
1.認(rèn)識(shí)液體壓強(qiáng)的特點(diǎn);
2.知道影響液體壓強(qiáng)大小的因素;
3.會(huì)計(jì)算液體的壓強(qiáng);
4.了解連通器及其工作原理。
【基礎(chǔ)知識(shí)】
一、液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)
1.液體內(nèi)部有壓強(qiáng)
如圖所示,在一個(gè)兩端開口的玻璃管底端扎好橡皮膜,或在側(cè)壁有開口的玻璃圓筒上扎好橡皮膜,分別逐漸加水并觀察現(xiàn)象。
【探究歸納】
(1)液體由于受到重力作用,因此對支撐它的容器底部有壓強(qiáng);
(2)液體由于具有流動(dòng)性,因此對阻礙它流動(dòng)的容器側(cè)壁有壓強(qiáng);
(3)液體由于流動(dòng)而在內(nèi)部互相擠壓,因此液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)。
這些力的共同特征是力的方向跟受力物體的表面垂直,并指向受力物體。
2.U型管壓強(qiáng)計(jì)
(1)作用:測量液體內(nèi)部壓強(qiáng)。
(2)構(gòu)造:主要由U型管、橡皮管、探頭(由空金屬盒蒙上橡皮膜制成)三部分組成(如圖所示)。
(3)工作原理:當(dāng)將壓強(qiáng)計(jì)的探頭放入液體內(nèi)部時(shí),探頭上的橡皮膜受到液體壓強(qiáng)的作用會(huì)發(fā)生形變,使U性管兩側(cè)液面產(chǎn)生高度差。兩側(cè)液面的高度差越大,表明探頭處橡皮膜受到的壓強(qiáng)越大。
3.實(shí)驗(yàn)探究:液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小可能與哪些因素有關(guān)
【探究歸納】
液體內(nèi)部壓強(qiáng)的特點(diǎn):
(1)液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng),在同種液體的同一深度,向各個(gè)方向的壓強(qiáng)都相等;
(2)同種液體內(nèi)部的壓強(qiáng)隨深度的增大而增大;
(3)液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小還跟液體密度有關(guān),在深度相同時(shí),液體的密度越大,壓強(qiáng)越大。
二、液體壓強(qiáng)的大小
1.液體壓強(qiáng)公式的推導(dǎo)
計(jì)算液面下深度為h處液體的壓強(qiáng)時(shí),可以設(shè)想在液面下深度為h處有一個(gè)水平放置的“平面”,計(jì)算這個(gè)平面上方的液柱對這個(gè)平面的壓強(qiáng)。
設(shè)平面的面積為S,如圖所示:
(1)液柱的體積:V=Sh,
(2)液柱的質(zhì)量:m=ρV=ρSh;
(3)液柱對水平面的壓力:F=G=mg=ρShg;
(4)水平面受到的液柱的壓強(qiáng):。
因此,液面下深度為h處液體的壓強(qiáng)為p=ρgh。由于液體內(nèi)部同一深度向各方向的壓強(qiáng)都相等,所以我們只要算出液體豎直向下的壓強(qiáng),也就知道了這一深度處液體向各個(gè)方向的壓強(qiáng)。
2.液體壓強(qiáng)公式
(1)公式:p=ρgh
(2)公式中各字母表示的物理量和單位
應(yīng)用公式p=ρgh時(shí),各個(gè)物理量的單位都應(yīng)統(tǒng)一為國際單位制中的單位。ρ的單位用kg/m3,h的單位用m,計(jì)算出的壓強(qiáng)p的單位才是Pa。
3.液體壓強(qiáng)公式的四點(diǎn)理解
(1)由公式p=ρgh可知,在g值不變的情況下,液體壓強(qiáng)只與密度和深度有關(guān),與質(zhì)量、體積無關(guān)。
(2)液體深度是指液體中被研究的點(diǎn)到液體自由液面的數(shù)值距離。如圖所示,A、B、C、D、E各點(diǎn)的深度分別為:30cm、40cm、50cm、40cm、20cm。
(3)公式p=ρgh適用于靜止、均一的液體,不適用于流動(dòng)的液體。
