内容正文:
6.4液体压强
1、 液体压强
1.液体内部存在压强
①如图 6-4-2(a)所示,将一根两端开口的直玻璃筒竖直放置,下端扎一块橡皮膜封堵,从上端向直玻璃筒内注水,观察到直玻璃筒下端的橡皮膜向下凸出;
②如图 6-4-2(b)所示,将一个侧壁开孔的玻璃筒竖直放置,在侧壁开孔处扎 一块橡皮膜封堵,从上端向玻璃筒内注水,观察到橡皮膜向外凸出。这些现象说明液体对容器的底部和侧壁都有压强。
③如图 6-4-3 所示,将套有食品保鲜袋的手伸入盛水的容器中,这时手背、手心和手指各个部位都明显地感受到保鲜袋紧贴在手上。这是因为水对保鲜袋产生了挤压作用,说明液体内部存在压强。
2.液体产生压强的原因
a. 液体受到重力,对容器底部有压力,所以会产生压强;
b. 液体具有流动性,所以对容器侧壁有压强。
二、探究液体压强与哪些因素有关
1.U形管压强计
如图6-4-4 所示,通常用U形管压强计来研究液体压强。当压强计金属盒上的橡皮膜受到压力时,U形管两边管中液面的高度差反映橡皮膜上的压强大小。将U形管压强计金属盒放入盛有液体的容器内,调节金属盒的橡皮膜的朝向,就可以研究液体内部各个方向上的压强。
2.学生实验 探究液体压强与哪些因素有关
提出问题
图 6-4-5 中,注水容器侧壁开孔位置c,橡皮膜向外凸出的程度越大。同样深度处,容器中盛放硫酸铜溶液时,橡皮膜的凸出程度更大。
由此猜想,液体压强与哪些因素有关? 液体的深度、液体的密度
搜集证据
器材
现有以下实验器材可供选择:
U形管压强计、刻度尺、弹簧测力计、两个相同的玻璃容器、一定量的水和硫酸铜溶液。
本实验无需使用的器材是弹簧测力计。
U形管压强计的原理:当探头上的橡皮膜受到压强时,U形管两端的液面出现高度差,压强越大,液面的高度差越大.
方案
影响液体压强的因素可能有多个,我们可以用控制变量法逐个探究。
实验方法:转换法、控制变量法。
①探究水面下同一深度处的压强是否与朝向有关。
将U形管压强计金属盒放置在容器内水面下的某一深度处,改变膜面的朝向,观察U形管两边管中液面的高度差是否发生变化。
现象:U形管两边管中液面的高度差不变。
结论:同种液体内部同一深度,向各个方向的压强都相等。
②探究水中的压强是否与深度有关。
将 U 形管压强计金属盒放置在容器内水面下 不同深度的三个位置,观察U形管两边液面差是否发生变化,如何变化?
现象:同种液体中,深度越大,U形管两边管中液面的高度差越大。
结论: 同种液体中,深度越大,液体压强越大。
③探究液体压强是否与液体的密度有关。
用硫酸铜溶液 替换水进行实验,开展探究。
具体方案:将相同体积的适量水、硫酸倒入相同玻璃容器 ,将U形管压强计金属盒分别、依次放置在这两个玻璃容器的相同深度处,观察 U形管两边液面差是否发生变化,如何变化?(已知ρ硫酸铜溶液>ρ水)
现象:深度相同时,硫酸铜溶液中的U形管两边管中液面的高度差比水中的大。
结论: 深度相同时,液体密度越大,液体压强越大。
大量实验表明:
液体内部存在着向各个方向的压强,并且在同一深度处各个方向上的压强相等。
在同种液体内部,深度越大,液体压强越大;在不同液体内部同一深度处,液体密度越大,液体压强也越大。
三、液体压强公式与应用
1.液体压强公式
为进一步得到液面下某处压强与液体密度和深度的关系,我们可以通过前面所学的压强公式进行推理。
如图6-4-6所示,设想在距离液面下h深处取一面积为S的水平液面,则该液面上方体积为Sh的液柱对此水平液面的压力F等于液柱所受的重力G。如果液体的密度为ρ, 则液柱对水平液面的压力
F = G = mg =ρVg =ρShg
水平液面所受的压强大小
因此,在距液面下h深处,液体的压强大小
p =ρgh
2.液体压强的应用
①河南洛阳小浪底大坝(图 6-4-7)是以防洪、防凌、减淤为主,兼顾供水、灌溉和发电、 生态的大坝。由液体压强的规律可知,堤坝下部受到的水的压强比上部大,因此为确保安全,堤坝下部比上部更为厚实(图 6-4-8 )。
②潜水员在水下作业时承受较大的压强,身体中的空腔如耳道、鼻腔、呼吸道、肺部等要与水的巨大压力相抗衡,会造成如人体内部血管受压迫、四肢痉挛、昏厥等。因此潜水员作业时必须限制潜水深度,确保自身安全。
