开阀门后,液面仍保持相平,故液体不会流动。
故答案为:<;不流动。
【点评】连通器中装有同种液体静止时,液面是相平的。如果连通器中装有不同液体时,液面是不相平的。
21.(2分)边长12cm的均匀正方体,重为72N,放在水平桌面中央,则正方体对桌面的压强为 5×103 Pa;如图所示,若沿水平方向截下一部分a立放在水平桌面上,且使a对桌面压强为剩余部分b对桌面压强的1.5倍,则剩余部分b的高度为 8 cm。
【分析】已知正方体的边长,可求得其面积,正方体放在水平桌面中央,对桌面的压力等于物体本身的重力,根据公式p=可求得正方体对桌面的压强;
因为是规则物体,所以根据公式p======ρgh结合裁下一部分后a对桌面压强(立放)为剩余部分b对桌面压强的1.5倍,列出关系式可求得剩余部分b的高度。
【解答】解:(1)已知正方体的边长L=12cm=0.12m,则其面积S=L2=(0.12m)2=0.0144m2,
正方体对桌面的压力F=G=72N,
正方体对桌面的压强p===5×103Pa,
(2)因为是规则物体,沿水平方向裁下一部分a,立放a对桌面压强pa=====ρgha,
b对桌面压强pb=ρghb,
已知pa=1.5pb,
ρgha=1.5ρghb,
正方体的边长12cm,
解得hb=0.08m=8cm,
故答案为:5×103;8。
【点评】本题考查了求压力、求压强等,关键是公式的应用,要知道在水平地面上压力等于物体本身重力,利用好p======ρgh是解答此题的关键。
三、作图、实验与探究题(22、23题每小题2分,其余每空1分,共19分)
22.(2分)如图中木块A处于静止状态,请画出A对斜面的压力的示意图。
【分析】压力是垂直压在物体表面的力,压力的方向垂直于接触面指向受力物体,作用点在接触面的中点。
【解答】解:物体对斜面的压力,作用在斜面上,方向垂直于斜面向下,如图所示:
【点评】注意压力和重力的区别,重力的方向总是竖直向下,作用点在重心;压力的方向总是与支持面垂直,方向指向物体里面。
23.(2分)如图所示,水平桌面上静置两个完全相同的玻璃容器,将两容器壁一侧开孔并用粗玻璃管连接,注水管紧贴左侧容器器壁并向内缓慢、均匀地注水,直至水注满两个容器,请你在答题卡上画出从水开始注入到注满过程中,左侧容器底部受到水的压强P随时间t变化的大致关系图象。
【分析】液体内部压强与液体的深度和液体的密度有关,所以据题目中玻璃容器的形状分析判断即可解决。
【解答】解:向左侧容器内注水,在水位未到达侧壁开孔处前,随着水的注入,水的深度逐渐变大,水对容器底的压强逐渐变大;
当水位到达侧壁开孔处时,注入的水开始流入右侧容器,不断注入,但左侧水对容器底的压强不变;
当右侧容器内水位与左侧容器内水位相平时,左侧和右侧的水位同时上升,水对容器底的压强逐渐变大;但由于是向两个容器内注水,水位上升比先前只向左侧注水时水位上升的慢,故压强变化的慢,左侧容器底部受到水的压强P随时间t变化图象平缓一些;图示如下:
【点评】此题考查液体压强的特点,看清容器的形状,并能结合液体内部压强大小的影响因素分析判断是解决该题的关键。
24.(5分)利用小桌、海绵、砝码等探究影响压力作用效果的因素,如图1至图3所示。
(1)图中压力的作用效果是通过海绵发生 形变 (选填“形变”或“运动状态改变”)来体现的,我们 可以 (选填“可以”或“不可以”)用沙子代替海绵来完成实验。
(2)通过比较图1和图2,说明受力面积一定时,压力 越大 (选填“越大”或“越小”),压力的作用效果越明显,通过比较图 2 (填序号)和图3,说明压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
(3)实验中主要采用的研究方法是 控制变量法 (选填“控制变量法”或“理想实验法”)。
【分析】(1)力可以使物体发生形变,相同受力面的形变程度越大,压力作用效果越明显,可以通过受力面形变程度的大小判断压力的作用效果,用到的是转换法;
