内容正文:
26
专题特训(二) 固体和液体压强问题的分析与计算
▶“答案与解析”见P13
类型一 固体的压强
1.
水平桌面上有A、B 两个质地均匀的实心正
方体,B 的棱长为10cm。将B 沿如图甲所
示的竖直方向切割为两个长方体B1 和B2,
如果只将B1 放在B2 上,此时B2 对桌面的
压强为p1;如果只将B2 放在A 上,此时A
对桌面的压强为p2。改变竖直切割位置,
p1、p2随B2厚度a的变化关系如图乙所示。
则B 的质量为 kg,图乙中p3 为
Pa。(g取10N/kg)
(第1题)
2.
(2024·南充)(多选题)质量分布均匀的实心
正方体甲、乙放在水平地面上,将甲、乙沿水
平方向切去高度Δh,剩余部分对地面的压强
p 与Δh 的关系如图所示,已知ρ甲=6×
103kg/m3,乙的棱长为30cm,下列选项正确
的是(g取10N/kg) ( )
(第2题)
A.
乙的密度为2×103kg/m3
B.
未切前,甲的质量为24kg
C.
图中hA=10cm
D.
图中pA=3×103Pa
3.
(2023·达州)如图所示,甲、乙两质地均匀的
正方体放在水平地面上,它们的棱长之比
L甲∶L乙=1∶2,质量之比m甲∶m乙=2∶3,
甲、乙的密度分别为ρ甲、ρ乙,甲、乙对地面
的压强分别为p甲、p乙,下列关系正确的是
( )
(第3题)
A.
ρ甲∶ρ乙=8∶3 B.
ρ甲∶ρ乙=3∶4
C.
p甲∶p乙=2∶3 D.
p甲∶p乙=8∶3
答案讲解
4.
(2024·重庆B卷)地质队获得了一
段地 质 样 品,由 底 面 积 分 别 为
300cm2和240cm2 的圆柱体A、B
组成。经测量,A 高10cm。为分析样品的
地质结构,将其置于水平放置的传感器上,沿
水平方向切割,如图甲所示。传感器所受压
强随切去高度h的变化图像如图乙所示。下
列说法正确的是(g取10N/kg) ( )
(第4题)
A.
圆柱体A 的密度大小为2.5g/cm3
B.
切割前,A 对传感器的压力为72N
C.
当h=2cm时,圆柱体B 剩余部分对A
的压强为600Pa
D.
当h=2cm时,剩余样品与切割前的总重
之比为13∶15
5.
★水平地面上竖直放有一实心铜圆柱体,它对
水平地面的压强为p1,在它底部中央开孔
后,它对水平地面的压强为p2,孔的形状和
大小如图甲所示,其中EFGH 为底部孔口。
孔的形状和大小按图乙所示对称切割正方体
形成的几何体的形状和大小一样(具体方法
物理(沪科版)八年级下
27
是沿 四 边 形 ABFE 所 在 平 面 和 四 边 形
DCGH 所在平面将正方体对称截去两块),
已知正方体中线段AB 的长度为圆柱体高的
一半,AB=EF=2EH。关于p1 与p2 大小
的判断,正确的是 ( )
(第5题)
A.
p1<p2
B.
p1=p2
C.
p1>p2
D.
以上三种情况都有可能
类型二 液体的压强
6.
如图,三峡大坝正常蓄水后,上、下游水位落
差达113m,随着水深度增加,大坝承受水的
压强 (选填“增大”或“减小”),a、b
两点位于三峡大坝同一高度,a、b处水的压
强差为 Pa,故大坝设计为上头窄,下
头宽,图示下游水对河底部的压力
(选填“大于”“小于”或“等于”)水自身重力。
(ρ水 取1×103kg/m3,g取10N/kg)
(第6题)
(第7题)
7.
(2023·大连)如图所示,放在水平桌面上的两
个相同的柱形容器,分别装有甲、乙两种液体,
甲液面高于乙液面。液体中的a、b两点处于
同一水平高度,a、b两点的液体压强相等,则
两种液体的密度和质量的关系分别是 ( )
A.