4、 连通器及其应用
1.连通器
在物理学上,把几个底部相通,上部开口或相通的容器叫做连通器。U形管就是一种简单的连通器。
2.连通器的特点
在U形管中注入液体,设想在 U 形管底部 取一假想的竖直平面AB,假设两边管中的液面高度不同,则平面 AB两侧液体的压强不同;平面AB由于两侧所受压力不平衡,就会向压力小的一侧移动,直到两边管中的液面高度相同,液体才停止流动(图 6-4-9 )。
所以,即使连通器各组成 部分的形状不同,在注入同一种液体后,当液体静止时,连通器各部分中的液面一定处于同一水平面(图 6-4-10 )。
3.连通器的应用
①如图6-4-11 所示,下水管道中的U形“返 水管”、茶壶和工业储液容器外面的液位计,都是常见的连通器。
②图6-4-12为船自上游通过一个船闸驶向下游的示意图。船闸由闸室、
上下游闸门和上下游阀门组成。船从上游驶向下游时,先关闭两个闸门
和下游阀门,仅打开上游阀门,闸室和上游水库构成连通器。这时,水
从上游水库流入闸室, 闸室内的水位上升,当上升到和上游水库内的水
位相平时,打开上游闸门,船就可平稳驶入闸室内。同理,当闸室水位
与下游水库水位相平时, 船可驶出闸室。
题型1:概念辨析、填空
1.关于液体压强,下列说法中正确的是( )
A.液体压强大小与液体的体积有关
B.液体压强大小与液体的质量有关
C.液体压强大小与液体的深度和密度有关
D.液体对容器底部有压强,对容器侧壁没有压强
【答案】C
【详解】ABC.根据液体压强公式
可知,液体压强大小与液体的深度h和密度ρ有关,与液体的体积、质量无关,故AB 错误,C 正确;
D.由于液体受到重力作用,并且液体具有流动性,液体对容器底部有压强,对容器侧壁也有压强,故D 错误。
故选C。
2.关于液体内部的压强,下列说法中错误的是( )
A.在同一深度,液体密度越大,液体内部压强越大
B.在同一深度,液体向下的压强大于向上的压强
C.在同种液体内部,深度越深,液体内部压强越大
D.在同种液体内部,深度相同处液体向各个方向压强相等
【答案】B
【详解】A.由
得,在同一深度,液体密度越大,液体内部压强越大,故A正确,不符合题意;
BD.液体压强只与液体的密度、深度有关,与液体方向无关。在同种液体内部,深度相同处液体向各个方向压强相等,故B错误,符合题意,故D正确,不符合题意;
C.由
得,在同种液体内部,深度越深,液体内部压强越大,故C正确,不符合题意。
故选B。
3.如下图所示,半球形容器中盛满水,则水对容器壁压力的示意图中正确的是 ( )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【详解】由于液体内部向各个方向都有压强,显然可以排除A、B选项;在液体中,随着深度的增加,液体的压强逐渐增大,水对容器壁的压力也增大,在C、D图中,D选项符合.故选D.
点睛:此题涉及到液体的压强的特点的问题,解答本题要掌握液体的压强的特点及其应用.
4.下列说法正确的是( )
A.公式
只适用于固体,公式
只适用于液体
B.公式
只适用于固体,公式
适用于固体和液体
C.公式
适用于固体、液体、气体,公式
只适用于液体
D.公式
适用于固体、液体、气体,公式
适用于液体和气体
【答案】C
【详解】公式
为压强的定义式,适用于固体、液体、气体;公式
为液体压强的公式,适用于密度均匀、静止的液体;计算规则的柱状固体对水平面产生的压强,可对压强公式推导
,此种情况仍为公式
的应用,故ABD错误,C正确。
故选C。
5.液体由于受到 力作用,且液体具有 性,所以液体内部存在压强。
【答案】 重 流动
【详解】[1][2]液体由于受重力作用且具有流动性,所以液体内部存在压强,液体不仅对容器底部产生压强,对容器壁及四面八方都有压强。
6.液体内部压强产生的原因是液体受 作用和液体没有 而且具有 ,所以液体对容器 和 都有压强,液体内部向 方向都有压强.
【答案】 重力 固定形状 流动性 底部 侧壁 各个
【详解】[1][2][3][4][5]液体由于有重力,而对容器底部会产生压强;液体由于没有固定的形状,具有流动性而对束缚它的侧壁有压强;
[6]液体内部各个方向都有压强.
