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密度压强和浮力
第三讲密度、压强和浮力
【中考解析】
密度、压强和浮力这块内容在中考中所占比重越来越少,所占的分数不到10分。
2010年安徽中考占了11分,2011年是9分,2012年是10分,2013年只有7分。
因为这模块的内容难度相对较大,中考的趋势是越来越简单,所以分数不是很多。
从内容上面看,主要是考选择填空题目,密度、浮力和压强各考一题,考的都是相对基础的计算题或者压强的简单应用。
这部分知识主要以计算为主,同学们学习时要注意弄清每个公式的应用条件,从而合理运用公式算出答案,密度、体积、质量、重力、浮力这5个量之间的关系要弄清楚,另外做题目的时候要注意一些隐藏条件,往往我们能够从图中读出物体体积和排水体积的大小关系从而进一步判断。
学习的重点是:
1、会用天平测质量,用量筒测体积从而根据公式
=
来计算物体的密度;
2、P=F/S;P=
gh公式来计算压强;
3、掌握大气压强的应用
4、阿基米德原理来计算物理收到的浮力F,注意首先要判断物体的浮沉情况
难点是掌握浮沉的条件,从而掌握密度、重力、体积与浮力的关系
【知识点拨】
一、质量
1、质量的定义:
物体含有物质的多少。
2、质量是物体的一种基本属性。
它不随物体的形状、状态和位置的改变而改变。
3、质量的单位:
在国际单位制中,质量的单位是千克。
其它常用单位有吨、克、毫克。
4、质量的测量:
实验室常用托盘天平来测量质量。
5、托盘天平
(1)原理:
利用等臂杠杆的平衡条件制成的。
(2)调节:
把托盘天平放在水平台上,把游码放在标尺左端零刻线处,调节横梁上的平衡螺母,使指针指在分度盘的中线处,这时横梁平衡。
有些天平,只在横梁右端有一只平衡螺母。
有些天平,在横左、右两端各有一只平衡螺母。
它们的使用方法是一样的。
当旋转平衡螺母使其向左移动时,相当于向左盘增加质量,或认为从右盘中减少质量。
当旋转平衡螺母使其向右移动时,情况正好相反。
(3)测量:
将被测物体放在左盘里,用镊子向右盘里加减砝码并调节游码在标尺上的位置,直到横梁恢复平衡。
(4)读数:
被测物体的质量等于右盘中砝码的总质量加上游码在标尺上所对的刻度值。
(5)天平的“称量”和“感量”。
“称量”表示天平所能测量的最大质量数。
“感量”表示天平所能测量的最小质量数。
称量和感量这两个数可以在天平的铭牌中查到。
有了这两个数据就可以知道这架天平的测量范围。
二、密度
1、密度的定义:
单位体积的某种物质的质量,叫做这种物质的密度。
密度是反映物质的一种固有性质的物理量,是物质的一种特性,
2、定义式:
=
3、密度的单位:
在国际单位制中,密度的单位是千克/米3。
其它常用单位还有克/厘米3。
1克/厘米3=1000千克/米3。
4、物质密度和外界条件的关系
物体通常有热胀冷缩的性质,即温度升高时,体积变大;温度降低时,体积变小。
而质量与温度无关,所以,温度升高时,物质的密度通常变小,温度降低时,密度变大。
三、密度的测量
1、用天平称出固体的质量,利用量筒采用排水法测出固体的体积。
2、用天平测出液体的质量,用量筒测出液体的体积。
利用密度公式求出密度。
四、压强
1、压力:
①定义:
垂直压在物体表面上的力叫压力。
②压力并不都是由重力引起的,通常把物体放在桌面上时,如果物体不受其他力,则压力F=物体的重力G
③研究影响压力作用效果因素的实验:
控制变量法。
2、压强:
①定义:
物体单位面积上受到的压力叫压强。
②物理意义:
压强是表示压力作用效果的物理量
③公式p=F/S其中各量的单位分别是:
p:
帕斯卡(Pa);F:
牛顿(N)S:
米2(m2)。
④压强单位Pa的认识:
一张报纸平放时对桌子的压力约0.5Pa。
成人站立时对地面的压强约为:
1.5×104Pa。
⑤增大或减小压强的方法:
改变压力大小、改变受力面积大小、同时改变二者
五、液体的压强
1、液体内部产生压强的原因:
液体受重力且具有流动性
2、液体压强的规律:
⑴液体内部朝各个方向都有压强;