ρ甲<ρ乙;m甲>m乙
B.
ρ甲<ρ乙;m甲<m乙
C.
ρ甲>ρ乙;m甲>m乙
D.
ρ甲>ρ乙;m甲<m乙
答案讲解
8.
如图所示,底面积不同的圆柱形容
器分别盛有甲、乙两种液体,液体的
质量相等。现分别从两容器中抽出
液体,且剩余液体的液面到容器底部的距离
均为h,则剩余液体对各自容器底部的压强
p和剩余液体质量m 的关系是 ( )
(第8题)
A.
p甲>p乙,m甲<m乙
B.
p甲=p乙,m甲>m乙
C.
p甲>p乙,m甲>m乙
D.
p甲<p乙,m甲<m乙
类型三 固体和液体压强的综合应用
9.
(2024·泉州洛江期末)“木桶理论”告诉我
们:一只木桶能装多少水,并不取决于桶壁上
最长的那块木板,而恰恰取决于桶壁上最短
的那块。如图所示,已知桶壁上最长的木板
长为0.4m,最短的木板长为0.1m,桶底内
部底面积为600cm2。(忽略木桶外壁的厚
度,g取10N/kg)
(1)
若空桶的质量为3kg,则桶对水平地面
的压强为多少?
(2)
当桶装足够多的水时,桶底受到水的压
强约为多少?
(3)
桶底受到水的压力约为多少?
(第9题)
第八章 压 强
左侧容器的水面保持不变,容器底部
受到的压强保持不变,p-t图像就是
一段水平线;当右侧水面也到达连接
孔时,水面开始上升,但水面上升的速
度比一开始时要慢,p-t图像应该是
一段比开始时斜率要小的直线。
12.
C [解析]当打开阀门K 时,左、
右管构成一个连通器;由于连通器内
水面静止时,水面相平,因此右管水面
将下降,左管水面将升高,由于水的总
体积不变,设左管横截面积为S,则右
管横截面积为2S,左、右管中水的总
体积V=Sh+2S·2h=5Sh,因为右
管横截面积是左管的两倍,所以液面
相平时,右管中水的体积是左管中水
的体积的两倍,即左管中水的体积
V左=13×5Sh=
5Sh
3
,右管中水的体
积V右=23×5Sh=
10Sh
3
,左管中水
的体积的增大量为5Sh
3 -Sh=
2
3Sh
,
则左管水面上升的高度是2
3h
。故
选C。
专题特训(二) 固体和液体
压强问题的分析与计算
1.
1 4000 [解析]物体B 的底面
积SB=10×10×10-4m2=10-2m2,
当a=10cm时,此时B2 对桌面的压
力等于B 的重力即F=GB=p1SB=
1000Pa×10-2m2=10N,物体B 的
质量mB=
GB
g =
10N
10N/kg=1kg
。当
a=10cm时,即把物体B 放在A 上
面时,物体A 对桌面的压强增加量
ΔpA=7000Pa-3000Pa=4000Pa,
物 体 A 的 底 面 积 SA =
GB
ΔpA =
10N
4000Pa=2.5×10
-3m2,只将B1 放
在B2 上,B2 对桌面的压强 p1=
GB
SB2=
10N
10×a×10-4m2=
104
a Pa
,B2
的重力GB2=
a
10×GB=
a
10×10N=
aN,当a=0时,物体A 对桌面的压
强为3000Pa,将B2 放在物体A 上
时,物 体 A 对 桌 面 的 压 强 p2 =
GA+GB2
SA =3000Pa+
a
2.5×10-3Pa
,
当p1=p2 时,
104
a Pa=3000Pa+
a
2.5×10-3Pa
,解得a=2.5cm,所以
p3=
104
2.5Pa=4000Pa
。
2.