题型2:液体压强的简单计算、应用
7.如图所示,我国自主研制的“蛟龙号”载人潜水器潜入7km级的深海中,敲开了这一神秘“龙宫”的大门。“蛟龙号”下潜到700m处所受海水的压强为 Pa。此时,海水对“蛟龙号”外表面0.01m2面积上产生的压力是 N。(海水的密度约为1×103kg/m3)
【答案】 7×106 7×104
【详解】[1]根据液体压强公式
可计算出“蛟龙号”下潜到700m处所受海水的压强为
[2]根据公式
可求海水对“蛟龙号”外表面0.01m2面积上产生的压力为
8.“海斗号”是我国自主研制的无人潜水器,当它从水面下潜至3500m深处的过程中,它受到的海水压强将 (选填“变大”“变小”或“不变”) ;当它悬停在水面下3500m深处时,它受到的海水压强为 Pa。(海水密度取
)
【答案】 变大
【详解】[1]液体密度相同时,深度越深,液体压强越大,当潜水器从水面下潜至3500m深处的过程中,深度变深,它受到的海水压强将变大。
[2]它受到的海水压强为
9.如图所示为我国“奋斗者”号载人潜水器,该潜水器在马里亚纳海沟创造了11000m的中国深潜新纪录,当它在下潜到5000m深处时(
),所受到的液体压强高达 帕,它的物理意义是 。
【答案】 4.9×107 每平方米受力面积所受压力为4.9×107牛
【详解】[1]潜水器所受到的液体压强
[2]物理中用单位面积上所受压力的大小来表示压强,因此它的物理意义是每平方米受力面积所受压力为4.9×107牛。
10.港珠澳大桥的海底隧道位于40米深的海水下,海水在此深度处产生的液体压强为 Pa。若汽车重力为G1,车内人和物体的总重为G2,车轮与桥面接触的总面积为S,当车在水平桥面行驶时,汽车对桥面压强p= 。(ρ海水=1.03×103kg/m3)
【答案】
【详解】[1]海水在此深度处产生的液体压强为
[2]汽车对桥面压力为
则汽车对桥面压强
11.如图所示,把一个质量为
,底面积为
的平底茶壶放在水平桌面上(茶壶壁厚度不计),壶嘴和壶身构成 。壶内装有
的水,水面到壶底的距离为
,则水对壶底的压力是 N。(
, g取
)
【答案】 连通器 4.8
【详解】[1]壶嘴和壶身的上端开口,下端连通,构成了一个连通器。
[2]壶底所处的深度
水对壶底的压强
平底茶壶的底面积
水对壶底的压力
题型3:液体压强公式的应用
12.装满水的容器侧壁上开有三个孔,水从小孔中流出,图所示中描述正确的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【详解】根据液体压强公式
,液体压强的大小与液体的密度和深度有关。在本题中的液体是水,密度ρ不变,g是常量,所以压强p只与深度h有关,即深度越深,压强越大,所以水从小孔中流出时,压强越大,水喷射的距离就越远,故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
13.著名的“木桶理论”,是指用木桶来装水,若制作木桶的木板参差不齐,不是由这个木桶中最长的木板来决定的,而是由最短的木板来决定,所以它又被称为“短板效应”。那么决定木桶底部受到水的压强大小的是( )
A.木桶的粗细
B.木桶的轻重
C.最短的一块木板
D.最长的一块木板
【答案】C
【详解】根据公式
可知,木桶底部受到水压强的大小决定于水的深度,而木桶里水的深度决定于短木板的长度,故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
14.我国自主研发的“蛟龙号”深海潜水器曾潜到海面下7062米的深度,当它下潜到上表面距海面10米静止时,海水对潜水器上表面产生的压强约为 帕(海水密度近似等于淡水密度)。当潜水器继续下降时,海水对潜水器上表面产生的压强将 ,潜水器受到的压力将 (最后两空均选填“变大”、“不变”或“变小”)。
【答案】 1×105Pa 变大 变大
【详解】[1]10m深度受到海水的压强为
p=ρ海水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×10m=1×105Pa
[2]潜水器在水面下不断下潜的过程中,海水的密度ρ不变,因为p=ρgh,潜水器所处的深度h变大,所以潜水器受到的水的压强变大。
[3]由
可知,当S不变,p变大时,潜水器的受到的压力将变大。