⑵在同一深度,各个方向的压强都相等;
⑶深度增大,液体的压强增大;
⑷在深度相同时,液体的密度越大,压强越大。
3、液体压强公式:
p=ρgh
⑴、公式适用的条件为:
液体
⑵、公式中物理量的单位为:
p:
Pa;g:
N/kg;h:
m
⑶、从公式中看出:
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、容器形状均无关。
著名的帕斯卡破桶实验充分说明这一点。
4、连通器:
⑴定义:
上端开口,下部相连通的容器
⑵原理:
连通器里装一种液体且液体不流动时,各容器的液面保持相平
⑶应用:
茶壶、锅炉水位计、乳牛自动喂水器、船闸等都是根据连通器的原理来工作的。
六、气体的压强
1、大气压的测定——托里拆利实验。
⑴实验过程:
在长约1m,一端封闭的玻璃管里灌满水银,将管口堵住,然后倒插在水银槽中放开堵管口的手指后,管内水银面下降一些就不在下降,这时管内外水银面的高度差约为760mm。
⑵原理分析:
在管内,与管外液面相平的地方取一液片,因为液体不动故液片受到上下的压强平衡。
即向上的大气压=水银柱产生的压强。
⑶结论:
大气压p0=760mmHg=76cmHg=1.01×105Pa(其值随着外界大气压的变化而变化)
⑷ 说明:
a实验前玻璃管里水银灌满的目的是:
使玻璃管倒置后,水银上方为真空;若未灌满,则测量结果偏小。
b本实验若把水银改成水,则需要玻璃管的长度为10.3m
c将玻璃管稍上提或下压,管内外的高度差不变,将玻璃管倾斜,高度不变,长度变长。
2、标准大气压——支持76cm水银柱的大气压叫标准大气压。
1标准大气压=760mmHg=76cmHg=1.013×105Pa,可支持水柱高约10.3m大气压随高度增加而减小。
3、测量工具:
⑴定义:
测定大气压的仪器叫气压计。
⑵分类:
水银气压计和无液气压计
4、应用:
活塞式抽水机和离心水泵。
七、流体压强与流速的关系
1、气体压强与流速的关系:
在气体和液体中,流速越大的位置压强越小。
2、飞机的升力
八、浮力
1、浮力的大小
浸在液体中的物体所受的浮力,大小等于它排开的液体所受的重力,这就是著名的阿基米德原理(同样适用于气体)。
2、公式:
F浮=G排=ρ液V排g
从公式中可以看出:
液体对物体的浮力与液体的密度和物体排开液体的体积有关,而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度等均无关。
3、物体的浮沉条件
ρ物>ρ液,下沉,G物>F浮,m物>m排
ρ物=ρ液,悬浮,G物=F浮,m物=m排
ρ物<ρ液,上浮,G物 ρ物<ρ液,漂浮,G物=F浮,m物=m排 ρ物>ρ液,沉底,G物=F浮+F杯底对物的支持力 4、浮力的应用 轮船: 采用空心的办法增大排水量。 潜水艇: 改变自身重来实现上浮下沉。 气球和飞艇: 改变所受浮力的大小,实现上升下降。 【经典例题】 一、考察对密度的定义理解,测量及计算 【例1】 有三个质量和体积均相同的小球, 一个为铜球,一个为铁球,一个为铝球,则_________一定为空心球.______可能为空心球。 【例2】 为测量某金属块的密度: (1)用调节好的天平测金属块的质量,天平平衡时,右盘中所加的砝码和游码位置如图甲所示。 则所测金属块的质量是________g。 (2)把金属块放人装有60cm3水的量筒中,液面上升的位置如图乙所示,则金属块的体积是_________cm3。 该金属块的密度是_________kg/m3。 (2010安徽) 图甲图乙 【例3】 静止在花朵上的是一种叫“全碳气凝胶”的固体材料,它是我国科学家研制的迄今为止世界上最轻的材料。 一块体积为100cm3的“全碳气凝胶”的质量只有0.016g,则它的密度为 kg/m3。 (2013安徽) 【例4】 小新和小杨同学分别设计了一种实验方案,请在方案中的空白处填空: 方案一: (1)用调节好的天平测出空烧杯的质量m1; (2)向烧杯中倒人一些食用油,测出它们的总质量m2,则这些食用油的质量为 ;(3)再将烧杯中的食用油倒人量筒中,测出食用油的体积V;(4)计算出食用油的密度ρ. 