8专题八 压强和浮力 教材.docx
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8专题八压强和浮力教材
专题八压强和浮力
基础概括
1.垂直压在物体表面上的力叫________。
压力的方向垂直于受力面。
2.压力的作用效果与压力的大小和________有关。
3.在物理学中,物体所受压力的大小与受力面积之比叫做________。
压强在数值上等于物体________上所受的压力,用符号________来表示。
压强的公式是:
________,压强的单位是帕斯卡,简称帕,用符号________表示,1帕=1N/m2。
4.由公式p=
可知:
受力面积一定时,增大压力就可以增大压强;压力一定时,增大受力面积可以________压强,即压力效果分散;减小受力面积可以________压强,即压力效果集中。
5.液体的压强是由于液体受到________且______________而产生的。
6.由于液体具有________,使液体对容器的侧壁和底部都有压强,液体内部向________都有压强。
同种液体内部的压强随________而增大,在同一深度,液体向各个方向的压强都________。
7.计算液体压强的公式是:
________。
由公式可知:
液体的压强只与________和________有关,与容器的形状无关。
8.上端开口,下端________的容器叫连通器。
连通器的原理:
当连通器里盛有同种液体,在液体________的情况下,各容器中的液面总保持________。
船闸、________、________都应用了连通器的原理。
9.大气压强是由于大气受到________而产生的,和液体一样,空气内部向各个方向也都存在着压强,这种压强称为大气压强。
著名的________实验证明了大气压的存在,________和________都是利用大气压把水抽上来的。
10.托里拆利实验是测定大气压值的重要实验,在这个实验中当管中的水银面下降到某一高度后,管内上方是________,管外水银面受大气压作用,是大气压强支持着管内一定高度的水银柱,这一定高度的水银柱产生的压强跟大气压强________。
11.通常把________的压强叫标准大气压,它相当于________高的水银柱产生的压强。
大气压值随海拔高度的________。
温度不变时,一定质量的气体的体积越小,压强________,体积越大,压强________。
12.气体和液体都没有固定的形状,都具有________性,统称为流体。
在气体和液体中,流速越大的位置,压强________,流速越小的位置,压强________。
13.当气流方向与飞机机翼平行时,由于机翼横截面的特点是上凸下平,导致机翼下表面的气流速度比上表面的________,所以受到向上的压强较________,上下表面所受的压力差使机翼获得升力。
14.一切浸在液体(或气体)中的物体,都要受到________对它________的力的作用,这个力叫做________。
浮力产生的原因:
液体对浸没于液体的物体向上的压力________向下的压力,它们之差就是液体对物体的________。
15.浮力大小的测量:
我们可以用弹簧测力计测量浮力的大小,具体的做法是:
(1)用弹簧测力计测出物体在空气中的重力G;
(2)把物体浸在液体中用弹簧测力计测量,读出此时的示数F;
(3)则物体所受的浮力为________。
16.阿基米德的内容:
浸在液体中的物体受到________的浮力,浮力的大小等于它________________。
数学表达式:
________,表达式中各物理量的单位:
________。
由此可知:
浮力的大小与物体浸在液体中的体积________关,和物体的密度________关,和液体的密度________关。
17.物体的浮沉决定于它受到的浮力和________的大小关系。
物体浸没在液体中时,如果物体受到的重力________受到的浮力,物体就下沉;如果物体受到的重力________受到的浮力,物体就上浮;如果物体受到的重力________受到的浮力,物体就悬浮。
18.浮沉条件的应用:
(1)钢铁制成的轮船能够浮在水面上,道理是通过增大排开水的体积从而________。
(2)潜水艇在下水时,________不变,要改变自身的浮沉情况,采取的办法是通过向水舱中注水或排水,从而改变________达到下潜或上浮。