AD [解析]乙为质量分布均匀的
实心正方体,棱长h乙 =30cm=
0.3m,由图知,未切时乙对水平地面
的压强p乙=6000Pa,则乙的密度
ρ乙 =
p乙
gh乙 =
6000Pa
10N/kg×0.3m=2×
103kg/m3,故A正确;甲为质量分布
均匀的实心正方体,由图知未切时甲
的棱长h甲=20cm=0.2m,甲的体积
V甲=h甲3=(0.2m)3=0.008m3,未
切前,甲的质量 m甲 =ρ甲V甲 =6×
103kg/m3×0.008m3=48kg,故B
错误;由图知,切去高度hA 时,甲和
乙对地面的压强相等,则有pA =
ρ甲g(h甲-hA)=ρ乙g(h乙-hA),6×
103kg/m3×10N/kg×(0.2m-
hA)=2×103kg/m3×10N/kg×
(0.3m-hA),解得hA=0.15m=
15cm,故C错误;pA =ρ甲g(h甲 -
hA)=6×103kg/m3×10N/kg×
(0.2m-0.15m)=3×103Pa,故D
正确。
3.
D [解析]甲、乙两质地均匀的正
方体放在水平地面上,它们的体积之
比
V甲
V乙 =
L甲3
L乙3
=18
,密度之比ρ甲
ρ乙
=
m甲
V甲
m乙
V乙
=
m甲
m乙 ×
V乙
V甲 =
2
3×
8
1=
16
3
,故
A、B错误;根据F=G=mg 可知,它
们对地面的压力之比
F甲
F乙 =
G甲
G乙 =
m甲g
m乙g=
2
3
;甲、乙的底面积之比S甲
S乙=
L甲2
L乙2
=14
;甲、乙对地面的压强之比
p甲
p乙=
F甲
S甲
F乙
S乙
=
F甲
F乙 ×
S乙
S甲 =
2
3×
4
1=
8
3
,故C错误,D正确。故选D。
4.
D [解析]由图乙可知切割前样品
对地面的压强为3000Pa,则切割前,
A 对 传 感 器 的 压 力F=p0SA =
3000Pa×300×10-4m2=90N,故B
错误;样品总高度为15cm,A 高
10cm,则B 高15cm-10cm=5cm,
传感器所受压强随切去高度h 的函
数关系为p=(-200h+3000)Pa,当
h=5cm 时,p= (-200×5+
3000)Pa=2000Pa,圆柱体A 的重
力GA=FA=pSA=2000Pa×300×
10-4m2=60N,圆柱体A 的质量m=
G
g=
60N
10N/kg=6kg
,圆柱体A 的密度
ρA =
m
VA =
6kg
300×10-4m2×0.1m=
2×103kg/m3=2g/cm3,故A错误;
圆柱体A、B 的总重力等于切割前A
对传感器的压力,则圆柱体B 的重力
GB=F-GA=90N-60N=30N,当
h=2cm时,圆柱体B 剩余部分的重
力GB'=
5-2
5 ×GB=
3
5×30N=
31
18N,圆柱体B 剩余部分对A 的压强
p'=
GB'
SB =
18N
240×10-4m2=750Pa
,故
C错误;当h=2cm时,剩余样品的重
力G'=GA+GB'=60N+18N=
78N,剩余样品与切割前的总重之比
为78N∶90N=13∶15,故D正确。
5.
A [解析]设实心铜圆柱体为图
甲,在它底部中央开孔且孔的形状为
长方体的圆柱体为图乙,长方体的底
面四边形与圆柱体开孔后的底部孔口
EFGH 相同,图丙即与本题中孔的形
状和大小一致的图。图甲、乙、丙的铜
柱对地面产生的压强分别为 p1、
p3、p2。
(第5题)
另外沿垂直于AB 的直径方向竖直向
下切割甲、乙、丙,切割面分别如图(a)
(b)(c)。
(第5题)
设圆柱体高为h,由题意知 EH=
MN=PT,AM = 12 MN =ND
,
EM=MP=AD=12h
;则图甲和图
乙中圆柱体对地面产生的压强p1=
p3=ρgh;图(b)与图(c)中柱体相比
较,图(c)中1位置的铜相当于图(b)
中1'位置的铜,图(c)中2位置的铜相
当于图(b)中2'位置的铜,则图(b)中
的铜柱重力Gb 与图(c)中的铜柱重
力Gc相比较,图(b)中比图(c)中多开
去3位 置 的 铜,所 以 Gb<Gc,即
G乙<G丙,又因为乙、丙中的底面积相
同,根据p=
F
S =
G
S
,p3<p2,则
p1<p2,故选A。
等量替代法
对于形状规则的固体来说,也
可以用p=ρgh来计算压强。如本
题中圆柱体对地面的压强p1=
ρgh;另选取在里面开一个长方体
孔的圆柱体,长方体的底面四边形
与 圆 柱 体 开 孔 后 的 底 部 孔 口
EFGH 相同,根据圆柱体的上半部
分没有被开孔的特点,利用等量替
代的方法替换物体被开孔的地方,
然后比较得出压力的变化关系,从
而就可以得出圆柱体对地面的压
强大小变化。
6.
