内容正文:
专题06 压强计算(液体的抽取与加入)
一、常见题目类型
在柱形容器中抽取(或加入)液体:某一深度(体积或质量)(如图所示)。
甲 乙
二、常用到的基础知识
1. 液体的压强: p=ρgh, p=F/S
2. 密度: ρ=m/V
3. 柱形容器中,液体对容器底部压力的大小等于液体的重力大小:
F = G液体=m液体g
4. 柱形液体的体积:V= Sh
三、常用的分析方法
1. 液体对容器底部压强的变化量计算:
Δp=ρ液体gΔh液体;Δp=ΔF/S=ΔG液体/S;数学方法:ΔP=P1-P2。
2. 压力的变化量计算:ΔF=Δmg、ΔF=ΔpS或ΔF=F1-F2等分析计算。
四、例题分析
【例题1】(2025·青浦·一模)如图所示,完全相同的轻质圆柱形薄壁容器A、B放置在水平地面上,分别盛有2千克的水和酒精。(ρ酒精=0.8×103千克/米3)
(1)求A容器中水的体积V水。
(2)在容器A中注入水,使两容器中液面相平,此时水对容器A底部的压强增加了196帕。
(a)求酒精对容器B底部的压强p酒精。
(b)容器A对地面的压强pA。
【例题2】(2024崇明一模)如图所示,完全相同的圆柱形容器A和B放在水平地面上,A中装有深为7h、体积为1×10-3m3的水。B中装有深为8h的另一种液体,其密度为0.8×103kg/m3,求:
(1)A容器中水的质量;
(2)若A容器的重力为2牛,容器与水平地面接触面积为1.18×10-4m2,求A容器对地面的压强;
(3)若从A、B两容器中分别抽出高均为Δh的液体后,液体对各自容器底部的压强分别为pA、pB,请通过计算比较pA与pB的大小关系及对应的Δh的取值范围。
【例题3】(2023·上海·中考真题)甲、乙为两个相同的薄壁柱形容器,容器高度为0.8m,甲中有2kg的水,乙中A液体的质量为m,底面积为S0。
(1)求甲中水的体积V甲;
(2)乙对地面的压强p乙。
(3)若甲中水的深度为0.6m,乙中再加入A液体,使甲乙对地面的压强相等,求乙液体的密度范围。
五、练习题
1.(2024金山一模题)如图所示,完全相同的长方体薄壁密闭容器A和B,分别竖放和平放在水平地面上。两容器内分别盛有体积相等的液体甲和水,水的深度为0.1米,两液体对容器底部的压强之差为490帕。
(1)若水的质量为2千克,求水的体积V水;
(2)水对容器B底部的压强p水;
(3)将容器B竖放,此时两液体对容器底部的压强之差仍为490帕。求液体甲的密度ρ甲。
2.(2024·松江·一模)如图所示,置于水平桌面上的甲、乙两个完全相同的薄壁柱形容器,容器高0.8m,重力为5N,底面积为1×10-2m2,甲容器中盛有深度为0.6m的水,乙容器中盛有深度为0.4m的某种液体。(ρ水=1.0×103千克/米3)
(1)求甲容器中水对容器底部的压强p水。
(2)若乙容器中液体的重力为35N,求乙容器对水平桌面的压强p容乙。
(3)现将一个实心物块浸没在乙容器的液体中,能使甲、乙两容器底部所受液体压强相等,求乙容器中液体密度ρ液的范围。
3.(2024·闵行·一模)如图所示,轻质薄壁圆柱形容器甲、乙分别置于高度差为d(d>0)的两个水平台阶上,容器甲中盛有深度为8h的水,容器乙中盛有深度为13h的酒精。(已知ρ酒精=0.8ρ水)
(1)求水面下0.1米处液体压强p水;
(2)为了确保台阶A上方任意同一水平高度位置水的压强总小于酒精的压强,请通过计算确定台阶高度差d的取值范围。
4. (2024·长宁·二模)如图所示,质量均为m的柱形容器甲、乙置于水平地面上,容器足够高。甲盛有0.2米深的水,乙盛有0.16米深的液体A。
(1)求水对容器甲底部的压强p水;
(2)若容器乙的底面积为S0,其中的液体A质量为m0,求乙对地面的压强p乙;
(3)若液体A对容器乙底部的压强pA小于水对容器甲底部的压强p水,在容器乙中再注入深度为0.09米的液体A后,液体A对容器乙底部的压强p'A大于水对容器甲底部的压强p水,求液体A密度ρA的范围。
5.(2024·崇明·二模)如图所示,轻质薄壁圆柱形容器A、B放在水平面上,容器高度都为6h,A容器底面积为2S,B容器底面积为S。A中盛有深度为3h的液体甲,B中盛有深度为4h的液体乙,在图示水平面MN处两种液体的压强相等。试求:
(1)若液体甲的质量为6千克,体积为5×10-3m3,求液体甲的密度ρ甲;
(2)若液体乙的质量为m乙,B容器底面积为S,求B容器对水平面的压强pB;
(3)若在A容器中继续加入液体甲、在B容器中继续加入液体乙,加入的液体体积都为ΔV,此时容器对水平面的压强为p'A和p'B。请通过计算比较p'A和p'B的大小关系及其对应ΔV的取值范围。