(2)应用控制变量法分析图示实验,根据实验所控制的变量与实验现象得出实验结论;
(3)“控制变量法”:在研究物理问题时,某一物理量往往受几个不同物理量的影响,为了确定各个不同物理量之间的关系,就需要控制某些量,使其固定不变,改变某一个量,看所研究的物理量与该物理量之间的关系。
【解答】解:
(1)实验中,海绵的凹陷程度越大,压力作用效果越明显,即压力的作用效果是通过比较海绵的凹陷程度来反映的;
我们一般选择海绵、泡沫塑料、沙子等较易形变的材料,如果用沙子代替海绵做此实验,则仍然可以完成本次实验;
(2)由图1和图2可知,受力面积相同,而压力不同,压力越大,海绵的凹陷程度越大,压力的作用效果越明显,故可得到的结论是:受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显;由图2和图3可知,压力相同而受力面积不同,受力面积越小,海绵凹陷程度越大,力的作用效果越明显,由此可知:压力相同,受力面积越小,压力的作用效果越明显;
(3)1、2两图比较,受力面积相同,压力不同;2、3两图比较,压力相同,受力面积不同,用到的科学研究方法是控制变量法。
故答案为:(1)形变;可以;(2)越大;2;(3)控制变量法。
【点评】本题是探究“压力的作用效果与哪些因素有关”的实验,掌握压力作用效果的影响因素,学会利用控制变量法和转换法来探究压力作用效果的影响因素。
25.(6分)2017年11月30日,中国4500米载人潜水器一一“深海勇士”号正式验收交付,4500米深度已经覆盖整个南海的探测,下潜、开发等方面需求。这个消息激发了小芳对“探究液体内部的压强”的兴趣,她进行的实验操作如图1所示。请依据所学知识解决下面几个问题:
(1)实验前,应调整压强计(甲图),使U形管左右两边的液面 相平 。
(2)比较丙、丁两图是探究液体压强与 液体密度 的关系
(3)比较乙丙两图可以得出的结论是 在液体密度相同时,液体内部的深度越深产生的压强越大,或液体压强与液体的深度有关 。
(4)请举出生活中应用该实验结论的一个事例: 水塔建得高 。
(5)小芳完成上述实验后,用一“T“形玻璃管对着U形管左边管口吹气,如图2所示,可以看到 左 (填“左”或“右”)管中的液面较高,该实验说明了 说明气体流速越大的位置,压强越小 。
【分析】(1)压强计测量液体压强时是通过橡皮膜来感知压强的,通过橡胶管中气体压强的变化来改变U形管中液面高度差的,实验前,应调整压强计,使U形管左右两边玻璃管中的液面相平;
(2)比较丙、丁两图中金属盒深度相同,液体密度不同,据此判断研究的变量是哪一个;
(3)根据控制变量法分析;
(4)由(3)结论举例;
(5)流体中流速越快的地方压强越小;流速越小的地方压强越大。
【解答】解:(1)实验前,应调整压强计(甲图),使U形管左右两边的液面相平;
(2)选用丙、丁两图进行比较,控制深度相同、容器的形状相同,液体的密度不同,要探究液体压强与密度的关系;
(3)比较乙丙两图可知,在液体密度相同时,深度不同,液体内部的深度越深产生的压强越大,可以得出的结论是在液体密度相同时,液体内部的深度越深产生的压强越大,或液体压强与液体的深度有关;
(4)在液体密度相同时,液体内部的深度越深产生的压强越大,举例:水塔建得高,人吊液体时药瓶要举得高些,水箱要放置在高处,拦河坝上窄下宽等;
(5)小芳完成上述实验后,用一“T“形玻璃管对着形管左边管口吹气,如图2所示,可以看到左管中的液面较高,该实验说明气体流速越大的位置,压强越小。
故答案为:(1)相平; (2)液体密度;(3)在液体密度相同时,液体内部的深度越深产生的压强越大,或液体压强与液体的深度有关;
(4)水塔建得高;(5)左;说明气体流速越大的位置,压强越小。
【点评】压强计的工作原理是我们首先应该了解的,在此实验中控制变量法的运用非常关键,只有这样,所探究的结论才具有说服力和科学性。
26.(4分)利用容积为10cm3的注射器、弹簧测力计和刻度尺可粗略测出大气压的值。
(1)实验的原理是 P= ;