15.如图所示,一个装有水的平底密闭矿泉水瓶,先正立放置在水平桌面上,再倒立放置。下列说法正确的是:( )
A.甲图水对瓶底的压强大于乙图中水对瓶盖的压强
B.甲图中瓶对桌面的压力小于乙图中瓶对桌面的压力
C.甲图瓶对桌面的压强等于乙图瓶对桌面的压强
D.甲图水对瓶底的压力大于乙图水对瓶盖的压力
【答案】D
【详解】A.由图可知,甲中水的深度较小,由p=ρ水gh可知,水对瓶底的压强小于水对瓶盖的压强,故A错误;
BC.因物体对水平面的压力和自身的重力相等,所以,甲、乙两次放置时,矿泉水瓶的总重力不变,甲图中瓶对桌面的压力等于乙图中瓶对桌面的压力。瓶盖的面积小于瓶底的面积,根据
可知甲图瓶对桌面的压强小于乙图瓶对桌面的压强,故BC错误;
D.根据题意知道,正立时瓶子水柱上下粗细相同,则水对瓶底的压力等于水的重力,倒立时的水柱上宽下窄,则水对瓶盖的压力小于自身的重力,甲图水对瓶底的压力大于乙图水对瓶盖的压力,故D正确。
故选D。
题型4:连通器及其应用
16.下列设备中,没有利用连通器原理工作的是( )
A.船闸
B.茶壶
C.拦河大坝
D.地漏存水杯
【答案】C
【详解】A.船闸左右两个上端开口,底部相连,构成了一个连通器,故A不符合题意;
B.茶壶的壶嘴与壶身底部相通,上端开口,壶嘴和壶身在同一高度,倒满水后,液面相平,利用连通器原理,故B不符合题意;
C.拦河大坝是根据液体压强随深度的增加而增大的特点修建成上窄下宽的形状,不属于连通器,故C符合题意;
D.地漏存水杯为U形,水不流动时,U形管里的水相平,可以防止下水道里的气味散发出来,属于连通器,故D不符合题意。
故选 C。
17.如下图所示装置不是连通器的是( )
A.锅炉水位
B.排水管的U形“反水弯”
C.金属盒压强计
D.茶壶
【答案】C
【详解】连通器是指上端开口、下端连通的容器。当连通器中只装有一种液体,且液体不流动时,各容器中的液面总保持相平;
A.锅炉水位计的玻璃管和锅炉本体下部连通,上部都与锅炉内的蒸汽相通,构成一个连通器,故A不符合题意;
B.排水管的U形“反水弯”两端开口,底部连通,是一个连通器,故B不符合题意;
C.金属盒压强计的U形管一端通过胶管与金属盒的密闭气体相连,另一端开口,不满足“上端开口”的条件,所以它不是一个连通器,故C符合题意;
D.茶壶的壶嘴和壶身下部是相通的,上部都与空气接触,是一个连通器,故D不符合题意。
故选C。
18.三峡船闸是世界最大的人造连通器。如图是轮船通过船闸的示意图。此时上游阀门A打开,下游阀门B关闭。下列说法正确的是( )
A.闸室和下游水道构成连通器,水对阀门右侧的压力大于左侧的压力
B.闸室和下游水道构成连通器,水对阀门两侧的压力相等
C.闸室和上游水道构成连通器,水对阀门两侧的压力相等
D.闸室和上游水道构成连通器,水对阀门右侧的压力大于左侧的压力
【答案】D
【详解】上游阀门A打开,下游阀门B关闭,闸室和上游水道构成连通器,对于阀门B来说,右侧的水深大,水对右侧的压强大,所以水对阀门B右侧的压力大,故ABC错误,D正确。
故选D。
19.三峡水电站,作为中国水利工程的伟大奇迹,更是世界上最大的水电站,彰显着中国在基础设施建设等领域的强大实力,它蕴含诸多物理学知识。三峡双线五级船闸利用了 的原理;拦河坝设计成上窄下宽的形状目的是 。
【答案】 连通器 能承受更大的压强
【详解】[1]船闸工作时,通过闸门下的阀门使闸室与上游或下游连通,符合连通器的定义,所以船闸是利用连通器的原理工作的。
[2]液体压强随深度的增加而增大,拦河坝设计成上窄下宽的形状目的是拦河坝底部能承受更大的压强,防止大坝被冲垮。
20.三峡大坝是当今世界上综合效益最大的水利工程。
(1)长江三峡大坝上下游水位差最高可达113米,需要承受极大的水压,因此大坝的结构形状至关重要。如图所示,一般都是“上窄下宽”,这是因为液体的压强随 的增大而增大;大坝 受到浮力的作用(选填“会”或“不会”)。
(2)三峡工程修筑了五级船闸方便船只通行,船闸是利用了 的原理。
【答案】(1) 深度 不会
(2)连通器
【详解】(1)[1]根据公式
可知,液体的压强随深度的增大而增大,拦河大坝设计成下宽上窄的形状可以承受更大的压强。
[2]浸入液体中的物体所受的浮力大小等于浸入液体中物体的上下表面的压力差,大坝的底部与地基紧密结合,没有水,不受水对它向上的压力,就不会受到浮力。