6.如图所示,A、B是两个完全相同的薄壁柱形金属容器,质量为0.5千克,底面积为0.01米2,分别装有体积为2×10-3米3的水和深度为0.3米的酒精,置于水平桌面上(ρ酒精=0.8×103千克/米3)。求:
(1)水的质量;
(2)B容器中酒精对容器底部的压强;
(3)请判断是否存在这样一个Δh,使两个容器中的液体在增大同一深度Δh后(容器中无液体溢出),容器中的液体对底部的压强相等。若存在,请计算出Δh的大小;若不存在,请说明理由。
7. (2022嘉定一模)如图所示,底面积不同足够高的圆柱形容器甲、乙(S甲>S乙)置于水平地面上。
(1)若容器甲重为10牛,底面积为1×10-2米2,内部盛有深度为0.4米的水。求:
(a)水对容器甲底部的压强p水;
(b)容器甲对水平地面的压强p地;
(2)若容器甲、乙中的液体A、B对容器底部的压强相等。为使A液体对容器甲底部的压强大于B液体对容器乙底部的压强,有如下方案:
(a)在容器甲、乙中同时抽取相同质量的液体;
(b)在容器甲、乙中同时加入相同高度的原有液体;
请分析每种方案的可行性。
8. (2021浦东新区二模题)如图9所示,甲、乙两个柱形容器分别放在水平地面上。
① 若甲容器中盛有0.3米深的水,求水对甲容器底部的压强p水。
② 若乙容器中盛有2×10-3米3的某种液体,液体质量为1.8千克,求这种液体的密度ρ液。
③ 若两容器中分别盛有不同液体,下表中记录了从容器中抽出相同深度的液体前后,液体对容器底部的压强值。求这两种液体的密度之比ρ甲: ρ乙。
抽出前
抽出后
p甲/帕
2450
980
p乙/帕
1960
980
甲
乙
9.(2021静安一模题)薄壁圆柱形容器甲、乙置于水平桌面上,如图所示,底面积S甲为S乙的2倍。甲中盛有水,水的质量为5千克;乙中盛有另一种液体,液体密度ρ液为0.5×103千克/米3。
① 求水对甲容器底部的压力F水。
② 分别从甲、乙两容器中抽出相同深度的液体,右表为抽出液体前后两容器底部受到液体的压强。
(a)求抽出液体后甲容器中水的深度h水;
(b)问抽出液体前乙容器中液体的质量m液。
10. (2021闵行一模题)如图所示,容积为5×103米3的平底鱼缸放在水平桌面中央,容器内装有质量为2.5千克的水,水深为0.1米。求:
① 水的体积V水;
② 水对容器底部的压强p水;
③ 小王同学继续往鱼缸中倒入5牛的水后,他认为水对容器底部的压力增加量△F水为5牛。请你判断他的说法是否正确,并说明理由。
11. (2021青浦一模题)如图所示,薄壁圆柱形容器甲和乙置于水平桌面上。甲容器的质量为1千克、底面积为2×10-2米2,乙容器内装有0.2米深的酒精(酒精=0.8×103千克/米3),甲、乙两容器底部受到的压强相等。
甲
乙
① 求乙容器底部受到酒精的压强p乙。
② 继续在容器甲中注水,使甲中水面与乙中酒精的液面相平,求甲容器对水平面压强的增加量p。
12.(2020年虹口一模)圆柱形容器A、B放在水平桌面上,分别装有水和某种液体,液体深0.1米,水对容器底部的压强为784帕,两容器底部受到的压强相等。
① 求容器A中水的深度h水。
② 求容器B中液体的密度ρ液。
③ 继续在容器A中注水,使A中水面与B中液体的液面相平,求水对容器底部压强的增加量p水。
13. (2020年浦东新区一模)如图所示,盛有酒精和水的两个足够高的柱形容器置于水平地面上。若向容器中分别倒入相等体积的原有液体,倒入前后液体对容器底的压强记录在下表中。(ρ酒=0.8×103千克/米3)
酒精
水
液体对容器底部的压强
倒入前
倒入后
p酒(帕)
1176
1568
p水(帕)
1176
1960
①求倒入后容器中酒精的深度h酒。
②若倒入后酒精的质量为3.2千克,求酒精的体积V酒。
③求两容器内部底面积S酒:S水的值。
14.(2020年长宁、松江一模)如图11所示,水平地面上薄壁圆柱形容器甲、乙的底面积分别为2S、S,容器内分别盛有质量相等的水和酒精(ρ酒精=0.8×103千克/米3)。
圆柱体
底面积
高度
A
S
5h
B
3S
3h
①求甲容器中0.1米深处水的压强。
②若乙容器中酒精质量为2.4千克,求酒精的体积。
③若在乙容器内抽取0.2米深酒精后,酒精和水对容器底的压强相等,求甲中水的深度。
15.(2019年上海中考题)如图所示,足够高的圆柱形薄底容器A、B置于水平地面上,分别盛有水和液体乙。水的深度为0.08米,两容器底部受到液体的压强相等。
①若水的质量为2千克,求水的体积V水。
A B
水
乙
②求水对容器A底部的压强p水。
③在容器A中注入水,使两容器中液面相平,此时水对容器A底部的压强增加了196帕。求液体乙的密度ρ乙。