悬浮在水中的潜水艇受到的浮力________重力。
若用压缩空气将水舱里的水排出一部分后,它将________。
(3)气球和飞艇受到的是________的浮力,要能飞上空中,采取的办法是充入密度________空气的气体。
高度提升
1.压力和重力的大小没有必然的联系,只有当物体放在水平面上,且没有外力时,压力和重力的大小才相等。
2.受力面积是指物体间相互接触并相互挤压部分的面积,这个面积不一定等于底面积或接触面积。
3.压力作用效果的表现形式是:
形变程度的大小。
形变程度越大,压力的作用效果越明显;形变程度越小,压力的作用效果越不明显。
4.在计算物体的压强时,只有当F的单位是N,S的单位是m2时,压强的单位才是Pa,因此在计算中必须统一单位。
5.由公式推导出F=pS和S=
可用于计算压力和受力面积。
6.在液体压强公式中h表示深度,而不是高度。
7.用公式求出的压强是液体由于自身重力产生的压强,它不包括液体受到的外加压强。
8.液体的压强只与液体的密度和液体的深度有关,而与液体的质量、体积、重力、容器的底面积、容器的形状无关。
9.由于液体具有流动性,静止在水平放置的容器中的液体,对容器的压力不一定等于液体的重力。
10.液体的压强公式也适合于柱形固体。
11.对于固体,一般的计算顺序是先压力后压强;对于液体,一般的计算顺序是先压强后压力。
12.连通器内各容器液面相平的条件:
(1)同一液体,
(2)液体不流动。
13.托里拆利是把大气压转化为可计算的液体压强,最终得到大气压的数值。
托里拆利实验中,水银柱的竖直高度与管子的粗细、槽内水银的多少、玻璃管是否倾斜无关。
14.大气压的影响因素:
海拔高度,季节,天气…
15.在流动的气体、液体和固体中,流速越大的位置,压强越小;流速越小的位置,压强越大。
16.浸在液体中的物体不一定都受到浮力。
例如:
物体与容器底部密合时。
17.浮力的实质是液体对物体各个表面的压力的合力,因此,浮力与液体的压力不能同时考虑。
18.阿基米德原理中所说的“浸在液体中的物体”包括两种状态:
(1)物体全部进入液体里;
(2)物体一部分进入液体里,另一部分露在液面以上。
19.浮力的大小只与液体的密度和物体排开液体的体积有关,跟物体本身的体积、密度、形状、在液体中的深度等因素无关。
20.阿基米德原理也适用于气体。
21.计算浮力的四种方法:
称量法、压力差法、原理法、平衡法。
22.物体的浮沉取决于重力与浮力的关系。
23.探究实验中的方法:
控制变量法、对比法、转换法。
考点剖析
考点一:
固体压强及其改变方法
例1:
(2015毕节)叠罗汉是一种体育娱乐项目,如图,三个体重、体型相同的人叠成两层静态造型。
每个人体重均为G,每只鞋的鞋底面积均为S,则图中箭头所指的那只脚对水平地面的压强为()
A.
B.
C.
D.
思路点拨:
上面的人受到的竖直向下重力为G,所以每个腿上的力都是
G,底层的人,受到竖直向下的力为:
G+
G=
G,所以其每条腿上的力为:
G,箭头所指的那只脚对水平地面的压强:
p=
=
。
答案:
选A。
例2:
(2015扬州)下列实例中,属于增大压强的是()
思路点拨:
压力一定时,受力面积越小,产生的压强越大,A正确;书包背带较宽、载重汽车车轮较多、滑雪板面积较大都是通过增大受力面积来减小压强的,B、C、D错。
答案:
选A。
考点二:
固体压强的计算
例1:
(2015扬州)平底茶杯放在水平桌面上,茶杯重3N,茶杯的底面积是25cm2,茶杯内装有200cm3的水。
(g取l0N/kg)求:
(1)茶杯内水的质量。
(2)茶杯对桌面的压强。
思路点拨(解题思路):
(1)茶杯内水的质量为m=ρ水V=1g/cm3×200cm3=200g=0.2kg;
(2)杯内水的重为:
G水=m水g=0.2kg×10N/kg=2N,杯子对桌面的压力为F=G总=G水+G杯=3N+2N=5N,杯子的底面积为S=25cm2=2.5×10-4m2,所以茶杯对桌面的压强为p=
=
=2×103Pa。
答案:
(1)0.2kg;
(2)2×103Pa
例2:
(2015永州)我市燕子快递公司为了更加方便、快捷、环保地服务于广大客户,创新了无人机快递服务。
该公司如图所示无人机有关信息如下表:
无人机自重(含电池)G
160N
最大升力F
260N
最大飞行速度v
54km/h
脚架与水平地面接触面积S
10-2m2
求:
(1)无人机送货时最大能装载多少kg的货物?
