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液體壓強的計算和判斷

2024-08-26 00:00:00賈元真富春竹祝蕊
關(guān)鍵詞:液面重力容器

在中考物理試題中,力學(xué)分值較高。其中液體壓強是同學(xué)們不易分析清楚、較難解決的問題之一。液體壓強涉及質(zhì)量、密度、壓力、浮力等相關(guān)知識點,綜合性較強,難度較大。下面為同學(xué)們介紹其解題思路。

[考點速覽]

1.如何判斷所求壓強和壓力屬于固體還是液體

根據(jù)題意將問題變式成A對B的壓強或壓力,若物體A是固體,則求的是固體壓強;若物體A是液體,則求的是液體壓強。例如“求液體對容器底部的壓強”,A是液體,則求液體壓強。如果問題是“求容器底部對桌面的壓強”,A是固體,則求固體壓強。

2.正確理解液體壓強的公式

p = [FS]是壓強的定義式,也是壓強的計算式,適用于固體、液體和氣體壓強的計算。公式中的液體壓力F不易確定,只有像圓柱體、長方體等這一類的直柱體中,液體的壓力才等于其重力,所以直接應(yīng)用該公式來求液體壓強的情況并不多。

p = ρgh是計算液體壓強的特有公式,該公式表明液體的壓強只與液體的深度和密度有關(guān),與液體的體積、液體的重力、容器的形狀等因素?zé)o關(guān),所以該公式的應(yīng)用更加廣泛。

3.辨清“深度”“高度”和“長度”

(1)“h”是深度,不是高度

深度和高度都是描述液體內(nèi)距離的。如圖1,深度是指從自由液面向下到研究點A點的豎直距離,而高度是指從液體底部向上到研究點A點的豎直距離。

(2)“h”是豎直距離,不是液體的長度

豎直距離與水平面垂直。液體的長度是研究點與液面某處的兩點連線,有時可能不是豎直方向上的距離。如圖2所示,將盛有適量水的試管由傾斜位置B緩慢移至豎直位置C,在此過程中,液體長度不變,深度變大,水對試管底部的壓強變大。

(3)“h”是研究點到自由液面的距離,不是到正上方液面的距離

自由液面未與容器壁接觸,一般與大氣接觸,大多在容器的最高處。如圖3所示,g取10 N/kg,D點所受水的壓強p = ρgh = 1.0 × 103 kg/m3 × 10 N/kg × (0.3 m - 0.2 m) = 103 Pa。

4.液體對容器底部產(chǎn)生的壓力與液體重力的大小關(guān)系

計算液體對容器底部的壓力時,應(yīng)先根據(jù)p = ρgh求出液體的壓強,再根據(jù)F = pS求出壓力。液體對容器底部的壓力是否與液體所受的重力相等呢?這與盛裝液體的容器形狀有關(guān)。

(1)底大壓力大(如圖4甲)

因為容器側(cè)壁對液體的斜向下的力(壓力的方向與接觸面垂直)也通過液體傳遞給了容器底部。

(2)直柱體才相等(如圖4乙)

只有當(dāng)容器是直柱體時,液體對容器底部壓力F才等于液體重力G。

(3)底小壓力小 (如圖4丙)

因為容器側(cè)壁對液體提供斜向上的支持力,減小了液體對容器底部的壓力。如下文第2題中,水對壺底的壓力小于壺內(nèi)水的重力。

(4)若以上三種容器裝的是同種液體,且深度相同,底面積也相同,則液體對容器底部的壓力相同。具體推導(dǎo)過程是:h甲 = h乙= h丙,由p = ρgh得p甲 = p乙 = p丙,再運用p = [FS]推導(dǎo)出F甲 = F乙 = F丙。

5.液體對容器底部壓強的變化量問題

該問題的物理情境一般是將物體投入液體后,求液體對容器底部壓強、壓力變化量。根據(jù)p = ρgh,可知解此類壓強變化量題型的關(guān)鍵是求液面高度的變化量Δh。若求Δh,一般先求V排,這就與浮力結(jié)合起來,增強了題目的綜合性。

在求解變化量問題的過程中還需要注意以下三點:(1)首先根據(jù)物體的浮沉條件判斷物體是漂浮、懸浮還是下沉;(2)即使物體處于沉底的狀態(tài),若液體量少,還可能出現(xiàn)物體不能被完全浸沒的狀態(tài),即V排不等于物體的體積;(3)容器內(nèi)液體的高度變化量Δh等于物體排開液體的體積與容器的底面積之比,即Δh = [V排S容],注意S容不是物體的底面積。

[應(yīng)用提升]

1.如圖5所示,放在水平桌面上的兩個相同的柱形容器,分別裝有甲、乙兩種液體,甲液面高于乙液面。液體中的a、b兩點處于同一水平高度,a、b兩點的液體壓強相等。則兩種液體的密度和質(zhì)量的關(guān)系分別是( )。

A. ρ甲 lt; ρ乙,m甲 gt; m乙

B. ρ甲 lt; ρ乙,m甲 lt; m乙

C. ρ甲 gt; ρ乙,m甲 gt; m乙

D. ρ甲 gt; ρ乙,m甲 lt; m乙

2.如圖6所示,把一個質(zhì)量為0.5 kg、底面積為40 cm2的平底茶壺放在水平桌面上(茶壺壁厚度不計),壺嘴和壺身構(gòu)成___________。壺內(nèi)裝有0.6 kg的水,水面到壺底12 cm,則水對壺底的壓力是___________N。(ρ水 = 1.0 × 103 kg/m3)

3.如圖7所示,水龍頭放水時,水管與水塔組成______________________;水龍頭關(guān)閉時,A處水龍頭所受水的壓強為___________Pa。(g = 10 N/kg,ρ水 = 1.0 × 103 kg/m3)

4.如圖8所示,某同學(xué)用阿基米德原理測量一種未知液體的密度,他把底面積為10 cm2的圓柱體物塊用細(xì)繩懸掛在彈簧測力計上,讀出示數(shù)后,將物塊浸入該液體中,浸入液體中的深度h = 10 cm,容器底面積為40 cm2,g取10 N/kg。求:

(1)物塊所受的浮力;

(2)液體的密度;

(3)物塊浸入前后,液體對容器底的壓強變化量。

答案:1. B 2. 連通器 4.8 3. 連通器 1.4 × 105 4. (1)0.8 N (2)0.8 × 103 kg/m3 (3)200 Pa

(作者單位:沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)附屬中學(xué))

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