16.(2018年上海中考题)相同的薄壁圆柱形容器甲、乙置于水平桌面上,甲中盛有水,乙中盛有另一种液体,水的质量为5千克。
① 求甲容器中水的体积V水。
② 分别从甲、乙两容器中分别抽出相同体积的液体,下表为抽出液体前后两容器底部受到液体的压强。
(a)求抽出液体后甲容器中水的深度h水;
(b)问抽出液体前乙容器中液体的质量m液,并说明理由。
液体对底部的压强
抽出液体前
抽出液体后
P水(帕)
1960
980
P液(帕)
1960
1078
17.(2017年上海中考题)甲、乙两个薄壁圆柱形容器(容器足够高)置于水平地面上。甲容器底面积为6×10-2米2,盛有质量为8千克的水。乙容器盛有深度为0.1米、质量为2千克的水。
① 求乙容器中水的体积V乙。
② 求乙容器底部受到水的压强p乙。
③ 现从甲容器中抽取部分水注入乙容器后,甲、乙两容器底部受到水的压力相同。求抽水前后甲容器底部受到水的压强变化量Δp甲。
18.(2019青浦二模)相同的薄壁圆柱形容器甲、乙置于水平桌面上。甲中盛有水,乙中盛有另一种液体,水和液体的质量均为4千克。
① 求甲容器中水的体积V水。
容器底部受到液体的压强
抽出液体前
抽出液体后
P甲水(帕)
1960
980
P乙液(帕)
1078
② 分别从甲、乙容器中抽出相同体积的液体,下表为抽出液体前后两容器底部受到的液体的压强。
(a)问抽出液体前乙容器底部受到的液体的压强p液,并说明理由。
(b)求乙容器中抽出液体的质量∆m液。
19. 如图1所示,轻质薄壁的两圆柱形容器甲、乙竖直放在水平面上。甲中盛有未知液体,乙中盛有水。
(1)若甲容器中液体重力为1.2N,甲容器底面积为1.2×10-3m2,求甲液体对容器底部的压强p甲。
(2)若乙容器中水的质量为1.5kg,求乙中水的体积V水。
(3)如图2所示 ,若在乙容器中再加入一定水,则此时水的深度为0.2米,将容器乙放进容器甲中,静止时容器甲的液面比容器乙的水面髙0.05m。求此时甲容器中液体的密度ρ甲。
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专题06 压强计算(液体的抽取与加入)
一、常见题目类型
在柱形容器中抽取(或加入)液体:某一深度(体积或质量)(如图所示)。
甲 乙
二、常用到的基础知识
1. 液体的压强: p=ρgh, p=F/S
2. 密度: ρ=m/V
3. 柱形容器中,液体对容器底部压力的大小等于液体的重力大小:
F = G液体=m液体g
4. 柱形液体的体积:V= Sh
三、常用的分析方法
1. 液体对容器底部压强的变化量计算:
Δp=ρ液体gΔh液体;Δp=ΔF/S=ΔG液体/S;数学方法:ΔP=P1-P2。
2. 压力的变化量计算:ΔF=Δmg、ΔF=ΔpS或ΔF=F1-F2等分析计算。
四、例题分析
【例题1】(2025·青浦·一模)如图所示,完全相同的轻质圆柱形薄壁容器A、B放置在水平地面上,分别盛有2千克的水和酒精。(ρ酒精=0.8×103千克/米3)
(1)求A容器中水的体积V水。
(2)在容器A中注入水,使两容器中液面相平,此时水对容器A底部的压强增加了196帕。
(a)求酒精对容器B底部的压强p酒精。
(b)容器A对地面的压强pA。
【答案】(1)2×10-3m3;(2)784Pa,980Pa
【详解】(1)根据密度公式可知容器中水的体积
(2)(a)在容器A中注入水,使两容器中液面相平,此时水对容器A底部的压强增加了196Pa,注水高度为
根据题意可知,2千克的水和酒精的高度差为0.02m,根据密度公式及体积公式有
解方程可得S=0.025m2
酒精的高度
酒精对容器B底部的压强p酒精=ρ酒精gh′=0.8×103kg/m3×9.8N/kg×0.1m=784Pa
(b)所注水质量m′=ρ水Sh=1.0×103kg/m3×0.025m2×0.02m=0.5kg
容器A对地面的压力F=G=(m+m′)g=(2kg+0.5kg)×9.8N/kg=24.5N
容器A对地面的压强
【例题2】(2024崇明一模)如图所示,完全相同的圆柱形容器A和B放在水平地面上,A中装有深为7h、体积为1×10-3m3的水。B中装有深为8h的另一种液体,其密度为0.8×103kg/m3,求:
(1)A容器中水的质量;
(2)若A容器的重力为2牛,容器与水平地面接触面积为1.18×10-4m2,求A容器对地面的压强;
(3)若从A、B两容器中分别抽出高均为Δh的液体后,液体对各自容器底部的压强分别为pA、pB,请通过计算比较pA与pB的大小关系及对应的Δh的取值范围。
