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D
典例4.(2011上海初中物理知识竞赛题)如图所示,置于水平桌面上的一个密闭的圆锥形容器内装满了重力为G的某种液体。
已知:
圆锥形容器的容积公式为V=
πR2h,,其中,R、h分别为容器的底面半径和高。
则容器内的液体对容器侧面的压力大小为()
A.1GB.2GC.3GD.0
B解析:
若重力为G的某种液体装在圆柱体容器内,容器内的液体对容器底面的压力应为G,重力为G的某种液体装在圆锥形容器内,则其液面高度为圆柱形容器的3倍,容器内的液体对容器底面的压强为圆柱形容器的3倍,其压力为3G。
把液体看作整体,分析受力,由平衡条件可知,容器侧面对液体的压力大小为2G,根据力的作用是相互的,容器内的液体对容器侧面的压力大小为2G,所以正确选项为B。
典例5.你是否有过这样的经历:
撑一把雨伞行走在雨中,如图5所示,一阵大风吹来,竖直方向伞面可能被“吸”,发生形变。
下列有关这一现象及其解释,正确的是
A.伞面被向下“吸”
B.伞上方的空气流速大于下方
C.伞上方的空气流速等于下方
D.伞上方的空气流速小于下方
大风吹来,由于伞上方凸起,伞上方的空气流速大于下方,伞上方的空气压强小于下方,所以伞面被向上“吸”,选项B正确。
【竞赛实战训练】
1.一块长为L,质量分布均匀的木板A放在水平桌面上,板A右端与桌边相齐(如下图所示)。
在板的右端施一水平力F使板A右端缓慢地离开桌边L/3,在板A移动过程中,下列说法正确的是
A.A对桌面的压强不变
B.A对桌面的压力不变
C.A对桌面的压力不断变小
D.A对桌面的压强不断变小
在物体移动的过程中,A对桌面的压力大小始终等于物体的重力大小,因此压力不变,选项B正确C错误。
A向右移动,A与桌面的接触面积减小,在F不变的情况下,由压强公式p=F/S可知,压强增大,选项AD错误。
2.如图6所示,水平桌面上有两个完全相同的鱼缸甲和乙,盛有适量的水,把一个橡皮泥做的小船放入乙后,小船处于漂浮状态,此时两鱼缸内的水面刚好相平。
然后把它们分别放在台秤上,则台秤的示数
A.甲放上时大
B.乙放上时大
C.甲或乙放上一样大
D.无法判断
C解析:
根据两鱼缸内的水面刚好相平,由液体压强公式可知,鱼缸底部受到的液体压强一样大,完全相同的鱼缸,底面大小相等,所以鱼缸对台秤的压力一样大,台秤的示数一样大,选项C正确。
3.如图所示,放在水平地面上的是三个由同种材料制成的实心立方体、长方体和
圆柱体,则它们对地面的压强最大的是
A.立方体。
B.长方体。
C.圆柱体。
D.缺少条件,无法判断。
答案.C解析:
根据柱体的压强公式可知,圆柱体,对地面的压强最大,选项C正确。
4.图4是甲、乙两种物质的质量和体积的关系图像。
若用质量相等的甲、乙两种物质分别制成实心正方体A、B,把它们平放在水平地面上,则两正方体A、B对水平地面的压强之比为
A.8∶1B.4∶3C.1∶2D.4∶1
D解析:
由质量和体积的关系图像可知,甲的密度为8g/cm2,乙的密度为1g/cm2。
由m=ρV可知,用质量相等的甲、乙两种物质分别制成实心正方体A、B,A的体积为B的1/8,根据立方体体积公式,A的边长为B的1/2,利用柱体的压强公式,p=ρgh可得A、B对水平地面的压强之比为4∶1,选项D正确。
5.如图所示,水平桌面上的圆台形容器内有一块冰。
当这块冰全部融化成水后,下列说法正确的是
A.桌面受到的压力变小
B.桌面受到的压强变大
C.容器底的内表面受到的压力变大
D.容器底的内表面受到的压强变小
当这块冰全部融化成水后,质量不变,重力不变,桌面受到的压力不变,桌面受到的压强不变,选项AB错误;
冰全部融化成水后,容器底的内表面受到的压力不变,由于接触面面积增大,容器底的内表面受到的压强变小,选项C错误D正确。