(4)均質(zhì)、實(shí)心、豎直的柱狀固體(如長方體、正方體、圓柱體、棱柱體等)對水平面的壓強(qiáng)p=ρ固gh是求固體壓強(qiáng)的已知特殊情況,而液體壓強(qiáng)公式p=ρgh適用于計(jì)算任何靜止、均一的液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)。
【歸納總結(jié)】公式與p=ρgh的區(qū)別與聯(lián)系
4.液體對容器底的壓力與液體自身重力的關(guān)系
容器的形狀是多種多樣的,但可以歸納為如圖所示三種基本類型。在求液體對容器底部的壓力或壓強(qiáng)時(shí),我們可以根據(jù)需要,靈活運(yùn)用相應(yīng)公式進(jìn)行計(jì)算。
三、連通器
1.連通器:上端開口、下端連通的容器叫做連通器。
2.連通器的特點(diǎn):連通器里裝入同種液體,當(dāng)液體部流動(dòng)時(shí),連通器各部分中的液面高度總是相同的,如圖所示。
3.連通器內(nèi)液面相平的原因:如圖所示,當(dāng)連通器內(nèi)的液體靜止時(shí),設(shè)想在連通器底部連通的部分有一個(gè)小液片AB。
液體靜止,液片處于平衡狀態(tài)→水平方向液片受力平衡F1=F2→因相同,故液片兩側(cè)壓強(qiáng)相等,即p1=p2→因p=ρgh,ρ、g相同,故兩側(cè)液柱高度相等,即h左=h右。
4.連通器的應(yīng)用
【考點(diǎn)剖析】
考點(diǎn)一:實(shí)驗(yàn)探究液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)
【答題技巧】
1.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查U型管壓強(qiáng)計(jì)是否漏氣,常用方法是用手輕輕按壓橡皮膜,看壓強(qiáng)計(jì)U型管兩側(cè)液面的高度差是否發(fā)生變化。如果發(fā)生變化,說明不漏氣;如果無變化或變化不明顯,說明漏氣。
2.實(shí)驗(yàn)中科學(xué)探究方法的應(yīng)用
(1)轉(zhuǎn)換法:研究內(nèi)部壓強(qiáng)的規(guī)律時(shí),通過壓強(qiáng)計(jì)中U型管兩側(cè)液面的高度差來反映液體壓強(qiáng)的大小。
(2)控制變量法:(1)控制探頭的深度、液體的密度相同,改變壓強(qiáng)計(jì)探頭的方向;(2)控制液體的密度、探頭的方向相同,改變探頭的深度;(3)控制探頭在液體中的深度、方向相同,改變液體的密度。
【例1】如圖是小花同學(xué)探究“影響液體內(nèi)部壓強(qiáng)大小的因素”的情景:
(1)U形管壓強(qiáng)計(jì)是通過U形管中兩液面的____________來反映橡皮膜所受壓強(qiáng)大小的,這種方法叫____________(選填“控制變量法”、“等效替代法”或“轉(zhuǎn)換法”)。用手指按壓橡皮膜,發(fā)現(xiàn)U形管中的液面升降靈活,說明該裝置____________(選填“漏氣”或“不漏氣”);
(2)小花要探究液體壓強(qiáng)與深度的關(guān)系,她要選擇____________兩圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)表明:同種液體,深度越小,液體壓強(qiáng)越___________;
(3)細(xì)心的小花發(fā)現(xiàn),當(dāng)金屬盒的橡皮膜置于水面下較淺處時(shí),U形管內(nèi)兩液面無高度差面無法反映出壓強(qiáng)大小,其原因可能是______________________。
考點(diǎn)二:液體內(nèi)部壓強(qiáng)的特點(diǎn)
【答題技巧】
(1)液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng),在同種液體的同一深度,向各個(gè)方向的壓強(qiáng)都相等;
(2)同種液體內(nèi)部的壓強(qiáng)隨深度的增大而增大;