(取g=10N/kg)
(2)现要将货物送到27km的地方,最快需要多少min?
(3)当无人机载着40N货物降落在水平地面上时,对地面产生的压强是多大?
思路点拨(解题思路):
(1)无人机上货物的最大重力G=F-G机=260N-160N=100N,无人机送货时最大能装载的货物质量
(2)现要将货物送到27km的地方,最快需要时间
(3)无人机对地面的压力F’=
+
=160N+40N=200N,地面受到的压强为
答案:
(1)10kg;
(2)30min;(3)2×104pa
考点三:
液体压强的特点及计算
例1:
(2015新疆)某同学用如图的装置探究液体内部压强的特点。
容器中间用隔板分成左右两部分,隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封闭。
容器中加入液体后,橡皮膜两侧压强不同时,其形状会发生改变,图中符合实验事实的是()
思路点拨:
液体内部压强规律:
液体内部向各个方向都有压强,液体压强随深度增加而增大,在同一深度处液体向各个方向的压强都相等,同种液体同一深度液体密度越大压强越大。
A两边液体密度深度相等压强相等,B液体相同右测深度大压强大,CD两边深度相同,盐水密度大压强大,橡皮膜向水一边凸。
答案:
选D。
例2:
(2015通辽)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。
思路点拨(解题思路):
(1)水对桶底的压强为:
p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.15m=1.5×103Pa;
(2)桶底受到水的压力为:
F=pS=1.5×103Pa×1×10-2m2=15N;
(3)桶对台面的总压力为:
F=G水+G桶=mg+G桶=80N+20N=100N,所以台面受到桶的压强为:
p=
=
=1×104Pa。
答案:
(1)1.5×103Pa;
(2)15N;(3)1×104Pa。
考点四:
连通器的原理
例1:
(2015茂名)物理兴趣小组的同学对图所示的现象进行讨论,其中错误的是()
A.图甲帕斯卡裂桶实验说明液体的压强与液体的深度有关
B.图乙对沸腾的水停止加热,抽气减压,水再次沸腾,说明气压减小沸点降低
C.图丙用吸管喝饮料时,瓶里的饮料是被“吸”上来的
D.图丁洗手盘下方弯管的水密封利用了连通器原理
思路点拨:
A.液体内部的压强随深度的增加而增大,帕斯卡裂桶实验说明液体的压强与液体的深度有关,A正确。
B.图乙对沸腾的水停止加热,抽气减压,水再次沸腾,说明气压减小沸点降低,B正确。
C.图丙用吸管喝饮料时,瓶里的饮料是被大气压“压”上来的,而不是“吸”上来的,C错误。
D.图丁洗手盘下方弯管的水密封利用了连通器原理,故D正确。
答案:
选C。
例2:
(2015青海)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_________(填“流动”或“不流动”)。
思路点拨:
同一种液体,液面相平,a点的深度小于b点的深度,根据液体内部压强规律,同种液体深度越深压强越大,则a、b两处的压强Pa 答案: <;不流动。 考点五: 大气压的存在与应用 例1: (2015攀枝花)小明为家中的盆景设计了一个自动供水装置,如图,用一个塑料瓶装满水倒放在盆景盘中,瓶口刚刚被水浸没。 当盘中的水位下降到使瓶口露出水面时,空气进入瓶中,瓶中就会有水流出,使盘中的水位升高,瓶口又被浸没,瓶中的水不再流出。 这样盆景中的水位可以保持一定的高度。 塑料瓶中的水不会全部流掉的原因是() A.受水浮力的作用B.