6.如图所示,在一个开口锥形瓶内注入适量水,然后将它放在水平桌面上.此时水对瓶底的压力为5N,现在将一个重为G1的木块放入瓶中,水对瓶底的压力变为6N,再将一个重为G2的木块放入瓶中,水对瓶底的压力变为7N.木块与瓶始终不接触,水也没有溢出,则( )
A.G2>G1>1NB.G1>G2>1N
C.G1<G2<1ND.G2=G1=1N
A解析:
由于是开口锥形瓶,水对瓶底的压力增大值小于木块的重力,所以选项A正确。
7.下列各种现象与其涉及物理知识之间的关系中,错误的是( )
A.高原反应——大气压和海拔高度的关系
B.飞机飞行时获得升力——流体压强和流速的关系
C.水下潜水艇能够上浮——液体的压强和深度的关系
D.利用高压锅容易将饭煮熟——沸点和气体压强的关系
水下潜水艇能够上浮,是由于浮力大于重力,选项C说法错误
8.同学们梳理了教材中与压强知识相关的实验,如图所示,其中分析正确的是()
A.甲图实验,装有水的瓶子竖放在海绵上,瓶中水越少,海绵凹陷越明显
B.乙图实验,当微小压强计的探头在水中深度逐渐增大时.U形管两边液面高度差不变
C.丙图实验,测出拉开吸盘时大气对吸盘的压力和吸盘的面积,可估测大气压强的值
D.丁图实验,向外拉活塞,试管内停止沸腾的水再次沸腾,可知气压减小,水的沸点升高
甲图实验,装有水的瓶子竖放在海绵上,瓶中水越多,对海绵压力越大,海绵凹陷越明显,选项A错误;
乙图实验,当微小压强计的探头在水中深度逐渐增大时.U形管两边液面高度差变大,选项B错误;
丙图实验,测出拉开吸盘时大气对吸盘的压力和吸盘的面积,可估测大气压强的值,选项C正确;
丁图实验,向外拉活塞,试管内停止沸腾的水再次沸腾,可知气压减小,水的沸点降低,选项D错误。
9(2011上海初中物理知识竞赛题)在两端开口的弯管内用两段水柱封闭了一段空气柱,A、B、C、D四个液面的位置关系如图所示。
现将左侧试管底部的阀门K打开,释放掉少量水后立刻关闭阀门,A、B、C液面相对各自原来的位置上升或下降的长度△hA、△hB和△hC之间的大小关系为()
A.△hA=△hB=△hCB.△hA>
△hB>
△hC
C.△hA>
△hB=△hCD.△hA=△hB>
.答案:
B
释放掉少量水后立刻关闭阀门,空气柱长度增大,压强减小,C液面上升,B液面下降,A液面下降。
AB液面之间高度差减小,△hA>
△hC,选项B正确。
10.(2011上海第25界初中物理竞赛)如图所示,体积相同、密度分别为ρA、ρB的A、B两立方体正对叠放于水平桌面上,且ρA∶ρB=1∶3。
A对B的压强为pA,B对桌面的压强为pB。
现逐渐减小A的体积,但始终保持A的形状为立方体且密度不变。
在A的体积减小的过程中,pA与pB的比值()
A.始终变大B.始终变小
C.先减小后变大D.先增大后减小
设A立方体的边长为a,B立方体的边长为b,A立方体的密度为ρ,则B立方体的密度为3ρ,A对B的压强为pA=ρga,B对桌面的压强为pB=3ρgb+ρga3/b2,在A的体积减小的过程中,pA与pB的比值始终变小,选项B正确。
二.填空题
1.(2009全国初中应用物理知识竞赛题)在建造高楼大厦时,其地基大多采用箱式基础。
所谓箱式基础,就是把整栋大楼占地范围的地皮掏空挖深,然后填上钢筋混凝土。
箱式基础的优点在于:
第一,增大了大楼与地面的接触面积,从而减小了大楼对地面的_________,可有效地防止地皮大幅度的下陷;
第二,降低了整栋大楼的___________,增大了大楼的稳度,提高了大楼的抗震能力。
压强重心
2.如图6所示,圆柱形容器甲和乙放在水平桌面上,它们的底面积分别为200cm2和100cm2。
容器甲中盛有0.2m高的水,容器乙中盛有0.3m高的酒精。