(3)液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小還跟液體密度有關(guān),在深度相同時(shí),液體的密度越大,壓強(qiáng)越大。
【例2】如圖所示的容器中,水在A、B、C三處產(chǎn)生的壓強(qiáng)分別為pA、pB、pC,則它們的大小關(guān)系是( )。
A.pA=pB=pCB.pA>pB=pCC.pA>pB>pCD.pA<pB<pC
考點(diǎn)三:不同形狀容器壓力、壓強(qiáng)的比較
【答題技巧】
壓力、壓強(qiáng)的分析與計(jì)算順序:
解答關(guān)于壓強(qiáng)的綜合題時(shí)一定要注意分析、計(jì)算的是固體壓強(qiáng)還是液體壓強(qiáng)。
1.固體(先壓力后壓強(qiáng)):一、分析、計(jì)算壓力;二、由分析計(jì)算壓強(qiáng)。
2.液體(先壓強(qiáng)后壓力):一、根據(jù)液體壓強(qiáng)公式p=ρgh分析、計(jì)算液體的壓強(qiáng);二、根據(jù)F=pS分析、計(jì)算壓力。
【例3】如圖,甲、乙、丙是三個(gè)質(zhì)量和底面積都相等的容器,若在容器中裝入質(zhì)量相等的水,則三個(gè)容器底部受到水的壓強(qiáng)( )。
A.甲最大 B.乙最大 C.丙最大 D.一樣大
考點(diǎn)四:液體壓力、壓強(qiáng)的計(jì)算
【答題技巧】
★易錯(cuò)警示
對應(yīng)形狀不規(guī)則的容器,里面裝的液體對容器底的壓力F一般不等于液體的重力G液。
【例4】如圖所示,盛有水的杯子靜止在水平桌面上。杯子重1N,高10cm,底面積為30cm2;杯內(nèi)水重2N,水深6cm,水的密度為1.0×103kg/m3,g取10N/kg。求:
(1)水對杯底的壓力;
(2)水杯對桌面的壓強(qiáng)。
考點(diǎn)五:連通器
【答題技巧】
(1)根據(jù)連通器的定義判斷裝置是不是連通器;
(2)當(dāng)連通器里只有一種液體且不流動(dòng)時(shí),連通器各部分中的液面始終相平。
【例5】隨著奧密克戎等新型變異毒株出現(xiàn),疫情防控形勢嚴(yán)峻,注射新冠疫苗是全球公認(rèn)的預(yù)防感染有效手段之一注射疫苗時(shí),所用注射器的針頭做得很尖,其目的是通過______的方法來增大壓強(qiáng);注射器“吸”藥液時(shí),藥液在______的作用下進(jìn)入針筒內(nèi)。如圖所示,洗手池下的回水管是利用了______的原理。
【真題演練】
1.(北京)如圖所示,兩個(gè)圓柱形容器甲和乙放在水平桌面上,甲容器底面積大于乙容器底面積,它們分別裝有體積相等的液體,甲容器中液體的密度為,乙容器中液體的密度為。液體內(nèi)A、B兩點(diǎn)到容器底部的距離相等,其壓強(qiáng)分別為、。若兩容器底部受到的液體壓強(qiáng)相等,則下列判斷正確的是( )。
A. B. C D.
2.(無錫)如圖所示,A、B、C是三個(gè)圓柱形容器,分別裝有水或酒精(ρ水>ρ酒精)B和C兩容器的底面積相同,且其中的液體深度也相同,三個(gè)容器中,底部所受液體壓強(qiáng)最大的是( )。
A. A容器B. B容器C. C容器D. 無法比較
3.(營口)下列不是利用連通器原理工作的是( )。
A. 茶壺 B. 船閘
C. 抽水機(jī)D. 地漏
4.(廣西)如圖所示,水平桌面上甲、乙兩容器底面積均為0.01m2,甲容器內(nèi)盛有體積為3×10-3m3的水,乙容器內(nèi)盛有深度為0.35m的酒精,則甲容器內(nèi)水的質(zhì)量為______kg;從甲、乙兩容器內(nèi)抽出______m相同高度的液體后,液體對兩容器底部壓強(qiáng)相等。
5.(江漢油田潛江天門仙桃)底面積300cm2、深度20cm的薄壁圓柱形容器重6N,放置在水平桌面上,其中盛有6cm深的水如圖甲;然后將一質(zhì)量為2.7kg的實(shí)心正方體鋁塊放入水中,如圖乙。(ρ鋁=2.7×103kg/m3)求:
(1)鋁塊的體積是多少m3?
(2)圖甲中容器對水平桌面的壓強(qiáng)為多少Pa?
(3)放入鋁塊后,水對容器底部的壓強(qiáng)增加了多少Pa?