(2)船闸的阀门打开时,阀门上游、下游上端开口,下端连通,构成了一个连通器,所以船闸是利用了连通器的原理。
题型5:探究液体压强与哪些因素有关
21.如图甲所示,容器中间用隔板分成左右两部分,板下部用橡皮膜封闭一个圆孔,橡皮膜两侧压强不同时橡皮膜的形状发生改变。A、B、C、D四个容器的左右两边装入一定量的水和盐水,不能通过实验现象辨别出水和盐水的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【详解】A.橡皮膜向左凸,可判断右侧液体压强大,根据公式p=ρgh可知,当深度一样时,液体的密度越大,其压强也越大,可判断右侧是盐水,故A不符合题意;
B.橡皮膜没有变化,可判断两侧液体压强相等,根据公式p=ρgh可知,左侧液体深度小,密度大,可判断左侧液体是盐水,故B不符合题意;
C.橡皮膜左凸,可判断右侧液体压强大,根据公式p=ρgh可知,右侧液体深度大,无法判断两侧液体密度大小,故C符合题意;
D.橡皮膜右凸,可判断左侧液体压强大,根据公式p=ρgh可知,左侧液体深度小,则液体密度大,可判断左侧液体为盐水,故D不符合题意。
故选C。
22.如图所示的装置名称叫 。若该装置密封性良好,则实验前按压橡皮膜,两侧液面 出现高度差(选填“会”或“不会”),实验过程中观察到两侧液面高度差增大,则说明探头处液体压强 。(选填“增大”或“减小”或“不变”)
【答案】 压强计 会 增大
【详解】[1]该装置是用于探究液体内部压强特点的仪器,名称为液体压强计。
[2]若装置密封性良好,实验前按压橡皮膜,会使橡皮膜所在一侧压强增大,从而在 U 形管两侧产生压强差,使两侧液面出现高度差。
[3]液体压强计是通过 U 形管两侧液面高度差来反映探头处液体压强大小的。实验过程中观察到两侧液面高度差增大,意味着探头处液体压强增大。
23.在“探究液体压强与哪些因素有关”时,如图所示,从结构上来看,压强计 (选填“是”或“不是”)连通器;比较甲、乙两次实验可得出液体压强与 的关系;由乙、丙两次实验可以判断出丙图中未知液体的密度ρ液与水的密度ρ水的大小关系是ρ液 ρ水(选填“>”“=”或“<”)。
【答案】 不是 深度 >
【详解】[1]上端开口,底部连通的容器叫连通器,而压强计的左端是密闭的,所以不是连通器。
[2]甲、乙两次实验中都是水,液体的密度相同,但压强计在液体中的深度不同,可以探究液体内部压强大小与液体深度关系。
[3]乙、丙两图中,压强计在液体中的深度相同,丙中U形管的液面高度差较大,说明液体中橡皮膜所受的液体压强较大,根据p=ρgh可知,液体的密度较大,即ρ液>ρ水。
题型6:比较大小问题
24.装有一定量水的细玻璃管斜放在水平桌面上,如图所示,则此时水对玻璃管底部的压强为 Pa;若将该玻璃管竖直放置,则水对玻璃管底部的压强将 (填“变大”“不变”或“变小”)。
【答案】 800 变大
【详解】[1]由图可知,此时细玻璃管内水的深度
则水对玻璃管底的压强
[2]如果将试管由倾斜变成竖直,试管内水的深度变大,由
可知,试管底部受到水的压强变大。
25.如图所示两个完全相同的容器里分别盛有质量相等的水和酒精(ρ水>ρ酒),下面说法正确的是( )
A.甲中盛的是酒精,乙中盛的是水
B.在离容器底部相同高度的A点和B点的压强关系是:pA>pB
C.液体对容器底部的压强相同
D.容器对地面的压强的关系是:p甲<p乙
【答案】C
【详解】A.已知两个容器中液体的质量相等,又由于
,根据
可知,酒精的体积较大,故甲容器中是水,乙容器中是酒精,故A错误;
BC.所装液体的质量相等,则液体的重力相等,由于两个容器为柱形,液体对容器底的压力等于自身的重力,所以两液体对容器底的压力相等,两个容器完全相同,则底面积相同,根据
可知,两液体对容器底的压强相等。图中A、B两点距离容器底的高度相等,根据
可得,A点以下部分水对容器底的压强比B点以下部分酒精对容器底的压强大,所以A点所受液体压强比B点的小,故B错误,C正确;
D.两容器对地面的压力等于容器内液体的重力加上容器的重力,两种液体质量相等,由
可知,两种液体重力相等,两个容器重力也相等,故两容器对地面的压力相等,两容器底面积相等,根据
公式可知,两容器对地面的压强相等,故D错误。
故选 C。
26.如图所示各容器中装入一定量的水后放在同一水平桌面上,其中A、B、C、D点等高。这四个点所受到的液体压强分别为
、
、
、
,则( )
A.