(2)把注射器的活塞推到注射器筒的底端,这样做的目的是 排尽筒内空气,密封注射器 ,然后用一个橡皮帽封住注射器的小孔;
(3)如图所示,水平向左缓慢匀速拉动注射器筒,当注射器的活塞 刚被拉动 时,记下弹簧测力计的示数为19N;
(4)用刻度尺测出注射器 带刻度部分 长度为5cm,这样就不用测活塞的直径也能算出活塞横截面积;
(5)则大气压的值为 9.5×104 Pa;
(6)提出提高该种测量大气压值精确度的一条建议: 采用小活塞涂上凡士林或其他润滑油等 。
【分析】(1)测量大气压的原理是p=;
(2)实验中要排出注射器内的空气,这样在拉动活塞时,注射器内部会接近于真空,这样才能测出大气的压力;
(3)水平向左缓慢匀速拉动注射器筒,当注射器的活塞刚被拉动时,弹簧测力计的示数即为大气压力;
(4)因活塞为圆柱体,所以活塞的横截面积可以通过公式S=来求出,需要用刻度尺量出其刻度部分的长度;
(5)根据p=求得大气压强;
(6)减小漏气可以提高测量大气压值精确度。
【解答】解:(1)本实验测量大气压的原理是p=;
(2)实验时,把活塞推至注射器筒底端是为了排出注射器中的空气,使注射器密封。
(3)水平向左缓慢匀速拉动注射器筒,当注射器的活塞刚被拉动时,拉力等于大气压力,弹簧测力计的示数F=19N即为大气压力;
(4)因活塞为圆柱体,知道注射器的容积,而活塞的横截面积可以通过公式S=来求出,所以需要用刻度尺量出针筒全部刻度部分的长度L=5cm;
(5)大气压的值p====;
(6)由于注射器漏气会导致所测得的大气压值偏小,注射器漏气的主要原因是活塞的密闭性,所以可以采用小活塞涂上凡士林或其他润滑油等。
故答案为:(1)P=;(2)排尽筒内空气,密封注射器;(3)刚被拉动;(4)带刻度部分;(5)9.5×104;(6)采用小活塞涂上凡士林或其他润滑油等。
【点评】本题属实验探究题,实验探究题一般对学生的要求都较高,不仅要求学生熟练掌握课本上所学的相关知识,还要求学生具有一定的物理素养。
四、综合应用题(27小题6分,28小题9分,30小题9分,共24分.写出必要的文字说明)
27.(6分)人工智能逐渐融入我们的生活。如图所示,某餐厅的送餐机器人的质量为40kg,它与地面的接触面积为0.01m2。
(1)求送餐机器人的重力;
(2)送餐机器人的外壳是由玻璃钢材料制作的。有一小块玻璃钢材料的质量为90g,体积为50cm3,求该材料的密度;
(3)若送餐机器人托着3kg的物体,求此时机器人对水平地面的压强。
【分析】(1)利用G=mg求餐机器人的重力;
(2)利用密度公式ρ=求材料的密度;
(3)送餐机器人托着3kg的物体时机器人对水平地面的压力等于机器人和物体的总重力,利用p=求此时机器人对水平地面的压强。
【解答】解:
(1)送餐机器人的重力:
G=mg=40kg×10N/kg=400N;
(2)该材料的密度:
ρ===1.8g/cm3;
(3)送餐机器人托着3kg的物体,总质量:
m总=3kg+40kg=43kg,
总重力:
G总=m总g=43kg×10N/kg=430N,
此时机器人对水平地面的压力:
F=G总=430N,
此时机器人对水平地面的压强:
p===4.3×104Pa。
答:(1)送餐机器人的重力为400N;
(2)该材料的密度为1.8g/cm3;
(3)此时机器人对水平地面的压强为4.3×104Pa。
【点评】本题考查了重力公式、密度公式、压强公式的应用,要知道:送餐机器人托着3kg的物体时机器人对水平地面的压力等于机器人和物体的总重力。
28.(9分)如图所示,铁桶重为20N,桶的底面积为100cm2,往桶里倒入8kg的水,水的深度为15cm,平放在面积为1m2的水平台面上(g取10N/kg)。求:
(1)水对桶底的压强;
(2)桶底受到水的压力;
(3)台面受到桶的压强。
【分析】(1)已知水的密度和深度,利用公式p=ρgh计算水对桶底的压强;
(2)求出了水对桶底的压强和桶底面积,利用公式F=pS得到桶底受到水的压力;