增大 1.13×106 小于 [解析]由
于液体内部压强随深度的增加而增
大,因此随着水深度增加,大坝承受水
的压强增大;a、b两处水的深度差为
Δh=113m,则a、b 处水的压强差
Δp=ρ水gΔh=1×103 kg/m3 ×
10N/kg×113m=1.13×106Pa;由
图示可知,下游的水有部分压在大坝
的侧壁上,对河底的压力小于水的
重力。
7.
B [解析]a、b两点的压强相等,
即pa=pb,因为p=ρgh,hb<ha,所
以两液体的密度关系:ρ甲<ρ乙,又因
为a、b两点到容器底的距离相等,所
以a、b两点以下的液体对容器底的
压强关系:pa'<pb',而两种液体对容
器底的压强:p甲 =pa+pa',p乙 =
pb+pb',所以p甲<p乙;两种液体对
容器底的压强p=
F
S =
G
S =
mg
S
,由
于两容器底面积相等,p甲<p乙,因此
两种液体的质量:m甲<m乙。故选B。
8.
C [解析]甲、乙两种液体质量相
等,由图可知V甲<V乙,根据ρ=
m
V
可
得,ρ甲>ρ乙;抽出部分液体后,剩余液
体深度相同,即h 相同,根据p=
ρ液gh,ρ甲>ρ乙,得剩余液体对容器底
部的压强p甲>p乙;剩余甲液体的体
积大于原来体积的一半,剩余乙液体
的体积约等于原来体积的一半,根据
m=ρV 可知m甲>
1
2V甲ρ甲
,m乙 ≈
1
2V乙ρ乙
,V甲ρ甲=V乙ρ乙,所以m甲>
m乙。故选C。
9.
[解析](1)
F=G=mg=3kg×
10N/kg = 30 N,p =
F
S =
30N
600×10-4m2=500Pa
。(2)
h=
41
0.1m,p'=ρgh=1×103kg/m3×
10N/kg×0.1m=1000Pa。(3)
F'=
p'S=1000Pa×600×10-4m2=60N。
第三节 空气的“力量”
1.
内侧 大气压
2.
低 乙 [解析]因为气压随高度
的增加而减小,高原地理位置高,大气
压强比平原地区低得多;海拔高度越
高,大气压强越小,袋内气体的体积变
大,所以图乙是拍摄于海拔较高的
地方。
3.
A
4.
偏小 12.5 [解析]在托里拆利
实验中,管内的液柱是被大气压支持
住的。若管内上方为真空,则p0=
ρ液gh;若管内上方有少量空气,其气
压为p,则p0=p+ρ液gh',显然h'<
h。若用酒精代替汞做托里拆利实
验,则至少需要玻璃管的长度h″=
p0
ρ酒精g
= 1.0×10
5
Pa
0.8×103
kg/m3×10
N/kg
=
12.5
m。
托里拆利实验操作要领
(1)
在做托里拆利实验时,只
要保证管口在槽内的液体中,管内
上方为真空,则h=p0
ρ液g
,h 的大小
只与p0 有关,与管子的提压、长
短、粗细、直斜等因素都无关。若
在玻璃管的顶部穿一小孔,则管与
槽将构成连通器,管内的液体将流
入槽中,直到管内、外液面相平为
止。(2)
在做托里拆利实验时常选
汞作为液体,是因为汞的密度大,
所需玻璃管较短,操作起来较方
便。但必须注意,汞有毒,操作时
两只手都要戴上防护手套。
5.
