初中物理中考复习 专题15 均匀柱体、叠加柱体、切割体的压强(解析版)-2022年中考物理二轮专项复习核心考点突破与必刷题型汇编(全国通用)
展开专题15 均匀柱体、叠加柱体、切割体的压强
【核心考点讲解】
一、均匀柱体的压强
1、密度均匀的柱状物体(圆柱、棱柱)对水平面的压强。
2、推导过程:。
二、叠加柱体的压强
1、运用时,注意S是受力面积,不一定等于底面积。
2、解题技巧:用未知量表示已知量的方程思想。
三、切割体的压强
1、横向切割:压力变小,受力面积不变,压强减小。
2、纵向切割:柱形固体竖直切割后仍是柱体,可使用计算式分析,压强不变。
3、不规则切割:压力和受力面积都改变,可使用割补法转化为柱体进行分析。
【必刷题型精练】
1.(2021•凉山州中考)一块长方体合金块,重1.2N,侧放于面积为1m2的水平桌面上,它与桌面的接触面积是1×10﹣3m2,下列说法正确的是( )。
①合金块对桌面的压强是1.2Pa
②合金块对桌面的压强是1200Pa
③若沿竖直方向切去一块,则剩余部分对桌面的压强不变
④若沿水平方向切去一块,则剩余部分对桌面的压强不变
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
解:(1)合金块的桌面的压力为F=G=1.2N,对桌面的压强为,故①错误,②正确;
(2)长方体的桌面的压强为,由此可见,长方体对桌面的压强与物体的密度和高度有关,沿竖直方向切去一块,物体密度和高度不变,所以剩余部分对桌面的压强不变,③正确;沿水平方向切去一块,密度不变,高度减小,剩余部分对桌面的压强变小,④错误,所以正确的是②③。
答案:B。
2.(2020•襄阳中考)如图所示,甲、乙两个实心正方体物块放置在水平地面上,甲的边长大于乙的边长。甲对地面的压强为p1,乙对地面的压强为p2.下列判断正确的是( )
A.若甲、乙密度相等,将甲放到乙上,乙对地面的压强有可能变为p1
B.若甲、乙密度相等,将乙放到甲上,甲对地面的压强有可能变为p2
C.若甲、乙质量相等,将甲放到乙上,乙对地面的压强有可能变为p1
D.若甲、乙质量相等,将乙放到甲上,甲对地面的压强有可能变为p2
解:
设甲的边长为a,乙的边长为b,由题意知a>b,由S=L2可知,S甲>S乙。
AB.若甲、乙密度相等,因实心正方体物块对水平地面的压强:
p======ρgL,
则p1=ρga,p2=ρgb,由a>b可知,p1>p2。
①将甲放到乙上,乙对地面的压强:
p2'====+p2,
因为a>b,所以>ρga=p1,
所以p2'>p1,故A错误;
②将乙放到甲上,与甲相比,甲对地面的压力变大,受力面积不变,所以甲对地面的压强变大,即p1'>p1;因为p1>p2,所以,此时甲对地面的压强p1'>p1>p2,故B错误;
CD、如果甲、乙的质量相等,则p1==,p2==,
因为S甲>S乙,所以p1<p2。
①将甲放到乙上,则乙对地面的压强:p2'=,且p1==,
因为2S甲>S乙,所以p2'>p1,故C错误;
②将乙放到甲上,甲对地面的压强p1'=,
若S甲=2S乙,则p1'====p2,
即甲对地面的压强有可能变为p2,故D正确。
答案:D。
3.(2021•崇左模拟)如图所示,体积相同的长方体甲、乙置于水平地面,其中甲、乙阴影部分为等大的正方形,甲、乙的密度分别为ρ甲、ρ乙,对地面的压强分别为p甲、p乙,将它们顺时针旋转90°,甲、乙对地面压强的变化量分别为△p甲、△p乙.△p甲<△p乙,则( )
A.ρ甲<ρ乙,p甲>p乙 B.ρ甲<ρ乙,p甲<p乙
C.ρ甲>ρ乙,p甲>p乙 D.ρ甲>ρ乙,p甲<p乙
解:
设甲平放时高为a,立放时高为b;同理乙先立放高为b,平放时高为a;且甲乙都是密度均匀的规则柱体,所以可以使用液体压强公式,
根据液体压强公式p=ρ液gh,可知甲、乙位置改变后压强差分别为:
△p甲=ρ甲g(b﹣a)
△p乙=ρ乙g(b﹣a)
由于△p甲<△p乙,即ρ甲g(b﹣a)<ρ乙g(b﹣a),
所以ρ甲<ρ乙②;
由于p甲=ρ甲ga,p乙=ρ乙gb,ρ甲<ρ乙,a<b;
所以 p甲<p乙。
答案:B。