方案二: (1)将天平置于水平台后,立即调节平衡螺母,使横梁平衡; (2)用天平测出装有适量食用油的烧杯的总质量m1;(3)将烧杯中的一部分食用油倒人量筒中,记录量筒中食用油的体积V;(4)测出烧杯及剩下食用油的总质量m2;(5)计算出食用油的密度ρ= 。 请分别找出两种方案中的不足之处: 方案: ; 方案: ; (2)你准备选择方案 来做实验,为顺利完成该实验,该方案中不足之处应改为 。 二、考察压力、压强的公式计算以及实际应用 【例1】 啄木鸟有“森林医生”的美誉,这是因为它有坚而硬的喙(hùi)。 我们有时就能看到它用喙将树木啄破,吃掉害虫的情景。 粗略估计啄树木时施加力的大小约为0.5N,喙与树木的接触面积约为10-6m2,则喙啄树木时产生的压强约为__________Pa。 (2010安徽) 【例2】 研究表明,太阳光对被照射的物体也具有力的作用,利用这一现象制成的太阳帆可以为太空飞船提供动力。 设一个太阳帆的面积为1×104m2,正对太阳时受到光的压强为9×10-4Pa,则太阳帆受到光的压力为________N。 (2011安徽) 【例3】 在研究液面下深度为h处的液体压强时,可以设想这里有一个水平放置的“平面”,这个平面以上的液柱对平面的压力等于液柱所受的重力。 如图所示,设“平面”的面积为S,液体的密度为ρ,用压强公式就能求出该处的压强。 若减小所选“平面”的面积S,该处的液体压强将如何变化()(2013安徽) A.增大B.减小 C.不变D.无法判断 【例4】 下列选项中对应关系不正确的是() A.潜水员潜入深水时要穿潜水服——液体压强 B.用注射器推药液——大气压强 C.汽车突然刹车,乘客向前倾倒——惯性现象 D.火车进站时,人要站在安全线外——流体压强与流速的关系 【例5】 如图,甲、乙两支完全相同的试管.分别装有质量相等的液体.甲试管竖直放置,乙试管倾斜放置,两试管液面相平。 设液体对两试管底的压强分别为P甲和 P乙,则() A.P甲 B.P甲= P乙; C.P甲> P乙 ; D.条件不足,无法判断. 【例6】 一个装满水后瓶盖密封的硬塑料瓶,放在水平地面上,如图1,水对瓶底的压强为 P1,瓶底对桌面的压强为P1′;将瓶倒置后,如图2,水对瓶盖的压强为P2,瓶盖对 桌面的压强为P2′,则( ) A.P1>P2P1′>P2′ B.P1=P2 P1′<P2′ C.P1<P2P1′<P2′ D.P1=P2 P1′=P2′ 【例7】 图为伽利略制造的第一个温度计,它可以测量气体的温度。 若外部大气压不变,在气温发生变化时,球形容器内气体的体积随之发生变化,使玻璃管内液面上升或下降,从而测量出气温的高低。 以下说法正确的是()(2011安徽) A.当气温升高,球内气体体积膨胀,玻璃管内液面下降 B.当气温升高,球内气体体积缩小,玻璃管内液面上升 C.当气温降低,球内气体体积缩小,玻璃管内液面下降 D.当气温降低,球内气体体积膨胀,玻璃管内液面上升 【例8】 下面是日常生活中与压强有关事例的描述,其中正确的是() A.图钉帽面积大是为了增大手指对它的压强 B.水坝的形状上窄下宽是因为液体的压强随着深度的增加而增大 C.用吸管吸饮料是利用了嘴的吸力 D.高压锅能很快地煮熟食物是因为锅内气压增大水的沸点降低 三、考察密度与浮力的计算以及浮沉条件的应用 【例1】 一艘轮船从长江驶入东海,比较轮船在长江与东海里所受的浮力,下列说法中正确的是() A.由于轮船始终浮在水面上,所以它受到的浮力不变 B.由于海水的密度大,所以轮船在海洋里受到的浮力大 C.由于轮船排开海水的体积小,所以它在海洋里受到的浮力小 D.由于轮船排开海水的体积大,所以它在海洋里受到的浮力大 【例2】 2013年5月,象征“和平、友爱和快乐”的巨型大黄鸭在香港与游客见面,大黄鸭漂浮在海上的情景。 它的质量约为600kg,海水的密度取1.0×103kg/m3,它浸在水中的体积约为m3。 (2013安徽) 【例3】 如图,某物块用细线系在弹簧测力计下,在空气中称时示数是15N,浸没在水中称时示数是5N,则此时物块受到水的浮力为N,物块的密度为kg/m3。 (水的密度为1.O×l03kg/m3)(2012安徽) 例3图例4图 【例4】 如图所示,烧杯内盛有某种液体,把一体积为1×104m3。 的铝块用细线系在弹簧测力计下浸没在液体中,静止时弹簧测力计的示数为1.5N,已知铝的密度为2.7×103kg/m3。 则铝块在液体中受到的浮力等于_______N,液体的密度为________kg/m3。 (2011安徽) 【例5】 一密度计分别放入甲、乙两种液体中时的情况如图所示,则() A.甲的密度大 B.乙的密度大 C.密度计在甲中受到的浮力大 D.密度计在乙中受到的浮力大 【例6】 把重5N,体积为0.6dm3的物体浸没水中。 当物体静止时,受到的浮力为_________N 【强化练习】 总分100分时间60分钟姓名得分 一、填空题(每空1.5分,共30分) 1.测量盐水的密度,已知空烧杯的质量是49.5克,在烧杯内装入一定质量的盐水后,放在天平上称量,当天平平衡时,右盘内砝码如图1所示,则被测盐水的质量是______克.将烧杯内盐水倒入量筒,量筒内液体如图2所示,则被测盐水的体积是______厘米3,盐水的密度是_____千克/米3. 2.著名的马德堡半球实验证实了_____,意大利科学家____第一个用实验的方法测出大气压的值.1标准大气压等于_____Pa,若桌面的面积是2m2,在标准气压下,大气作用对桌面上的压力是_____N. 3.图钉帽面积是1cm2,图钉尖面积是0.04cm2,图钉重0.02N,用20N的力沿水平方向压竖直墙上的图钉,则手对图钉帽的压强是,图钉尖对墙的压强是__。 4.如图所示,甲、乙两支相同的试管,甲管竖直放置,乙管倾斜放置,液面等高。 (1).若内盛等质量的液体,两管液面相平,液体对管底压强的大小P甲P乙. (2).若内盛同种液体,两管液面相平,液体对管底压强的大小P甲P乙. 5.一个密度为0.5×103kg/m3、边长为0.2m的实心正方体放在面积为1M2水平桌面的中央,该物体对桌面的压力大小是 N,压强 Pa。 (g=10N/kg) 6.潜水艇是靠改变它受到的___来实现潜水和上浮的,浸没在水中的潜水艇当它从大海进入长江时所受的浮力,漂浮在海面上的一艘轮船从海里进入河里,它受到的浮力,它排开水的体积(三空均选填“变大”.“变小”或“不变”) 7.浮在水面上的木块,露出水面的体积是木块体积的3/5,若将木块全部压入水中至少需要施加0.588N的压力,则此木块的体积是;木块的密度是。 8.把体积是8×10-3米3,质量是6千克的物体放在水中,则物体静止时所受的浮力是 __。 二、选择题(每题3分,共27分) 9.如图展示了日常生活或生产技术中的四种情境,其中哪种情境运用了增大压强的知识() 10.很多动物为了适应自身生存的环境,进化出了符合一定物理规律的身体部位,对此,从物理学的角度给出的解释中不正确的是() A.骆驼的脚很大,可以减小压力,从而使其在沙漠中自如行走 B.啄木鸟的嘴很尖细,可以增大压强,从而凿开树干,捉到虫子 C.壁虎的脚掌上有许多“吸盘”,从而利用大气压使其在天花板上也不会掉下来 D.深水里的海鱼捕到岸上时会死掉,主要原因是水面上的压强比深水处小得多 11.小张看到鸡蛋浮在盐水面上,如图所示,他沿杯璧缓慢加入清水使鸡蛋下沉。 在此过程中,鸡蛋受到的浮力F随时间t的变化图像可能是下图中的() 12.下列生活现象中,不属于利用大气压的是() A.用吸管吸饮料 B.用注射针筒抽取药液 C.贴在墙上的吸盘式挂衣钩 D.用高压锅煮饭 13.完全浸没在水中的乒乓球,放手后从运动到静止的过程,其浮力大小的变化情况是() A.浮力不断变大,但小于重力 B.浮力不变,但浮力大于重力 C.浮力先不变,后变小且始终大于重力,直到最后静止时,浮力等于重力 D.浮力先大于重力,后小于重力 14.如图所示,同一物体浸在甲液体中悬浮图(a),浸在乙液体中漂浮图(b).比较物体在两种液体中所受浮力F甲和F乙的大小,及两种液体的密度 甲和 乙的大小,可以确定正确的是() A.F甲=F乙 甲= 乙B.F甲=F乙 甲< 乙 C.F甲<F乙 甲= 乙D.F甲>F乙 甲> 乙 15.