(3)桶对台面的压力等于桶重与水重之和;已知桶底面积,利用公式p=求台面受到桶的压强。
【解答】解:
(1)水对桶底的压强:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.15m=1500Pa;
(2)S=100cm2=1.0×10﹣2m2,
由p=得桶底受到水的压力:
F=pS=1500Pa×1.0×10﹣2m2=15N;
(3)台面受到的压力:
F=G桶+G水=G桶+m水g=20N+8kg×10N/kg=20N+80N=100N,
台面受到的压强:
p′===10000Pa。
答:(1)水对桶底的压强为1500Pa;
(2)桶底受到水的压力为15N;
(3)台面受到桶的压强为10000Pa。
【点评】本题考查压力、压强的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,要知道在水平面上压力等于物体自身的重力,最容易出错的是受力面积的判断,本题给出了台面的面积,这是一个陷阱,受力面积指的是两个物体相互接触的面积,所以做题的时候一定要注意,还要注意解题过程中单位的换算。
29.(9分)如图所示,重为4N、高为0.24m、底面积为0.02m2的圆柱形容器放在水平桌面上,容器内装有4kg的水(不计容器壁的厚度,g取10N/kg,水的密度为1.0×103kg/m3),求:
(1)水对容器底部产生的压强p水;
(2)现将一密度为2.0×103kg/m3的实心小球轻轻地放入容器中,静止后有0.2kg的水溢出,此时圆柱形容器对桌面的压强。
【分析】(1)知道水的质量,根据ρ=求出水的体积,根据V=Sh求出容器内水的深度,根据p=ρgh求出水对容器底部产生的压强;
(2)小球的密度大于水的密度,轻轻地放入容器中沉入容器底部,根据密度公式求出溢出水的体积,容器的容积加上溢出水的体积后减去水的体积即为小球排开水的体积,也是小球的体积,根据密度公式求出小球的质量,根据G=mg求出小球的重力和剩余水的重力,圆柱形容器对桌面的压力等于剩余水、小球、容器的重力之和,根据p=求出此时圆柱形容器对桌面的压强。
【解答】解:(1)由ρ=可得,水的体积:
V水===4×10﹣3m3,
由V=Sh可得,容器内水的深度:
h水===0.2m,
水对容器底部产生的压强:
p水=ρ水gh水=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000Pa;
(2)因小球的密度大于水的密度,
所以,小球轻轻地放入容器中会沉入容器底部,
溢出水的体积:
V溢水===2×10﹣4m3,
因物体浸没时排开水的体积和自身的体积相等,
所以,小球的体积:
V球=V排=V容器+V溢水﹣V水=Sh容器+V溢水﹣V水=0.02m2×0.24m+2×10﹣4m3﹣4×10﹣3m3=1×10﹣3m3,
小球的质量:
m球=ρ球V球=2.0×103kg/m3×1×10﹣3m3=2kg,
剩余水和小球的重力分别为:
G剩水=m剩水g=(m水﹣m溢水)g=(4kg﹣0.2kg)×10N/kg=38N,G球=m球g=2kg×10N/kg=20N,
圆柱形容器对桌面的压力:
F=G容+G剩水+G球=4N+38N+20N=62N,
圆柱形容器对桌面的压强:
p===3100Pa。
答:(1)水对容器底部产生的压强为2000Pa;
(2)圆柱形容器对桌面的压强为3100Pa。
【点评】本题考查了密度公式、液体压强公式、固体压强公式的综合应用,会判断实心小球的体积是解题的关键,要注意水平面上物体的压力和自身的重力相等。
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日期:2021/2/18 20:52:31;用户:初中物理;邮箱:chaoyin104@xyh.com;学号:37127340
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