4.(2021•长沙模拟)如图,水平面上放置了质地均匀的甲、乙两个实心圆柱体,它们的高度相同,质量相等,甲的底面积小于乙的底面积。为使甲对水平面的压强小于乙对水平面的压强,小海按不同方法把甲、乙两物体分别切下一部分后,将切下部分叠加到对方剩余部分的上方。下列切法可能达到目的的是( )
A.沿水平方向切去质量相等的部分
B.沿水平方向切去体积相等的部分
C.沿水平方向切去厚度相等的部分
D.沿竖直方向切去质量相等的部分
解:甲、乙两个实心圆柱体,高度相同,甲的底面积小于乙的底面积,根据柱体体积公式V=Sh,分析可得V甲<V乙,
又因为甲乙质量相等,根据公式ρ=可得ρ甲>ρ乙。
A、若沿水平方向切去质量相等的部分,则甲乙剩余部分质量仍相等,将切下部分叠加到对方剩余部分的上方,总质量相等,总重力相等,对地面压力相等,根据压强公式p=,因为S甲<S乙,所以p甲>p乙,故A不正确;
B、沿水平方向切去体积相等的部分,因为ρ甲>ρ乙,根据公式m=ρV,所以切掉的部分甲的质量大于乙的质量,剩余部分甲的质量小于乙的质量,将切下部分叠加到对方剩余部分的上方,此时甲的总质量小于乙的总质量,甲的总重力小于乙的总重力,甲对地面压力小于乙对地面压力,而S甲<S乙,根据压强公式p=,此时甲对水平面的压强可能小于乙对水平面的压强,故B正确;
C、沿水平方向切去厚度相等的部分,因为甲乙质量相等,所以ρ甲V甲=ρ乙V乙,ρ甲S甲h甲=ρ乙S乙h乙,因为h甲=h乙,所以ρ甲S甲=ρ乙S乙,设切掉的厚度为△h,则有ρ甲S甲△h=ρ乙S乙△h,即切掉的部分质量相等,所以该题实际与A 相同,故C不正确;
D、沿竖直方向切去质量相等的部分,则剩余部分质量质量仍相等,因为ρ甲>ρ乙,根据公式V=,所以剩余部分体积V甲'<V乙',因为h甲=h乙,所以剩余部分底面积S甲'<S乙',将切下部分叠加到对方剩余部分的上方,总质量相等,总重力相等,对地面压力相等,根据压强公式p=,因为S甲'<S乙',所以p甲>p乙,故D不正确。
答案:B。
5.(2021•重庆模拟)如图,将圆柱体甲、乙放在水平面上,已知ρ甲>ρ乙.若沿水平方向切除相同的高度△h,则下列图像中能正确表示余下部分对地面的压强p′与切去部分高度△h的关系是( )
A. B.
C. D.
解:已知ρ甲>ρ乙、h甲>h乙,
根据p=ρgh知p甲>p乙,所以开始时甲图线在乙图线的上面,
若沿水平方向切除相同的高度△h,
因为ρ甲>ρ乙,所以△p甲>△p乙,甲的压强减小得快,所以甲乙图像随着截取高度的增加剩余部分的压强越来越接近,故C错误,D正确;
但由于甲的高度大于乙的高度,甲的压强不可能比乙先变成零,故AB错误。
答案:D。
6.(2020•上海中考)如图所示,均匀正方体甲、乙置于水平地面上,甲、乙对地面的压强分别为p甲、p乙.若沿水平方向截去相同体积后,甲、乙剩余部分对地面的压强相等。则( )
A.p甲可能小于p乙 B.p甲可能大于p乙
C.p甲一定小于p乙 D.p甲 一定大于p乙
解:正方体水平放置在地面上,物体对地面的压强为p======ρgh;
所以有p甲=ρ甲gh甲,p乙=ρ乙gh乙
若沿水平方向截去相同体积后,甲、乙剩余部分的高度为h甲′,h乙′,
因为甲、乙剩余部分对地面的压强相等,
则有p甲′=ρ甲gh甲′=p乙′=ρ乙gh乙′,
由图可知h甲′<h乙′,
所以有ρ甲>ρ乙
切去的体积相同,则有△V=S甲△h甲=S乙△h乙
因为S甲<S乙,所以得△h甲>△h乙
则切去后甲对地面的压强减少量为△p甲=ρ甲g△h甲
乙对地面的压强减少量为△p乙=ρ乙g△h乙
所以△p甲>△p乙
则有p甲=p甲′+△p甲,p乙=p乙′+△p乙,
因为p甲′=p乙′,△p甲>△p乙,
所以p甲>p乙,故ABC不符合题意,D符合题意。
答案:D。
7.(2020•梧州中考)如图(a)所示,放在水平面上的实心圆柱体甲、乙由同种材料制成,密度为5×103kg/m3,甲、乙的高度均为0.1m,甲的质量为5kg,乙的质量为20kg,则甲对水平面的压强为 5000 Pa;若在甲、乙上沿水平方向截取某一相同的厚度h,并将所截去的部分均叠至对方剩余部分表面的中央,如图(b)所示,此时恰能使叠放后的物体丙、丁对地面的压力相等,则物体丙对地面的压强为 12500 Pa(g取10N/kg)。