不是 大于 [解析]甲上口密封,
此时该容器的两端不都是开口的,不
是连通器;阀门K 打开前,甲中水面
比乙中水面高,根据p=ρgh可知,甲
中水产生的压强大于乙,则打开K 之
后,甲中的水将向乙中流动;但由于甲
的上口密封,水面下降后,水面上方密
封的气体随着体积的增大,产生的压
强将减小,即小于大气压p0;当甲、乙
两容器中的水不流动时,阀门处左右
两边的压强相等,即p甲=p乙,因为
p甲 =p空 +ρ水gh甲,p乙 =p0 +
ρ水gh乙,所以 p空 +ρ水gh甲 =p0+
ρ水gh乙,因为p空<p0,所以ρ水gh甲>
ρ水gh乙,可得h甲>h乙,说明甲中的水
能往乙中流一些,但最终甲中的水面
一定比乙中的高。
6.
(1)
大于 (2)
变小 密封压缩氮
气的质量不变,而体积变大,由ρ=
m
V
可知,密度变小 [解析](1)
墨水靠
密封笔管内的压缩氮气推动活塞向外
挤出,说明笔管内压缩氮气的气压大
于周围环境的气压。(2)
墨水向外挤
出的过程中,密封压缩氮气的质量不
变,而体积变大,根据ρ=
m
V
可知,氮
气的密度变小。
7.
A 10 [解析]提起活塞时,阀门
A 受到上面水的压力而关闭,在大气
压的作用下,水推开阀门B 进入圆
筒;根据p=ρgh可得,1个标准大气
压下,最多可把水抽高h= p
ρ水g
=
1×105Pa
1.0×103kg/m3×10N/kg
=10m。
8.
D [解析]在一端封闭的塑料管中
灌满水,用纸片盖住管口后倒过来,水
不会掉下来是因为受到大气压力的
作用。
9.
A [解析]将压水泵插入水桶中,
从上端向下按压,桶内空气变多,气压
变大,当桶内水面上方的气体压强大
于大气压时,水就会从出水口流出。
10.
C [解析]覆在管口的纸片不掉
落是因为受到大气压的作用,故A不
符合题意;用吸管吸饮料时,先把吸管
内的空气吸走,在外界大气压的作用
下,饮料被压进吸管里,利用了大气压
强,故B不符合题意;上端开口、下端
连通的容器叫做连通器,连通器里只
有一种液体,在液体不流动的情况下,
连通器各部分直接与大气接触的液面
的高度总是相平的,与大气压强无关,
故C符合题意;使用塑料吸盘时,需
要先用力挤压塑料吸盘,把盘内的空
气挤出,然后吸盘就被外界的大气压
紧压在了墙壁上,利用了大气压,故D
不符合题意。故选C。
11.
D [解析]挂衣钩要固定在玻璃
上,需要先用力挤压“橡皮碗”,把“橡
皮碗”内的空气挤出,“橡皮碗”内的气
压小于外界大气压,这样“橡皮碗”就
被外界的大气压紧压在了玻璃上,故
A正确;“橡皮碗”内挤出的空气越多,
“橡皮碗”内压强越小,内、外气压差越
大,吸盘贴在玻璃上就越紧,故B正
确;如果将挂衣钩紧贴在粗糙的水泥
墙面上,粗糙墙面与“橡皮碗”之间有
缝隙、会漏气,使内、外气压相等,在挂
衣钩的自重作用下,将掉下来,故C
正确;玻璃对“橡皮碗”的摩擦力与挂
衣钩、“橡皮碗”和所挂衣物的总重力
平衡,故D错误。故选D。
12.
B [解析]S=100cm2=10-2m2,
吸盘能将该平板玻璃水平吸住并悬
空,此时气体压力的合力等于平板玻
璃的重力,所以G=F=ΔpS,因为
51