最大
B.
最大
C.
最大
D.
最大
【答案】D
【详解】液体压强公式
中,h为深度,深度是指研究点到自由液面间的竖直距离,据图可知,D点处自由液面最高,D点所处的深度最深,液体都是水,密度相同,根据
可知,D点的压强最大,故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
27.如图所示,甲、乙两个容器中分别盛有A、B两种不同液体,容器底部受到液体的压强相等,已知液体的密度
,则盛有液体A的容器为 (选填“甲”或“乙”),甲、乙两个容器底部受到液体的压力大小
(选填“>”、“=”或“<”)
。
【答案】 乙 >
【详解】[1]由题意可知,甲、乙两个容器底部受到液体的压强相等,液体的密度
,根据公式
可知,则A液体深度大于B液体的深度;由图可知,甲容器中液体深度小于乙容器中液体的深度,则盛有液体A的容器为乙。
[2]甲、乙容器底部受到液体的压强相等,甲容器底面积大于乙容器底面积,根据公式
可知,甲、乙两个容器底部受到液体的压力大小
>
。
题型7:液体压强的综合应用
28.如图所示,盛有水的容器静止在水平桌面上。容器重1N,容器中水重7N,容器顶部和底部的面积均为100cm2,顶部到底部的高度h2=6cm,侧壁上有一开口弯管,弯管内的水面高度h1=8cm;水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg。下列选项中正确的是( )
A.水对容器顶部的压强为200Pa
B.水对容器底部的压强为600Pa
C.水对容器底部的压力为7N
D.容器对桌面的压力为9N
【答案】A
【详解】A.水对容器顶部的深度为
所以水对容器顶部的压强为
,故A正确;
B.水对容器底部的压强为
,故B错误;
C.水对容器底部的压力为
,故C错误;
D.容器对桌面的压力等于容器总重
,故D错误。
故选A。
29.小来想复现帕斯卡裂桶实验,用了一个如图所示的装置,如图所示的容器内盛有密度为0.8×103kg/m3的酒精。其中A点的压强 B点的压强(选填“大于”、“等于”或“小于”),C点的压强pc= Pa,容器壁上的B点和D点受到的液体压力方向 (选填“相同”或“相反”)。若容器底部所能承受的最大压强为3.92×104Pa,小来至少需要增加酒精直至液面高度达到 m才能让容器底部破裂。(g取10N/kg)
【答案】 等于 640 相反 大于4.9
【详解】[1]图中A点的深度等于B点的深度,由液体压强公式p=ρgh可知,A点的压强等于B点的压强。
[2]C点的深度为hC=5cm+3cm=8cm=0.08m
所以C点的压强为pC=ρghC=0.8×103kg/m3×10N/kg×0.08m=640Pa
[3]容器壁上的B点受到压力方向竖直向上,D点受到的液体压力方向竖直向下,故容器壁上的B点和D点受到的液体压力方向相反。
[4]若容器底部所能承受的最大压强为3.92×104Pa,小来至少需要增加酒精直至液面高度为
如果让容器底部破裂,增加酒精直至液面高度大于4.9m。
30.如图所示采用以下装置进行实验。第一步,将底部连通的A、B两容器的阀门K打开,装入部分水,此时A、B两容器里面水的液面相平,再立即关闭阀门。第二步,将质量相等、密度之比为5∶2的甲、乙两个实心物体分别浸没在A、B两容器内(水未溢出)。已知A、B两容器底面积关系为SA:SB=2∶3。则以下判断正确的是( )
A.第一步操作结束时该装置是连通器
B.放入甲乙两物体后A、B两容器液面升高,且升高高度比是5∶3
C.第二步操作结束时容器底部液体压强之比3∶5
D.第二步操作结束时立即打开阀门K,水将从B容器流向A容器
【答案】D
【详解】A.连通器需上端开口、底部连通,第一步关闭阀门后,底部不连通,此时该装置不是连通器,故A错误;
B.甲、乙两物体的质量相等,密度之比为5∶2,由
可知甲、乙体积之比为