【過關(guān)檢測】
1.如圖所示,裝滿水的密閉容器置于水平桌面上,其上下底面積之比為4:1,此時(shí)水對容器底部的壓力為F,壓強(qiáng)為p。當(dāng)把容器倒置后放到水平桌面上,水對容器底部的壓力和壓強(qiáng)分別為( )。
A.F、p B.4F、p C.1/4F、p D.F、4p
2.如圖所示,將未裝滿水且密閉的礦泉水瓶,先正立放置在水平桌面上,再倒立放置,下列說法中正確的是( )。
A.水對容器底的壓強(qiáng)減小,礦泉水瓶對桌面的壓力增大;
B.水對容器底的壓強(qiáng)減小,礦泉水瓶對桌面的壓力減??;
C.水對容器底的壓強(qiáng)增大,礦泉水瓶對桌面的壓強(qiáng)減??;
D.水對容器底的壓強(qiáng)增大,礦泉水瓶對桌面的壓強(qiáng)增大
3.如圖所示,甲、乙兩容器間有一斜管相通,中間有閥門K控制,容器中裝有水,且兩容器中水面相平,則( )。
A.打開閥門K后,由于水受重力作用,水將從甲流到乙;
B.打開閥門K后,由于b處的壓強(qiáng)大于a處的壓強(qiáng),水將從乙流到甲;
C.打開閥門K后,因?yàn)榧?、乙兩容器中液面高度相等,所以水不?huì)流動(dòng);
D.打開閥門K后,因?yàn)橐抑械乃?,所以從乙流到?br>4.如圖所示的設(shè)備中,沒有應(yīng)用連通器工作的是( )。
A.茶壺 B.船閘
C.自動(dòng)喂水裝置 D.鍋爐與外面的水位計(jì)
5.甲乙兩個(gè)輕質(zhì)圓柱形容器(底面積)置于水平地面,容器中分別盛有相等質(zhì)量的不同液體,如圖(液體深度相同),則對兩種液體的密度ρ甲、ρ乙;液體對容器底部的壓力F甲、F乙;液體對容器底部的壓強(qiáng)p甲、p乙;容器對水平地面的壓強(qiáng)、大小分析中( )。
① ② ③ ④
A.只有②正確 B.只有③④正確 C.只有①②③正確 D.①②③④都正確
6.如圖是灑水車的工作場景。該車罐內(nèi)裝入1.5m深的水時(shí),車的總質(zhì)量為12t,輪胎與地面接觸的總面積為0.6m2,此時(shí)車靜止在水平路面上,對路面的壓強(qiáng)為______Pa,水對罐體底部的壓強(qiáng)______Pa。當(dāng)增大罐內(nèi)氣壓后,水就可以灑向更遠(yuǎn)處,此時(shí)罐體與出水管______(填“是”或“不是”)連通器。
7.如圖所示的三峽水電站混凝土攔河大壩做成“上窄下寬”的好處是____________。為了保證輪船順利通過三峽大壩時(shí),需經(jīng)過五級(jí)船閘才能完成“跳大壩”的壯舉,船閘利用了____________原理。
8.小明用如圖甲所示的裝置,探究影響液體內(nèi)部壓強(qiáng)的因素。
(1)用手輕按橡皮膜,U形管內(nèi) 側(cè)液面會(huì)上升。
(2)探究過程中,應(yīng)將橡皮膜先后放在 (選填“a、b”、“a、c”或“a、d”)兩點(diǎn),觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是 。
(3)圖中a點(diǎn)和d點(diǎn)的壓強(qiáng)分別是pa和pd,則pa pd。
(4)下列操作中,有可能讓丙圖中燒杯底部所受液體壓強(qiáng)變小的是 。
A.向燒杯內(nèi)加濃鹽水 B.向燒杯中加入適量的水
C.倒掉一些鹽水 D.將燒杯適當(dāng)傾斜
9.將平底薄壁直圓筒狀的空杯,放在飲料機(jī)的水平杯座上接飲料。杯座受到的壓力F隨杯中飲料的高度h變化的圖象如圖所示。飲料出口的橫截面積S1=0.8cm2,飲料流出的速度v=50cm/s,杯高h(yuǎn)=10cm,杯底面積S2=30cm2,g取10N/kg。
(1)裝滿飲料時(shí),杯底受到飲料的壓力為多大?
飲料的密度為多大?
(3)設(shè)杯底與杯座的接觸面積也為S2,飲料持續(xù)流入空杯5s后關(guān)閉開關(guān),杯對杯座的壓強(qiáng)為多大?