若从两容器中分别抽出质量均为m的水和酒精后,剩余水对容器甲底部的压强为p水,剩余酒精对容器乙底部的压强为p酒精。
当质量m的范围为时,才能满足p水>p酒精。
(ρ水=1.0×
103kg/m3,ρ酒精=0.8×
103kg/m3)
800g<m<2400g解析:
由液体压强公式,p=ρgh,要满足p水>p酒精,剩余液体高度必须满足h水>
0.8h酒精,容器乙中盛有酒精质量为100×
10-4m2×
0.3m×
0.8×
103kg/m3=2.4kg=2400g。
设从两容器中分别抽出质量均为m的水和酒精后,二者压强相等,则有(0.2-
)gρ水=(0.3-
)gρ酒精,解得m=0.8kg=800g。
所以当质量m的范围为800g<m<2400g时,才能满足p水>p酒精。
3.(2012年“志英杯”物理竞赛)如图所示,甲、乙、丙三个实心正方体分别放在水平地面上,它们对水平地面的压强相等。
甲、乙、丙对地面压力最大的是 ;
密度最大的是。
如果在三个正方体上分别放一个质量相等的铜块,则三个正方体对水平地面的压强最大的是 。
(均选填“甲”、“乙”或“丙”)
甲丙丙
由于三者对水平地面的压强相等,底面积越大,压力越大,所以对地面压力最大的是甲;
由柱体压强公式可知,当三者对水平地面的压强相等时,柱体越低,密度越大,所以三者密度最大的是丙;
如果在三个正方体上分别放一个质量相等的铜块,则三个正方体对水平地面的压强最大的是底面积最小的丙。
三.简答题
1.
(2012全国初中应用物理知识竞赛)图6是鱼缸中过滤增氧泵增氧工作时的原理示意图,水泵把水从进水管口吸入,从出水管口快速喷出时,空气就会从进气管口进入水中,与水流一起喷出。
(1)请解释空气能进入水中的原理和过程;
(2)请再列举一个生产或生活中利用上述原理进行工作的例子。
1.(5分)参考答案
①流体流速大的地方压强小.当水从出水管口快速喷出时,进气管下部压强减小,这时进气管内的水平下降,起到降至出水管以下,附近的空气在大气压的作用下被压入出水管的水中,随水流从出水管口进入鱼缸内的水中。
②燃气灶灶头与燃气管是分离的,但是在利用燃气灶烧水或做饭的时候,并没有燃气从进气口处外溢,就是因为在灶头与燃气管对接处.气体流速大、压强小,所以燃气不会向压强大的周围外溢。
说明:
①4分,②1分,共5分
2..(2010全国初中应用物理知识竞赛题)小丽在厨房帮妈妈做饭时发现菜刀上有两种孔,如图9所示,她对这两种孔的作用不了解。
请你给她解释圈中孔①、②的作用。
答案两个要点:
(1)孔
是挂刀孔,用此孔把菜刀挂在墙上(或支架上)。
(2)孔
为透气孔,在切菜的时候,透气孔中的空气会在菜片和菜刀之间形成一隔层,避免大气压将菜片直接压紧在菜刀上而增大切菜阻力;
同时菜片和菜刀之间的空气可使菜片脱落而不沾刀。
3.(2010全国初中应用物理知识竞赛题)2008年8月1日,京津城际高速铁路正式开通运营,使用的是国产“和谐号”CRH3型动车组(如图7所示)。
该车车厢内部设有独特的空气调节系统,夏天送冷风时,车顶中部和车窗下部的送风量之比约为3:
1;
冬天送热风时,车顶中部和车窗下部的送风量之比约为1:
3。
这样送出的风平和、均匀,保障车厢各处温度适宜。
请定性解释采用这种送风比例设计的原因。
.答案两个要点:
(1)温度低的空气密度大,冷风从车顶吹进来后,快速下沉,结合窗口送分可使整个车厢温度很快均匀降低。
(2)温度高的空气密度小,热风从下部吹进来后,快速上升,结合车顶送分可使整个车厢温度很快均匀升高。
4.(2010全国初中应用物理知识竞赛题)
中新网2009年5月20日电:
英国《每日邮报》19日刊登了一组照片,如图10所示。
灰鹅在飞行途中突遇强风,这只艺高胆大的灰鹅做出了令人吃惊的动作——以飞行方向为轴线,横向转体180度,但最难的是——它的头部依然保持着正常飞行时的姿态!