外界大气压的作用 C.盆景盘支持力的作用D.瓶口太小,水不易流出 思路点拨: 瓶中的水不会全部流出来是由于外界的大气压大于瓶子内部气体的压强,大气压把水托住了,所以不会全流下来。 答案: 选B。 例2: (2015河北)下列物理学的研究成果与托里拆利有关的是() A.发现光的色散 B.测出大气压的值 C.发现电流的磁效应 D.判断出通电螺线管的磁极性跟电流方向的关系 思路点拨: 托里拆利测出了大气压强的数值,它相当于760毫米水银柱产生的压强,约为 1.01×105Pa;牛顿发现了光的色散现象——白光是由红橙黄绿蓝靛紫七种色光组成的;电流的磁效应是奥斯特发现的,他发现了电流周围存在磁场;安培发现通电螺线管周围的磁场与条形磁体周围的磁场相似,可由安培定则来判断通电螺线管的磁极性跟电流方向的关系。 答案: 选B。 考点六: 流体压强与流速的关系 例1: (2015常州)为改善地铁地下车站的通风状况,小明设计了抽气管道,利用地面横风实现自动抽气.为提高抽气效果,管道上方遮雨盖的形状应设计成下列图中的() 思路点拨: 要想自动抽出管道内的空气,需要使管道内的气压高于管口处的气压,流体的流速越大,气压越低,所以可以加快管口处空气的流动速度,比较四个图可知空气通过B图中的遮雨盖的下表面时通过的路程大于上表面,所以管口处的压强会减小,小于大气压强,管道内的气体被自动压了出来。 答案: 选B。 例2: (2015南京)如图所示,将乒乓球放在漏斗的下面紧贴漏斗,从漏斗口向上吸气,乒乓球不掉下来,这是因为;从漏斗口向下吹气,乒乓球也不会掉下来,这是因为。 思路点拨: 当向下吹气时,球上方的气体流动速度较快,气压减小,小于球下方的大气压强,球不掉下来是由于受到向上的力大于向下的力。 答案: 大气压的作用;流体的流速越大大压强越小。 考点七: 阿基米德原理 例1: (2015玉林)如图所示,是小鹰同学测量某种液体密度的过程。 请你根据实验数据,求: (1)小石块的质量; (2)小石块的体积; (3)液体的密度。 (g取10N/kg) 思路点拨(解题思路): (1)石块的质量: m= = =0.3kg (2)石块浸没在水中时: F浮=G–F弹=3N–2N=1NV石=V排= = ( )=1×10-4m3 (3)石块浸没在水中时: F/浮=G–F/弹=3N–2.2N=0.8N∵F/浮=ρ液V排g∴ρ液= = =0.8×103kg/m3 答案: (1)0.3kg (2)1×10-4m3(3)0.8×103kg/m3 例2: (2014郴州)小英同学在探究“浮力的大小等于什么”时,做了如图所示的实验,四步实验中弹簧秤的示数F1、F2、F3、F4,下列等式正确的是( ) A.F浮=F2﹣F3B.F浮=F4﹣F3C.F浮=F2﹣F1D.F浮=F2﹣F4 思路点拨: 由阿基米德原理知: 浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力作用,浮力大小等于物体排开液体受到的重力.观图可知F浮=F4﹣F1;根据称重法,浮力大小等于物体在浸入液体前后的弹簧测力计示数之差.观图可知F浮=F2﹣F3。 答案: 选A。 考点八: 浮沉条件的应用 例1: (2015泸州)体积相等的甲乙两实心物体,其密度分别是0.8×103千克/米3和1.2×103千克/米3,同时投入水中,静止后所受浮力之比为;如果甲、乙两物体的质量相等,则在水中静止后所受浮力之比为。 思路点拨: (1)体积相等的甲乙两实心物体,因为ρ甲<ρ水,ρ乙>ρ水,所以投入水中,静止后甲物体漂浮;乙物体下沉容器底,即全部浸没;则F浮甲=G=m甲g=ρ甲gV;F浮乙=ρ水gV排=ρ水gV;由于甲乙两物体体积相等,则 = = =4: 5; (2)如果甲、乙两物体的质量相等,由 (1)可知: 静止后甲物体漂浮;则F浮甲=G=mg.