【答案】(1)1千克;(2)105帕;(3)见解析
【详解】(1)水的质量m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×1×10-3m3=1kg
(2)水的重力G水=m水g=1kg×9.8N/kg=9.8N
容器对水平地面的压力F=GA+G水=2N+9.8N=11.8N
A容器对地面的压强
(3)若从A、B两容器中分别抽出高均为△h的液体后,减小的压强为
ΔpA=ρ水gΔh ΔpB=ρ液gΔh
则A容器中水对容器底部的压强 pA=ρ水g(hA-Δh)
B容器中液体对容器底部的压强 pB=ρ液g(hB-Δh)
则 pA-pB=ρ水g(hA-Δh)-ρ液g(hB-Δh)
=1×103kg/m3×g(7h-Δh)-0.8×103kg/m3×g(8h-Δh)
=0.6×103kg/m3×h-0.2×103kg/m3Δh
=0.2×103kg/m3×(3h-Δh)
所以,①当0<Δh<3h时,则pA-pB>0,所以,pA>pB;
②当Δh=3h时,则pA-pB=0,所以,pA=pB;
③当Δh>3h时,则pA-pB<0,所以,pA<pB。
【例题3】(2023·上海·中考真题)甲、乙为两个相同的薄壁柱形容器,容器高度为0.8m,甲中有2kg的水,乙中A液体的质量为m,底面积为S0。
(1)求甲中水的体积V甲;
(2)乙对地面的压强p乙。
(3)若甲中水的深度为0.6m,乙中再加入A液体,使甲乙对地面的压强相等,求乙液体的密度范围。
【答案】(1)2×10-3m3;(2)mg/S0;(3)
【详解】(1)甲中水的体积
(2)轻质薄壁柱形容器的重力是忽略不计的,乙对地面的压力F乙=G乙=mg
乙对地面的压强
(3)当甲乙对地面的压强相等时,甲乙对地面的压力相等,甲、乙为两个相同的薄壁柱形容器,所以甲乙两容器内液体的重力相等
得
乙液体的深度越小,密度越大,当乙容器中液体深度为容器高度0.8m时,乙液体的密度最小,故乙液体的最小密度为
由图可知,此时乙液体的深度比水略大,还需再加入A液体才能使甲乙对地面的压强相等,故乙液体的密度最大为水的密度,所以乙液体的密度范围为
五、练习题
1.(2024金山一模题)如图所示,完全相同的长方体薄壁密闭容器A和B,分别竖放和平放在水平地面上。两容器内分别盛有体积相等的液体甲和水,水的深度为0.1米,两液体对容器底部的压强之差为490帕。
(1)若水的质量为2千克,求水的体积V水;
(2)水对容器B底部的压强p水;
(3)将容器B竖放,此时两液体对容器底部的压强之差仍为490帕。求液体甲的密度ρ甲。
【答案】(1)2×10-3米3;(2)980帕;(3)750千克/米3
【详解】(1)水的质量为2千克,则水的体积
(2)水的深度为0.1米,则水对容器B底部的压强
p水=ρ水gh水=1×103千克/米3×9.8牛/千克×0.1米=980帕
(3)容器B由平放到竖放,两液体对容器底部的压强差均为490帕,说明此过程中水的压强增加了980帕,即 Δp水=980帕
根据Δp水=ρ水gΔh 980帕=1×103千克/米3×9.8牛/千克×Δh
解得Δh=0.1米
液体甲和水的体积相等,则深度相等,则竖放时,液体甲和水的深度
h甲=h水=0.1米+ 0.1米=0.2米
由于两液体对容器底部的压强之差仍为490帕,即
Δp1=p水1-p甲=103千克/米3×9.8牛/千克×0.2米-ρ甲×9.8牛/千克×0.2米=490帕
解得ρ甲=750千克/米3
2.(2024·松江·一模)如图所示,置于水平桌面上的甲、乙两个完全相同的薄壁柱形容器,容器高0.8m,重力为5N,底面积为1×10-2m2,甲容器中盛有深度为0.6m的水,乙容器中盛有深度为0.4m的某种液体。(ρ水=1.0×103千克/米3)
(1)求甲容器中水对容器底部的压强p水。
(2)若乙容器中液体的重力为35N,求乙容器对水平桌面的压强p容乙。
(3)现将一个实心物块浸没在乙容器的液体中,能使甲、乙两容器底部所受液体压强相等,求乙容器中液体密度ρ液的范围。
【答案】(1)6000Pa;(2)4000Pa;(3)0.75×103kg/m3~1.5×103kg/m3
【详解】(1)甲容器中水对容器底部的压强为
p水=ρ水gh水=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.6m=6000Pa
(2)乙容器对水平桌面的压力为F=G总=G液+G容=35N+5N=40N
所以乙容器对水平桌面的压强为
(3)要使甲、乙两容器底部所受液体压强相等,即p液=p水=6000Pa