虽然这看起来有些不可思议,连世界上最优秀的体操运动员都会被其柔韧的鹅脖所折服。
请你思考并回答,灰鹅这样转体的效果是什么,为什么?
.答案四个要点:
(1)迅速降低高度;
(2)这样转体可使翅膀下方空气流速大于上方空气流速;
(3)根据流速大的地方压强小,流速大的地方压强大的规律;
(4)灰鹅受到的向下的压力大于向上的压力,从而使灰鹅受到空气的压力合力方向向下,有助于灰鹅迅速降低高度,躲避强风,使飞行更安全。
四.综合运用
1.(2009全国初中应用物理知识竞赛复赛题)小明家的高压锅锅体直径为24cm,排气孔内径为4mm。
小明不慎丢失了锅的限压阀,当他到商店购买时售货员告诉他,生产这个锅的厂家提供的限压阀有两种,孔径相同,质量分别为100g和60g。
(1).请你根据说明书给出的数据,通过计算说明,小明应该买哪一种限压阀。
(说明书标有:
当大气压为105Pa时,该锅最高温度为120℃。
水的沸点与压强的关系如图1所示,取g=10N/kg)
(2).请你说明如果买另一种限压阀,使用时会出现什么问题。
(1).由图1可知,当锅内温度为120℃时,锅内压强p=1.8×
105Pa。
此时限压阀受力:
F0+G=F
设安全阀的质量为m,则有:
p0S+mg=pS
可得:
m=
kg=0.1kg=100g,
所以,应该买质量为100g的限压阀。
(2).如果买了另一种质量为60g的限压阀,使用时会出现锅内的最高气压值偏小,锅内温度不能达到120℃的后果。
2.(2012全国初中物理竞赛预赛)如图18所示,在一个底面积为S的圆柱形容器中,盛有深度为h、密度为ρ的液体。
(1)试证明:
液体对底面的压强为p=ρgh。
(2)根据公式分析,液体内部压强的大小与哪些因素有关?
(3)气体的压强与液体相似,请你应用公式,根据地面的标准大气压值估算大气层的高度。
已知在标准状况(0℃、一个大气压)下空气的密度为1.2kg/m3,并说明所估算出的值与实际相比是偏大还是偏小。
为什么?
2、(12分)
解:
(1)高为h液柱的体积为V=Sh…………(1分)
液柱的质量为m=ρSh…………(1分)
液柱的重力为G=mg=ρgSh…………(1分)
液体对底面的压强为
………(3分)
(2)由公式可以看出,液体内部的压强与液体的深度h和液体的密度ρ有关,深度越大压强越大,密度越大压强越大。
…………(2分)
(3)地面的标准大气压p=1.0×
105Pa,空气密度ρ=1.2kg/m3,g=10N/kg
代入公式p=ρgh得
…(2分)
所估算出的值与实际相比偏小,因为高空的空气密度很小,估算所用密度值偏大,估算出的高度就偏小。
评分标准:
参考以上标准给分,其他解法,只要正确,同样给分。
3.(2012全国初中应用物理知识竞赛复赛)双活塞气压计是一种可以消除活塞自重影响、对低压'
容器内的压强进行测量的装置。
如图3所示,在甲、乙两个空腔容器中各有一个活塞A和B,其中活塞A的截面上下一致,称为自由活塞,其横截面积为S1;
活塞B的上下截面不等,称为差动活塞,其上下两部分的横截面积分别为S2和S3。
乙容器的上、下两部分彼此隔绝,不能相互渗气、渗油。
C为带有阀门K1的工作液体的接口,工作液体充满甲容器和乙容器的上部空腔;
D为带有阀门K2的接口,可接待测容器;
E为带有阀门K3的接口,可与抽气机相连。
测量前要先校正零位平衡:
K1关闭,K2打开,D口不连接待测容器,在两活塞上面放置砝码(图中未画出),调节砝码的质量使两活塞升起的高度相同。
进行测量时,要将待测量的容器接在D口上,并关闭K2、打开K3,开动抽气机进行抽气,待乙容器下部空腔内接近真空时,关闭K3、打开K2,此时差动活塞B己有所下降,在自由活塞A上再加放重为G的砝码时,A、B两活塞的上表面恰好能恢复等高。
己知进行测量时大气压强为p0,求待测容器内气体的压强p。
172根据帕斯卡定律可知:
加在密闭液体上的压强能够大小不变地被液体向各个方向传递。
172教学网
在自由活塞A上再加放重为G的砝码时,A活塞对工作液体增加的压强为
。
2分
根据帕斯卡定律,工作液体对活塞B向上增加的压力为
……………4分
又因为活塞B下底面向上减小的气体压力为
因为活塞B能够回到原来的高度,所以
……4分
即
所以待测容器内的气体压强为
…4分
24.(2013全国初中应用物理知识竞赛预赛题)小华家买了一箱牛奶,如图20所示。
她仔细观察了包装箱,对箱上的包装标志产生了兴趣,经查阅,其中的“堆码层数极限”标志表示“相同包装件在仓储时的最大堆码层数”,即该牛奶箱最大堆码层一数是l6层。
另外,小华还测出了包装箱平放时的底面积为0.07㎡。
请解答下列问题;
(1)已知箱中每盒牛奶的包装袋上有“净含量250mL257g”字样,这种牛奶的密度是多少?