小芳同学在探究“浮力的大小等于什么(阿基米德原理)”时,做了如图所示的实验,四步实验中弹簧测力计的示数F1.F2.F3.F4之间的大小关系是() A.Fl=F4.F2=F3B.F2-F3=F4-F1C.F1=F2=F3=F4D.上述结论都不正确 16.金属箔是由密度大于水的材料制成的.小红取一片金属箔做成中空的筒,放在盛有水的烧杯中,发现它漂浮在水面上,然后她再将此金属箔揉成团放入水中,金属箔沉入水底.比较前后两种情况,下列说法正确的是() A.金属箔漂浮时受到的重力比它沉底时受到的重力小 B.金属箔漂浮时受到的浮力比它沉底时受到的浮力大 C.金属箔沉底时受到的浮力等于它的重力 D.金属箔沉底时排开水的体积与它漂浮时排开水的体积相等 17.把一个小球轻轻放入盛有水的杯子里,溢出了50g的水,则小球的质量() A.一定等于50gB.一定大于50gC.小于或等于50gD.大于或等于50g 三、实验与探究题(每空2分,共28分) 18.如右上图所示,密闭的玻璃罩内放有三个小实验装置: 一个充气的气球,一个是弹簧测力计测重力,另一个是装满水的杯子,杯口用塑料薄片履盖并倒置悬挂在玻璃罩内.在用抽气机不断抽去罩内空气的过程中,观察到的现象是: (3分) (1)充气的气球_______________________________________ (2)弹簧测力计的示数_________________________________ (3)玻璃杯中的水和塑料片____________________________ 19.在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”时,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: 可能与物体的 体积有关; D: 可能与物体浸在中液体的体积有关; E: 可能与液体的密度有关。 为了验证上述猜想,小明利用下列器材做了如图17所示的实验。 器材: 体积相等的铁块、铜块,弹簧测力计,一杯水,一杯盐水,细绳。 (1)分析比较实验③④,可以验证猜想是正确的;分析比较实验④⑤,可以验证猜想是错误的(选填“A、B、C、D、E”)。 (2)分析比较实验①⑤与②⑥,可以验证猜想是错误的(选填“ A、B、C、D、E”)。 (3)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。 (4)该实验探究主要运用的科学探究方法是: 。 20.“探究物体浮沉条件”的实验.请在下面横线上填人相应正确内容. (1)他们首先探究物体下沉的条件,过程如下: A.将部分螺母放人塑料瓶中,旋紧瓶盖,浸没水中松手后,观察到小瓶下沉; B.取出小瓶,; C.将小瓶挂在弹簧测力计下,见图(a),测出其重力为N; D.将小瓶浸没水中,弹簧测力计示数见图(b),则小瓶受到的浮力为N; E.分析比较数据得出物体下沉的条件. (2)他们接着探究物体上浮的条件,过程如下: A.取出小瓶,;B.用弹簧测力计测出小瓶的重力; C.将小瓶浸没水中松手后,观察到小瓶上浮,在小瓶露出水面前,它受到的浮力为___________N,依据是: ;D.分析比较数据得出物体上浮的条件. 四、计算题(21题7分,22题8分,共15分) 21.某根绳子能承受40牛的拉力,用它拉住一个浸没在水中体积为2分米3的实心铝球,如铝块在水中匀速上升,求: ⑴铝块全部浸没在水中时绳对它的拉力是多大? ⑵铝块露出水面多少体积时绳恰好断掉? (水的阻力不计,g取10N/kg,ρ铝=2.7×103千克/米3) 22.容器底面积200cm2,其内部装有适量的水,此时,水对容器底的压强为1.96×103Pa。 若把一个质量为800g,密度为0.6×103kg/m3的正方体木块,放入盛有水的容器中如图所示,木块受到的浮力为多大? 容器底受到水的压强增加多少? (g取10N/kg)
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