解:(1)已知甲乙的密度:ρ=5×103kg/m3,甲、乙的高度均为:H=0.1m,
甲的体积:V甲===1×10﹣3m3,
甲与地面的接触面积为:S甲===0.01m2,
甲对水平面的压力大小等于重力大小,即,F甲=G甲=m甲g=5kg×10N/kg=50N,
甲对水平面的压强为:p甲===5000Pa;
(2)乙对水平面的压力大小等于重力大小,即,F乙=G乙=m乙g=20kg×10N/kg=200N,
若在甲、乙上沿水平方向截取某一相同的厚度h,并将所截去的部分均叠至对方剩余部分表面的中央,
因甲乙均为同种材料制成的实心圆柱体,
甲所截去的部分重力为:G甲,甲剩余部分的重力为:(1﹣)G甲,
乙所截去的部分重力为:G乙,乙剩余部分的重力为:(1﹣)G乙,
此时物体丙对地面的压力:F丙=(1﹣)G甲+G乙=(1﹣)50N+×200N…①
此时物体丁对地面的压力:F丁=(1﹣)G乙+G甲=(1﹣)200N+×50N…②
此时恰能使叠放后的物体丙、丁对地面的压力相等,即,F丙=F丁…③
由①②③得:h=0.05m,F丙=125N,
物体丙对地面的压强为:p丙===12500Pa。
答案:5000;12500。
8.(2021•梧州中考)两个形状大小完全相同的均匀实心长方体放在水平地面上,甲的质量为16kg,体积为2×10﹣3m3,则甲的密度为 8×103 kg/m3。如图所示,当甲竖放,乙平放时,它们对地面的压强均为1.6×104Pa,将它们均顺时针旋转90°,旋转后甲对地面的压强为8×103Pa,乙对地面的压强为 3.2×104 Pa。(g=10N/kg)
解:甲的密度ρ甲===8×103kg/m3;
因甲、乙两均匀实心长方体的形状相同,
所以,甲乙平放和立放时对地面产生压强的受力面积之比相等,
又因物体对水平面的压力和自身的重力相等,
所以,==,
旋转前后乙对地面的压强之比===,
则旋转后乙对地面的压强p乙立=×p乙平=×1.6×104Pa=3.2×104Pa。
答案:8×103;3.2×104。
9.(2020•重庆中考)甲、乙为两个质量分布均匀的实心圆柱体放置在水平桌面上,沿着水平方向,切去上部分,剩余部分对桌面的压强p与切去部分高度△h的关系如图所示,已知甲的密度为4.0×103kg/m3.则圆柱体甲的高度为 20 cm.当它们被切去高度均为12cm,将各自被切去部分放置在另一个圆柱体剩余部分的上表面时,甲剩余部分和乙切去部分的组合体对桌面的压强为p1.乙剩余部分和甲切去部分的组合体对桌面的压强为p2,且p1:p2=3:2,则甲、乙圆柱体的底面积之比为 4:9 。
解:
(1)由图像可知,开始时甲对水平桌面的压强p甲=8000Pa,
因均匀实心圆柱体对水平桌面的压强:p======ρgh,
所以,圆柱体甲的高度:h甲===0.2m=20cm;
(2)由图像可知,圆柱体乙的高度h乙=30cm,
因物体对水平面的压力和自身的重力相等,
当它们被切去高度均为h=12cm时,
由F=G=mg=ρVg=ρShg可得,甲剩余部分和乙切去部分的组合体对桌面的压力:
F1=G甲+G乙=G甲+G乙=0.4G甲+0.4G乙=0.4(G甲+G乙),
乙剩余部分和甲切去部分的组合体对桌面的压力:
F2=(G甲+G乙)﹣0.4(G甲+G乙)=0.6(G甲+G乙),
因p1:p2=3:2,
所以,==×,即=×,
解得:=。
答案:20;4:9。
10.(2021•攀枝花模拟)如图所示,两个密度均匀质量相等的圆柱体A、B,底面积之比为SA:SB=2:3.若将A的上方水平截去一段叠放在B的正上方后,A剩余部分对水平面的压强恰好等于此时B对水平地面的压强,A剩余部分的高度与叠放后B的总高度相同,则A截去的高度与A原高度之比为△h:h= 1:5 ,A、B的密度之比为ρA:ρB= 9:10 。
解:(1)设两个密度均匀质量相等圆柱体A、B的质量为m,
则圆柱体A截去部分的质量△m=m,剩余部分的质量(1﹣)m,
因水平面上物体的压力和自身的重力相等,