又因为A、B两容器底面积关系为SA:SB=2∶3
甲、乙浸没在水中,所以物体排开液体的体积等于物体的体积,所以A、B两容器液面升高的高度比
故B错误;
C.第一步操作结束时A、B两容器液面相平,液体对容器地面的压强相等,由B选项分析知放入甲、乙后液面升高的高度之比为
,所以增加的液体压强之比为
,但第二步操作结束时容器底部液体压强之比不是3∶5,故C错误;
D.第一步操作结束时液面相平,放入甲、乙物体后,由上面分析可知B容器中液面上升的多,所以第二步操作结束时B容器的液面高,液体对容器地面的压强大,因此水将从B容器流向A容器,故D正确。
故选D。
题型8:动态问题
31.如图所示,在两个底面积不同的圆柱形容器A和B(
)内,分别盛有甲、乙两种液体,甲的液面低于乙的液面,此时两液体对各自容器底部的压强恰好相等。若容器足够高,并在两容器中同时倒入或同时抽出各自适量的液体,最终使得两液体对各自容器底部的压力相等,下列说法中正确的是( )
A.倒入的液体体积
可能等于
B.倒入的液体高度
一定大于
C.抽出的液体高度
一定等于
D.抽出的液体体积
可能小于
【答案】D
【详解】AB.由题意知,甲液面低于乙液面,两液体对各自容器底部的压强恰好相等,据
知,甲的密度大于乙的密度,即
。由
知,此时两液体对容器底部的压力
。倒入或抽出适量液体,使得两液体对各自容器底部压力相等,即有
。两个容器都为圆柱形,液体对容器底部的压力等于自身的重力。则倒入部分的液体的重力分别为
则有
,即
所以倒入部分液体的体积
一定小于
。据
知,
一定小于
,故AB错误;
CD.则抽出部分的液体的重力分别为
则有
,即
所以抽出部分液体的体积
大于、小于或等于
。据
知,
大于、小于或等于
。故C错误,D正确。
故选D。
32.如图(a)所示,底面积不同的圆柱形容器A、B放在水平地面上,分别盛有甲、乙两种液体,已知液体对各自容器底部的压强相等。现将甲、乙液体互换容器(均不溢出),如图(b)所示,若甲、乙液体的密度分别为
和
,容器对水平地面压强的变化量分别为
、
,则( )
A.
,
B.
,
C.
,
D.
,
【答案】D
【详解】如图(a)所示,甲液体的深度小于乙,而两液体对各自容器底部的压强相等,根据
可知
;由压强公式
可得,容器对水平地面压强的变化量分别为
,
,将甲、乙液体互换容器后,两个容器的总重力变化量相等,即对桌面的压力变化量
相等,但是受力面积
,所以
。故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
33.如图所示,盛有液体甲的薄壁圆柱形容器和均匀圆柱体乙置于水平地面,液体甲对容器底部的压强等于乙对地面的压强。现从容器内抽取部分液体甲并沿水平方向截取部分圆柱体乙,使得它们剩余部分的深度或高度均为
,则甲、乙的密度
以及液体甲对容器底部、乙对地面的压强变化量∆p的关系是( )
A.
;
B.
;
C.
;
D.
;
【答案】C
【详解】薄壁容器的质量和厚度均可忽略,液体甲对容器底部的压强等于乙对地面的压强,则有
。由图可知,
,则
。设液体甲的高度减少
,乙的高度减少
,则抽取或截取前,液体甲对容器底部的压强等于乙对地面的压强,即
①
抽取或截取后,液体甲对容器底部的压强为
乙对地面的压强
已知
,则
②
综合①②可得
即∆p甲<∆p乙。故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
34.如图所示,盛有一定量水的圆柱形容器A和B分别置于水平面。现将甲、乙两实心球分别浸没在A、B容器的水中,容器中均无水溢出。此时,水对两容器底部的压强增加量相等,两容器对水平地面的压强增加量也相等。则甲、乙实心球的质量
、
和密度
、
的关系是( )
A.
一定大于
,
一定大于
B.
可能小于
,
一定小于
C.
可能大于
,
可能大于
D.