(计算结果保留小数点后两位小数
(2)若在仓储时堆码层数达到了极限l6层,则最下层的包装箱受到的压力是多少?
它所承受的压强是多少?
(g=10N/kg)
(3)利用所学的物理知识,说明为什么要对包装箱设置“堆码层数极限”。
24.(8分)解:
(1)每盒牛奶的质量m=257g,体积V=250mL=250cm3,则
牛奶的密度ρ=m/V=
=1.03g/cm3。
(3分)
(2)最下层的包装箱受到的压力:
F=G总=15m总g=15×
6.3kg×
10N/kg=945N
它所承受的压强:
p=F/S=
=1.35×
104Pa。
(3)牛奶箱的堆码层数越多,重力越大,对下面箱子的压力就越大。
当压力超过下面箱子的承受能力时,牛奶箱就会被压坏,所以超市工作人员在堆放牛奶时都要注意观察箱子上的“堆码层数极限”。
五.实验探究题
1.硬度是衡量材料软硬程度的物理量.硬度的大小可以用如下图方法进行测试:
选择规定的淬火钢球,给它加载压力F(铁球重力不计),将它压到被测试的材料表面,保持规定的时间后卸载压力,就会在材料表面留下凹形压痕.如果用S凹表示凹形压痕的面积,用H表示材料的硬度,某次实验中对一些材料的测试数据如下:
材料
F/N
S凹/mm2
H/(N/mm2)
a
10000
100
b
200
50
c
20000
d
15000
150
e
7500
30
①硬度的定义为:
在凹形压痕单位面积上所承受的压力.可以用公式来表示.
②材料e的硬度为.
③若a、b、c、d、e五种材料的F-S凹图象如下图所示,其中表示材料d硬度的图线是。
①H=F/S凹②250N/mm2③丙
①由题意知硬度的公式可用压力除以凹形压痕的面积得到,即用H=F/S凹表示.
②表格e中硬度H=F/S凹=7500N÷
30mm2=250N/mm2.
③在a、b、c、d、e五种材料的F-S凹图象中,甲斜率最大,表示材料e;
乙次之,表示材料c;
丙第三,表示材料d;
丁第四,表示材料a,戊斜率最小,表示材料b;
所以表示材料d硬度的图线是丙.
2.晓丽想要探究“气体分子对器壁的压强规律”,她首先做了如下实验:
如图,将托盘天平的左盘扣在支架上,调节天平平衡后,将一袋绿豆源源不断地从同一高处撒到左盘上,发现天平指针偏转并保持一定角度,左盘受到一个持续的压力。
容器中气体分子碰撞器壁的现象与上述实验现象十分相似。
可见,容器中大量气体分子不断碰撞器壁时也会产生一个持续的压力,而 面积上所受的压力就是气体分子对器壁的压强。
上述过程中运用的科学方法主要有 法。
根据上述实验,若将一个内装有气体的密闭容器从地面移动到天宫一号舱中,则容器对地面的压强p1和容器对天宫一号舱底的压强p2相比,p1p1;
容器在地面时气体压强p1’和容器在天宫一号中时气体压强p2’相比,p1’p2’。
单位;
类比(或转换);
>
=
装有气体的密闭容器在地面时对地面的压强p1>
0,而在天宫一号中时,由于完全失重,其压强为零,所以p1>
p1;
而气体压强是由大量气体分子不断碰撞器壁时产生的,所以p1’=p2’。
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