實(shí)例
實(shí)驗(yàn)一
實(shí)驗(yàn)二
加水前
加水后
現(xiàn)象
橡皮膜向下凸出
橡皮膜向外凸出
★特別提醒
U型管左右兩側(cè)液面的高度差,只能反映液體內(nèi)部壓強(qiáng)的相對大小,壓強(qiáng)計(jì)的示數(shù)不等于液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小。
圖示
控制變量
現(xiàn)象分析
結(jié)論
控制探頭的深度、液體的密度相同,改變壓強(qiáng)計(jì)探頭的方向
U型管兩側(cè)液面的高度差不變,即液體內(nèi)部壓強(qiáng)不變,說明液體內(nèi)部壓強(qiáng)與方向無關(guān)
液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng),同種液體在同一深度向各個(gè)方向的壓強(qiáng)都相等
控制液體的密度、探頭的方向相同,增大探頭在液體中的深度
U型管兩側(cè)液面的高度差變大,即液體內(nèi)部壓強(qiáng)變大。由于液體的密度、探頭的方向都是相同的,所以壓強(qiáng)變大是深度增加引起的
同種液體內(nèi)部的壓強(qiáng)隨深度的增加而增大
控制探頭的方向、在液體中的深度相同,增大液體的密度
U型管兩側(cè)液面的高度差變大,即液體內(nèi)部壓強(qiáng)變大。由于深度、探頭的方向都是相同的,所以壓強(qiáng)變大是液體密度變大引起的
液體在同一深度產(chǎn)生的壓強(qiáng)大小與液體的密度有關(guān),密度越大,液體內(nèi)部的壓強(qiáng)越大
★特別提醒
實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查U型管壓強(qiáng)計(jì)是否漏氣,常用方法是用手輕輕按壓橡皮膜,看壓強(qiáng)計(jì)U型管兩側(cè)液面的高度差是否發(fā)生變化。如果發(fā)生變化,說明不漏氣;如果無變化或變化不明顯,說明漏氣。
★方法技巧
實(shí)驗(yàn)中科學(xué)探究方法的應(yīng)用
1.轉(zhuǎn)換法:研究內(nèi)部壓強(qiáng)的規(guī)律時(shí),通過壓強(qiáng)計(jì)中U型管兩側(cè)液面的高度差來反映液體壓強(qiáng)的大小。
2.控制變量法:(1)控制探頭的深度、液體的密度相同,改變壓強(qiáng)計(jì)探頭的方向;(2)控制液體的密度、探頭的方向相同,改變探頭的深度;(3)控制探頭在液體中的深度、方向相同,改變液體的密度。
字母
物理量
單位
p
壓強(qiáng)
Pa
ρ
液體的密度
kg/m3
g
常量
N/kg
h
液體的深度
m
壓強(qiáng)公式
液體壓強(qiáng)公式p=ρgh
區(qū)別
適用范圍
適用于所有情況下壓強(qiáng)的計(jì)算
用來計(jì)算液體的壓強(qiáng)
決定因素
壓力和受力面積
g值不變時(shí),取決于液體的密度和深度
聯(lián)系
液體壓強(qiáng)公式p=ρgh是通過公式結(jié)合液體的特點(diǎn)推導(dǎo)出來的,是壓強(qiáng)定義式特殊形式
容器類型
容器底部受到液體壓力的定性分析
容器底部受到液體壓力的等量分析
由于液體所受重力的方向是豎直向下的,可以認(rèn)為柱狀容器中液體重力全部作用在容器底部,所以F壓=G液
液體對容器底部的壓力:F壓=pS=ρghS=ρgV柱,即F壓=G液(V柱指液柱的體積)
在口大底小的敞口容器中,柱狀線外部一部分液體的重力作用在斜面的側(cè)壁上,液體對容器底的壓力只等于以其底面積大小形成的柱狀的重力,所以F壓G液,(V柱、G柱指以容器底面積大小形成的液柱的體積和重力)
★特別提醒
連通器各部分中的液面高度相同時(shí)的條件:一、連通器中的液體是同種液體;二、液面靜止。
茶壺的壺身和壺嘴構(gòu)成連通器,方便倒水
下水彎的U型“反水彎”是一個(gè)連通器,阻擋下水道的異味進(jìn)入室內(nèi)
鍋爐水位計(jì)的玻璃管和鍋爐構(gòu)成連通器,可顯示鍋爐內(nèi)的水位
水塔和自來水管構(gòu)成連通器,將水送到千家萬戶
過路涵洞是一個(gè)連通器,使水從道路一側(cè)流到另一側(cè)
養(yǎng)殖場的自動(dòng)加水器實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)連通器,可保持飲水槽內(nèi)水位不變
船閘利用連通器原理實(shí)現(xiàn)船只通航
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