所以,A剩余部分和此时B对水平地面的压力之比:
FA:FB=(1﹣)mg:(1+)mg=(1﹣):(1+),
因A剩余部分对水平面的压强恰好等于此时B对水平地面的压强,
所以,由p=可得:=,
则=,即=,
解得:=;
(2)因A剩余部分的高度与叠放后B的总高度相同,
所以,B的高度h′=h,
由V=Sh可得,A和B的体积之比:
==×=×=,
由ρ=可得,A、B的密度之比:
===。
答案:1:5; 9:10。
11.(2020•襄阳中考)如图所示,一个底面积为2m2的圆柱状容器,装有适量的水,现在将一个体积为5m3的长方体物体A放入其中,最终物体漂浮于水面上。现在将虚线以上的部分截取走(截走部分的体积等于露出水面体积的一半),待剩余部分再次静止后水面下降了0.3m。则:
(1)容器底部受到的压强减少了多少?
(2)容器底部受到的压力减少了多少?
(3)物体A的密度为多少?
解:(1)已知△h=0.3m,则容器底部受到的压强减少量:
△p=ρ水g△h=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.3m=3×103Pa;
(2)根据p=可得:
容器底部受到的压力减少量△F=△pS=3×103Pa×2m2=6×103N;
(3)由ρ= 得:物体A的质量mA=ρAVA,则GA=mAg=ρAVAg,
当物体A漂浮于水面上时,则:F浮1=GA=ρAVAg,
由F浮=ρ水gV排得:
V排1===VA ﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
已知截走部分的体积△VA=V露1=(VA﹣V排1)=(VA﹣VA),
由于物体截走部分的体积,则物体的重力变小,浮力也减小,则液体对容器底部的压力变小,
所以,液体对容器底部的压力的减小量与物体截走部分的重力相等,
即:ρA△Vg=ρ水g△hS,
所以,ρA×(VA﹣VA)g=ρ水g△hS,
整理可得:ρA2﹣ρ水ρA+×ρ水2=0,
代入数据可得:
ρA2﹣1.0×103kg/m3×ρA+×(1.0×103kg/m3)2=0,
解得:ρA=0.4×103kg/m3,或ρA=0.6×103kg/m3。
答:(1)容器底部受到的压强减少了3×103Pa;
(2)容器底部受到的压力减少了6×103N;
(3)物体A的密度为0.4×103kg/m3或0.6×103kg/m3。
12.(2021•重庆模拟)小杨选择了两个高度分别为10cm和6cm,底面积SA:SB=1:3的实心均匀的圆柱体A、B进行工艺品搭建,A、B置于水平桌面上,如图1所示。他从A的上表面沿水平方向截取高为h的圆柱块,并将截取部分平放在B的中央,则AB对桌面的压强随截取高度h的变化关系如图2所示,求:
(1)圆柱体A的密度;
(2)从A截取h=6cm的圆柱块平放在B的中央,B对桌面的压强增加量;
(3)图2中a的值。
解:
(1)从A的上表面沿水平方向截取高为h的圆柱块,并将截取部分平放在B的中央,则A对桌面的压强逐渐减小,B对桌面的压强逐渐增加,
可以判断A的最初压强是2000Pa,
均匀柱体对水平面的压强p=ρgh,则圆柱体A的密度:
ρA===2×103kg/m3;
(2)从A截取h=6cm的圆柱块的重力:△GA=ρAg△hASA,已知SA:SB=1:3,
将圆柱块平放在B的中央,B对桌面的压强增加量:
△pB=====400Pa;
(3)由图像知,B的最初压强是1200Pa,则由p=ρgh可得圆柱体B的密度:
ρB===2×103kg/m3,
由图像知,截取高度a,剩下部分A和截取后叠加B的压强相等,
即:pA'=pB',
则有:ρAg(0.1m﹣a)=,
因为ρA=ρB,SA:SB=1:3(即SB=3SA),
所以化简代入数据可得:0.1m﹣a===,
解得:a=0.03m=3cm。
答:(1)圆柱体A的密度是2×103kg/m3;
(2)从A截取h=6cm的圆柱块平放在B的中央,B对桌面的压强增加400Pa;
(3)图2中a的值是3。
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