若不放入物体,此时乙容器中液体深度最小,由p=ρgh可知,乙容器中液体的密度最大,则乙容器中液体密度最大为
若放入物体后液面恰好与容器口相平,此时乙容器中液体深度最大,由p=ρgh可知,乙容器中液体的密度最小,则乙容器中液体密度最小为
所以乙容器中液体密度的范围为0.75×103kg/m3~1.5×103kg/m3。
3.(2024·闵行·一模)如图所示,轻质薄壁圆柱形容器甲、乙分别置于高度差为d(d>0)的两个水平台阶上,容器甲中盛有深度为8h的水,容器乙中盛有深度为13h的酒精。(已知ρ酒精=0.8ρ水)
(1)求水面下0.1米处液体压强p水;
(2)为了确保台阶A上方任意同一水平高度位置水的压强总小于酒精的压强,请通过计算确定台阶高度差d的取值范围。
【答案】(1)980Pa;(2)d<3h
【详解】(1)水面下0.1米处液体压强为
p水=ρ水gh=1×103kg/m3×9.8N/kg×0.1m=980Pa
(2)设水的深度为H水,H水≤8h,则对应酒精的深度为
H酒精=13h-(8h-H水+d)=5h+H水-d
根据液体压强公式,依题意有
ρ水gH水<ρ酒精gH酒精
即ρ水gH水<ρ酒精g(5h+H水-d)
解得d<5h-0.25H水,
对任意H水,都要满足以上式子,故当H水=8h时,d最大为3h。故d的取值范围为d<3h。
4. (2024·长宁·二模)如图所示,质量均为m的柱形容器甲、乙置于水平地面上,容器足够高。甲盛有0.2米深的水,乙盛有0.16米深的液体A。
(1)求水对容器甲底部的压强p水;
(2)若容器乙的底面积为S0,其中的液体A质量为m0,求乙对地面的压强p乙;
(3)若液体A对容器乙底部的压强pA小于水对容器甲底部的压强p水,在容器乙中再注入深度为0.09米的液体A后,液体A对容器乙底部的压强p'A大于水对容器甲底部的压强p水,求液体A密度ρA的范围。
【答案】(1);(2);(3)
【详解】(1)水对容器甲底部的压强
(2)乙对地面的压强
(3)由题可知,pA<p水,即ρA ghA<ρ水gh水,即
又因为p'A>p水,即ρA' ghA>ρ水gh水,解得
所以液体A密度ρA的范围为
5.(2024·崇明·二模)如图所示,轻质薄壁圆柱形容器A、B放在水平面上,容器高度都为6h,A容器底面积为2S,B容器底面积为S。A中盛有深度为3h的液体甲,B中盛有深度为4h的液体乙,在图示水平面MN处两种液体的压强相等。试求:
(1)若液体甲的质量为6千克,体积为5×10-3m3,求液体甲的密度ρ甲;
(2)若液体乙的质量为m乙,B容器底面积为S,求B容器对水平面的压强pB;
(3)若在A容器中继续加入液体甲、在B容器中继续加入液体乙,加入的液体体积都为ΔV,此时容器对水平面的压强为p'A和p'B。请通过计算比较p'A和p'B的大小关系及其对应ΔV的取值范围。
【答案】(1)1.2×103千克/米3;(2);(3)见解析
【详解】(1)液体甲的密度
(2)B容器对水平面的压强
(3)再次加入液体前,在图示水平面MN处两种液体的压强相等,即
解得
当p'A=p'B时
即
解得 ΔV=2Sh
则当ΔV=2Sh时,p'A=p'B;
当0<ΔV<2Sh时,p'A>p'B;
当ΔV>2Sh时,B中液体溢出,所以ΔV的取值范围为0<ΔV≤2Sh。
6.如图所示,A、B是两个完全相同的薄壁柱形金属容器,质量为0.5千克,底面积为0.01米2,分别装有体积为2×10-3米3的水和深度为0.3米的酒精,置于水平桌面上(ρ酒精=0.8×103千克/米3)。求:
(1)水的质量;
(2)B容器中酒精对容器底部的压强;
(3)请判断是否存在这样一个Δh,使两个容器中的液体在增大同一深度Δh后(容器中无液体溢出),容器中的液体对底部的压强相等。若存在,请计算出Δh的大小;若不存在,请说明理由。
【答案】(1)2kg;(2)2400Pa;(3)存在,0.2m
【详解】(1)水的质量
(2)B容器中酒精对容器底部的压强
(3)A薄壁柱形容器中水的深度
增加相同深度的液体Δh后,当p'水=p'酒精时,由p=ρgh可得
即
解得Δh=0.2m
因此,存在这样一个Δh,使两个容器中的液体在增大同一深度Δh后(容器中无液体溢出),容器中的液体对底部的压强相等,Δh大小为0.2m。
7. (2022嘉定一模)如图所示,底面积不同足够高的圆柱形容器甲、乙(S甲>S乙)置于水平地面上。
(1)若容器甲重为10牛,底面积为1×10-2米2,内部盛有深度为0.4米的水。求:
(a)水对容器甲底部的压强p水;
(b)容器甲对水平地面的压强p地;
(2)若容器甲、乙中的液体A、B对容器底部的压强相等。为使A液体对容器甲底部的压强大于B液体对容器乙底部的压强,有如下方案:
(a)在容器甲、乙中同时抽取相同质量的液体;
(b)在容器甲、乙中同时加入相同高度的原有液体;
请分析每种方案的可行性。
【答案】(1)3920Pa;4900Pa;(2)a可行,b不可行
【详解】(1)(a)水对容器甲底部的压强为
p水=ρ水gh水=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.4米=3920帕
(b)容器甲内水的体积为
水的质量为m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×4×10-3m3=4kg
容器甲对对水平地面的压力为
容器甲对地面的压强为
(2)已知液体对容器底部的压强为p甲=p乙
两个容器是圆柱形的,液体对容器底的压力等于液体的重力,F甲=G甲,F乙=G乙,
所以液体对容器底的压强为
(a)在容器甲、乙中同时抽取相同质量的液体,设抽取液体的质量为m,则剩余液体对容器底的压强为
因为S甲>S乙,所以p甲剩>p乙剩
此方案可行;
(b)已知液体对容器底部的压强为p甲=pB,即ρ甲gh甲=ρ乙gh乙
因为h甲>h乙,所以液体的密度关系为ρ甲<ρ乙
在容器甲、乙中同时加入相同高度的原有液体,由压强的计算公式可知,增大的压强为
Δp=ρgΔh,所以Δp甲<Δp乙
后来液体对容器底的压强为
p甲1=p甲+Δp甲 p乙1=p乙+Δp乙
所以p甲1<p乙1
此方案不可行。
8. (2021浦东新区二模题)如图9所示,甲、乙两个柱形容器分别放在水平地面上。
① 若甲容器中盛有0.3米深的水,求水对甲容器底部的压强p水。
② 若乙容器中盛有2×10-3米3的某种液体,液体质量为1.8千克,求这种液体的密度ρ液。
③ 若两容器中分别盛有不同液体,下表中记录了从容器中抽出相同深度的液体前后,液体对容器底部的压强值。求这两种液体的密度之比ρ甲: ρ乙。
抽出前
抽出后
p甲/帕
2450
980
p乙/帕
1960
980
甲
乙
【答案】① 2940帕;②0.9×103千克/米3;③3:2。
【解析】①p水=ρ水gh水=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.3米=2940帕
②ρ液=m液/ V液=1.8千克/ 2×10-3米3=0.9×103千克/米3
③甲液体对容器底部压强的变化量分别为Δp甲=ρ甲gΔh甲=2450pa-980pa=1470pa
乙液体对容器底部压强的变化量分别为Δp乙=ρ乙gΔh乙=1960pa-980pa=980pa
根据比例进行计算
所以这两种液体的密度之比为 =3:2
9.(2021静安一模题)薄壁圆柱形容器甲、乙置于水平桌面上,如图所示,底面积S甲为S乙的2倍。甲中盛有水,水的质量为5千克;乙中盛有另一种液体,液体密度ρ液为0.5×103千克/米3。
① 求水对甲容器底部的压力F水。
② 分别从甲、乙两容器中抽出相同深度的液体,右表为抽出液体前后两容器底部受到液体的压强。
(a)求抽出液体后甲容器中水的深度h水;
(b)问抽出液体前乙容器中液体的质量m液。
【答案】① 49牛;②(a)0.1米;(b)③2千克。
【解析】①F =G =mg=5千克×9.8牛/千克=49牛
②(a)抽出液体后甲容器底部受到液体的压强p甲 =ρ甲gh水
甲容器中水的深度h水= p甲/ρ甲g=980帕/(1×103千克/米3×9.8牛/千克)=0.1米
(b)甲容器中抽出水的深度
因为从甲、乙两容器中抽出相同深度的液体,即∆ h液=∆ h水=0.1米
计算乙液体后来的深度p液 =ρ液gh
乙液体原来的深度h液前=0.22米+0.1米=0.32米
乙液体原来的压强 p液前 =ρ液g h液前=0.5×103千克/米3×9.8牛/千克×0.32米=1568帕
抽出液体前甲乙容器中液体的重力等于液体的压力
F甲 = G甲=m甲g=p甲前×S甲 F乙 = G乙=m乙g=p乙前×S乙
解得m乙=2千克
10. (2021闵行一模题)如图所示,容积为5×103米3的平底鱼缸放在水平桌面中央,容器内装有质量为2.5千克的水,水深为0.1米。求:
① 水的体积V水;
② 水对容器底部的压强p水;
③ 小王同学继续往鱼缸中倒入5牛的水后,他认为水对容器底部的压力增加量△F水为5牛。请你判断他的说法是否正确,并说明理由。
【答案】① 2.5×103米3;②980帕;③见解析。
【解析】① V水=m水/ρ水=2.5千克/1.0×103千克/米3=2.5×103米3
② p水=ρ水gh=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.1米=980帕