乙物体下沉容器底,则由ρ= 得: V排= ,F浮乙=ρ水gV排=ρ水g×(m/ρ乙),则 = =6: 5。 答案: 4: 5;6: 5。 例2: (2015雅安)一物块轻轻放入盛满煤油的大烧杯中,静止后有160g煤油溢出;将其轻轻放入盛满水的大烧杯中,静止后有180g水溢出。 已知煤油的密度是0.8×103kg/m3,则物块在水中静止时的状态及物块的密度分别是() A.下沉,1.1×103kg/m3B.漂浮,0.85×103kg/m3 C.悬浮,1.0×103kg/m3D.漂浮,0.90×103kg/m3 思路点拨: 一物块轻轻放入盛满煤油的大烧杯中,静止后有160g煤油溢出;溢出煤油的体积: ; 将其轻轻放入盛满水的大烧杯中,静止后有180g水溢出,溢出水的体积: ; 因为V水小于V油,所以物块在水中静止时是漂浮,物块的重力等于浮力,由阿基米德原理,物体在水中的浮力等于排开水的重力。 即G物=F浮=G排=m排g=0.18kg×10N/kg=1.8N;物体的质量: ; 又因为溢出煤油的质量小于溢出水的质量,所以物块在煤油中静止时是沉底的,物体的体积等于排开煤油的体积,即V物=V油=2×10-4m3。 物体的密度: 。 答案: 选D。 考点九: 探究压力与作用效果的关系 例1: (2015广东)如图是“探究影响压力作用效果的因素”实验,甲图所示,将小桌放在海绵上;乙图所示,在小桌上放一个砝码;丙图所示,把小桌翻过来,桌面朝下,并在它上面放一个砝码, 比较两图可知,当受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显; 比较乙丙两图可知,当压力一定时,压力的作用效果越明显; 此实验中运用到的主要探究方法是。 思路点拨: 本题主要运用控制变量法,甲乙两图受力面积相同,乙的压力大,效果明显;乙丙两图压力相同,乙的受力面积小,效果明显。 答案: 甲乙; 受力面积越小;控制变量法(或转换法)。 例2: (2015青海)在探究压力的作用效果与哪些因素有关的实验中利用了三个相同的瓶子、水和海绵,如图所示。 (1)实验中通过观察____来比较压力的作用效果。 (2)比较____两图可知,压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。 (3)比较a、c两图,可知。 (4)该实验中用到的研究物理问题的方法有和转换法。 思路点拨: 在探究压力的作用效果与哪些因素有关的实验中,为了明显显示压力的作用效果通过观察海绵的凹陷程度来比较压力的作用效果。 要研究压力的作用效果与受力面积关系,就要保持压力一定时,减小受力面积,可以比较a、b两图可知。 比较a、c两图,可知受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显。 压力的作用效果与压力大小和受力面积有关,要用控制变量法来研究,还用到了转换法。 答案: (1)海绵的凹陷程度; (2)a、b;(3)受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显;(4)控制变量法。 考点十: 探究液体压强的特点 例1: (2015兰州)如图甲所示,该实验装置的名称是________。 使用前应检查装置是否漏气,当用手指按压(不论轻压还是重压)橡皮膜时,发现U形管两边液面的高度几乎不变,则说明装置________(选填“漏气”或“不漏气”)。 