③ 错误。
△F水=△p水S=ρ水g△h水S,△G水=△m水g=ρ水△V水g
∵不是柱形容器,△h水S≠△V水,∴△F水≠△G水。
11. (2021青浦一模题)如图所示,薄壁圆柱形容器甲和乙置于水平桌面上。甲容器的质量为1千克、底面积为2×10-2米2,乙容器内装有0.2米深的酒精(酒精=0.8×103千克/米3),甲、乙两容器底部受到的压强相等。
甲
乙
① 求乙容器底部受到酒精的压强p乙。
② 继续在容器甲中注水,使甲中水面与乙中酒精的液面相平,求甲容器对水平面压强的增加量p。
【答案】① 1568帕;②392帕。
【解析】① p酒=ρ酒gh酒 =0.8×103千克/米3×0.2米×9.8牛/千克=1568帕
② p水=p酒=1568帕
h水=p水/ρ水g=1568帕/1×103千克/米3×9.8牛/千克=0.16米
Δh水=h酒-h水=0.2米-0.16米=0.04米
ΔF=ΔG水=Δm水g=S Δh水ρ水g
=2×10-2米2×0.04米×1×103千克/米3×9.8牛/千克
=7.84牛
Δp=ΔF/S=7.84牛/2×10﹣2米2=392帕
12.(2020年虹口一模)圆柱形容器A、B放在水平桌面上,分别装有水和某种液体,液体深0.1米,水对容器底部的压强为784帕,两容器底部受到的压强相等。
① 求容器A中水的深度h水。
② 求容器B中液体的密度ρ液。
③ 继续在容器A中注水,使A中水面与B中液体的液面相平,求水对容器底部压强的增加量p水。
【答案】(1)0.08米。(2)0.8×103千克/米3。(3)196帕。
【解析】① h水=p水/ρ水g=784帕/(1.0×103千克/米3×9.8牛/千克)=0.08米
② p液=p水=784帕
ρ液=p液/gh液=784帕/(9.8牛/千克×0.1米)
=0.8×103千克/米3
③ 因为液面相平所以h水′=h液
Δh水=h水′-h水=h乙-h水=0.1米-0.08米=0.02米
Δ p液=ρ水gΔh水=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.02米=196帕
13. (2020年浦东新区一模)如图所示,盛有酒精和水的两个足够高的柱形容器置于水平地面上。若向容器中分别倒入相等体积的原有液体,倒入前后液体对容器底的压强记录在下表中。(ρ酒=0.8×103千克/米3)
酒精
水
液体对容器底部的压强
倒入前
倒入后
p酒(帕)
1176
1568
p水(帕)
1176
1960
①求倒入后容器中酒精的深度h酒。
②若倒入后酒精的质量为3.2千克,求酒精的体积V酒。
③求两容器内部底面积S酒:S水的值。
【答案】①0.2米; ②4×10-3米3;③1:6.
【解析】①倒入后容器中酒精的深度
②酒精的体积
③ Δp酒= ρ酒gΔh酒= ρ酒g Δp水= ρ水gΔh水= ρ水g
14.(2020年长宁、松江一模)如图11所示,水平地面上薄壁圆柱形容器甲、乙的底面积分别为2S、S,容器内分别盛有质量相等的水和酒精(ρ酒精=0.8×103千克/米3)。
圆柱体
底面积
高度
A
S
5h
B
3S
3h
①求甲容器中0.1米深处水的压强。
②若乙容器中酒精质量为2.4千克,求酒精的体积。
③若在乙容器内抽取0.2米深酒精后,酒精和水对容器底的压强相等,求甲中水的深度。
【答案】980帕;②3×10-3米3;③0.16米。
【解析】p水=ρ水gh=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.1米=980帕
②V=m/ρ=2.4kg/0.8×103kg/m3=3×10-3米3
③因为m水= m酒,S甲=2S乙,所以p酒=2p水。当抽取0.2米酒精后
压强相等,说明酒精的压强减小了一半,h′酒=Δh酒=0.2米
p′水=p′酒 ρ水gh水=ρ酒gh酒
h水=0.16米
15.(2019年上海中考题)如图所示,足够高的圆柱形薄底容器A、B置于水平地面上,分别盛有水和液体乙。水的深度为0.08米,两容器底部受到液体的压强相等。
①若水的质量为2千克,求水的体积V水。
A B
水
乙
②求水对容器A底部的压强p水。
③在容器A中注入水,使两容器中液面相平,此时水对容器A底部的压强增加了196帕。求液体乙的密度ρ乙。
【答案】①2×10-3m3;②784pa;③800kg/m3。
【解析】①容器中甲水的体积为:
②容器甲中水对容器底部的压强:p水=ρgh=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.08m=784pa。
③当容器甲内加水至于容器乙相平时,设此时水深为h1,
此时水对容器底部的压强:p1=p水+△p=784pa+196pa=980pa;
由p=ρgh可得此时水的深度:
由题知,原来容器甲、乙底部所受液体的压强相等,即:p乙=p水=784pa;
由p=ρgh可得,液体乙的密度:
16.(2018年上海中考题)相同的薄壁圆柱形容器甲、乙置于水平桌面上,甲中盛有水,乙中盛有另一种液体,水的质量为5千克。
① 求甲容器中水的体积V水。
② 分别从甲、乙两容器中分别抽出相同体积的液体,下表为抽出液体前后两容器底部受到液体的压强。
(a)求抽出液体后甲容器中水的深度h水;
(b)问抽出液体前乙容器中液体的质量m液,并说明理由。
液体对底部的压强
抽出液体前
抽出液体后
P水(帕)
1960
980
P液(帕)
1960
1078
【答案】①5×10-3米3; ②(a) ;(b)m液=m水=5千克
【解析】①甲容器中水的体积
②(a)抽出液体后甲容器中水的深度
(b)m液=m水=5千克
两容器底面积S相等,抽出液体前,两容器底部受到液体的压强均为1960帕,根据F=PS,说明两容器底部受到液体的压力F相等。
圆柱形容器G液=F液,两液体受到的重力G相等。m=G/g,,即两液体的质量相等。
17.(2017年上海中考题)甲、乙两个薄壁圆柱形容器(容器足够高)置于水平地面上。甲容器底面积为6×10-2米2,盛有质量为8千克的水。乙容器盛有深度为0.1米、质量为2千克的水。
① 求乙容器中水的体积V乙。
② 求乙容器底部受到水的压强p乙。
③ 现从甲容器中抽取部分水注入乙容器后,甲、乙两容器底部受到水的压力相同。求抽水前后甲容器底部受到水的压强变化量Δp甲。
【答案】①2×10-3米3; ②980帕;③490帕。
【解析】①
② p乙=ρ水gh乙=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.1米=980帕
③ Fʹ甲=Fʹ乙 Gʹ甲=Gʹ乙 m甲-Δm=m乙+Δm
Δm=(m甲-m乙)/2=(8千克-2千克)/2=3千克
Δp=ΔF/S=ΔG甲/S=Δmg/S=(3千克×9.8牛/千克)/6×10-2米2 =490帕
18.(2019青浦二模)相同的薄壁圆柱形容器甲、乙置于水平桌面上。甲中盛有水,乙中盛有另一种液体,水和液体的质量均为4千克。
① 求甲容器中水的体积V水。
容器底部受到液体的压强
抽出液体前
抽出液体后
P甲水(帕)
1960
980
P乙液(帕)
1078
② 分别从甲、乙容器中抽出相同体积的液体,下表为抽出液体前后两容器底部受到的液体的压强。
(a)问抽出液体前乙容器底部受到的液体的压强p液,并说明理由。
(b)求乙容器中抽出液体的质量∆m液。
【答案】①4×10-3米3;②(a)1960帕;(b)1.8千克。
【解析】① V水=m水/ ρ水=4千克/ 1.0×103千克/米3=4×10-3米3
② (a)p液=1960帕
因为是柱形容器,液体对容器底部的压强p=F/S=G/S= mg/S,液体和水的m、S均相同,所以液体对容器底部的压强等于水对容器底部的压强。
(b)S=F/ p=G/p= mg/p=4千克×9.8牛/千克/1960帕=2×10-2米2
G′液=F= pS=1078帕×2×10-2米2=21.56牛
m′液= G′液/ g=21.56牛/ 9.8牛/千克=2.2千克
∆m =m液-m′液=4千克-2.2千克=1.8千克
19. 如图1所示,轻质薄壁的两圆柱形容器甲、乙竖直放在水平面上。甲中盛有未知液体,乙中盛有水。
(1)若甲容器中液体重力为1.2N,甲容器底面积为1.2×10-3m2,求甲液体对容器底部的压强p甲。
(2)若乙容器中水的质量为1.5kg,求乙中水的体积V水。
(3)如图2所示 ,若在乙容器中再加入一定水,则此时水的深度为0.2米,将容器乙放进容器甲中,静止时容器甲的液面比容器乙的水面髙0.05m。求此时甲容器中液体的密度ρ甲。
【答案】(1)1×103Pa;(2)1.5×10-3m3;(3)0.8×103kg/m3
【详解】(1)甲容器中液体对容器底的压强
(2)乙中水的体积
(3)向乙中加水,使其高度达到0.2m,将乙放入甲液体中,静止时液体高出水面0.05m,此时乙内外压强相等,根据p=ρgh有ρ水gh水=ρ甲gh液
即1×103kg/m3×0.2m=ρ甲×(0.2m+0.05m)
解得ρ甲=0.8×103kg/m3。
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