图乙和图丙是将该装置的探头放入水中不同深度的情况,比较后得出的结论是: 液体内部的压强随深度的增加而________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。 比较图丙和图丁,得出的结论是: 液体内部的压强与________有关。 思路点拨: 该实验装置的名称是压强计。 使用前应检查装置是否漏气,当用手指按压(不论轻压还是重压)橡皮膜时,发现U形管两边液面的高度几乎不变,则说明装置漏气,气体在漏气的地方跑出去了,没有推动U形管中的液注变化。 图乙和图丙是将该装置的探头放入水中不同深度的情况,发现探头在较深的丙图中,U形管中液注变化较大,说明液体内部的压强随深度的增加而增大。 比较图丙和图丁,在同一深度,盐水中的U形管变化较大,说明: 液体内部的压强与液体的密度有关。 答案: 压强计;漏气;增大;液体密度。 例2: (2015莆田)为了验证液体压强的特点,某实验小组设计了如图装置,容器中间用隔板分成左右两部分,隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封闭。 (1)当橡皮膜两侧所受的压强不同时,橡皮膜的发生改变。 (2)当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(填“左”或“右”)侧凸出,说明液体压强与有关。 (3)当容器左右两侧分别加入深度相同的水和盐水时,会看到橡皮膜向(填“左”或“右”)侧凸出,说明液体压强与有关。 思路点拨: (1)实验中橡皮膜的凹凸程度反映了压强的大小,当橡皮膜两侧所受的压强不同时,橡皮膜的凹凸程度发生改变。 (2)左侧水面较低,压强较小,右侧深度较大压强较大,所以橡皮膜会向左侧凸出,说明液体压强与深度有关。 (3)当容器左右两侧分别加入深度相同的水和盐水时,盐水的密度较大,对橡皮膜的压强较大,会看到橡皮膜向左侧凸出,说明液体压强与液体密度有关。 答案: (1)凹凸程度; (2)左,深度;(3)左,液体密度。 考点十一: 探究影响浮力的因素 例1: (2015青岛)在进行“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,同学们提出了如下的猜想: A.可能与物体浸没在液体中的深度有关; B.可能与物体的密度有关; C.可能与液体的密度有关; D.可能与物体浸在液体中的体积有关。 为了验证上述猜想,小明选用了物块甲和乙(甲和乙的体积相等但密度不同)、弹簧测力计、一杯水、一杯盐水、细绳等器材,做了如图所示的实验。 (1)分析比较实验①⑤,可以知道甲浸没在水中时所受到的浮力是N; (2)分析比较实验①④⑤,可以验证猜想是错误的; (3)分析比较实验①⑤与②⑥,可以验证猜想是错误的; (4)分析比较实验,可以验证猜想D是正确的。 (5)分析比较实验可得: 浸在液体中的物体所受浮力的大小与液体的密度有关。 (6)综合以上分析,得出最后的实验结论是: 浸在液体中的物体所受浮力的大小与 有关。 (7)在进行实验⑥⑦过程中,也运用了控制变量法,保持了不变,进行探究、验证。 思路点拨: (1)实验①得到物体重力,实验⑤得到物体在液体中的拉力,可以知道甲浸没在水中时所受到的浮力是F浮=G-F示=3.0N-1.0N=2N; (2)实验①④可以计算得到刚刚浸没在水中的物体受到的浮力为2N,实验①⑤可以计算得到浸没更深时,物体受到的浮力仍为2N,可见浸没在液体中的物体受到的浮力与浸没的深度无关,可以验证猜想A是错误的; (3)实验①⑤可以得到甲物体浸没在水中受到的浮力大小为2N,实验②⑥可以计算得到乙物
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