一定大于
,
一定等于
【答案】D
【详解】水对两容器底部的压强
两球浸没后,两球排开水的体积等于球的体积,水对两容器底部的压强增加量相等,即两容器中液体上升的高度相同,由图得
由
得
┄┄①
容器对水平地面的压强为
球放入容器后,容器对水平桌面压力
球放入前后,容器和容器中水的重力均不变,所以容器对水平桌面压力的增加量就由球的重力产生,因为两容器对水平地面的压强增加量相等,由
得
┄┄②
底面积较大的A容器中放入的小球重力更大,由
得
由②除以①式得
则
因此
所以
故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
题型9:作图题
35.如图,容器内装有一定量的水,水从b孔流出的轨迹已画出,请画出水从a、c两孔流出后的大致轨迹。
【答案】
【详解】因为a、b、c孔在液面以下,都有液体射出,且液体压强随深度的增加而增大,压强大液体射得越远,所以a孔处的压强最小,射得最近,c孔处的压强最大,射得最远,如图所示:
36.如图所示,将一连通器置于水平地面上,在连通器中注入适量的水,画出连通器A、B、C三个管子中水面的位置。
【答案】
【详解】连通器中,液体静止后,各容器中水位相同,如图所示:
37.甲、乙、丙为底部扎有橡皮膜的玻璃管插入水槽中,如图所示。甲、乙、丙管内分别装有与水槽水面相平的煤油、盐水和水,请画出橡皮膜的大致形状。(
盐水>
水>
煤油)
【答案】
【详解】甲管装煤油,
,g相同、深度h相同,根据公式
,则
,所以橡皮膜向上凸;
乙管装盐水,
,g相同、深度h相同,根据公式
,则
,所以橡皮膜向下凸;
丙管装水,管内水的密度与水槽中水的密度相同
,g相同,深度h相同,根据公式
,则
,所以橡皮膜保持平整。如图所示:
38.拦河坝总是修成上窄下宽的形状,如图所示为一大坝的截面图,请画出A、B两点处大坝受到水压力的示意图。
【答案】
【详解】大坝受到水的压力方向是垂直于表面指向大坝,B点深度更深,根据
可知B点受到水的压强更大,根据
,则压力更大,作图如下:
题型10:计算题
39.一个薄壁容器的质量为2kg,放在水平桌面上与桌面的接触面积为
,里面装有0.2m深的水。求水对容器底部的压力与压强。
【答案】80N;2000Pa
【详解】水对容器底部的压强
p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10N/kg×0.2m=2000Pa水对容器底部的压力为
F=pS=2000Pa×4×10⁻2m2=80N
40.如图所示,一只底面积为0.01米2的盛水壶放在面积为1.2米2的水平桌面中央,壶和所盛水的总重为11牛,壶高0.15米,壶中水深0.1米。求:
(1)壶底受到水的压强和压力。
(2)壶对桌面的压强。
【答案】(1)1000Pa,10N
(2)1100Pa
【详解】(1)由题意知,壶中水深0.1米,则壶底受到水的压强
壶底受到水的压力
(2)因为水壶放在水平桌面上,所以壶对桌面的压力等于壶和水的总重,即
则壶对桌面的压强
41.一个底面积为2×10(3米2瓶子放在水平桌面中央,瓶中装有体积为5×10(4米3、深为0.2米的水。求:
(1)瓶中水的质量m水。
(2)水对瓶底的压强p水。
(3)水对瓶底的压力F水。
【答案】(1)0.5千克
(2)1960帕
(3)3.92牛
【详解】(1)瓶中水的质量为
(2)水对瓶底的压强为
(3)水对瓶底的压力为
42.一个木板长短不等的桶能装多少水,既不取决于最长木板的长度,也不取决于各木板的平均长度,这就是著名的“木桶原理”,也叫“短板效应”。如图所示,木桶重为20N,桶壁上最长木板的竖直高度为0.6m,最短木板的竖直高度为0.2m,桶的底部面积为900cm2。当桶内装最多水时,(
取10N/kg)求:
(1)桶底受到水的压强;
(2)木桶对地面的压强是水对桶底压强的1.5倍,桶内水重是多少?
【答案】(1)2000Pa
(2)250N
【详解】(1)桶底受到水的压强
(2)根据题意可知,木桶对地面的压强
由
,木桶对地面的压力
桶内水的重力
43.如图所示,圆柱形容器A和B放在水平地面上,底面积分别为
米2和
米2。容器A中盛有
米高的水,容器B中盛有质量为
千克的酒精。
千克/米3)
(1)求容器A中水对容器底部的压强
。
(2)求容器B中酒精的高度
。
【答案】(1)980Pa
(2)
【详解】(1)容器A中水对容器底部的压强是
(2)酒精的体积
酒精的高度
44.如图所示,在质量为1kg的容器内装有5kg的酒精,容器底面积为0.01m2,容器放在水平桌面上,桌面面积为0.03m2(
取10N/kg,ρ酒精=0.8×103kg/m3)。求:
(1)容器对桌面的压强;
(2)酒精对
点的压强;
(3)酒精对容器底部的压力。
【答案】(1)6×103Pa
(2)5.6×103Pa
(3)80N
【详解】(1)容器和酒精的总质量
容器对水平桌面的压力等于容器和酒精的总重力
容器对桌面的压强
(2)A点在酒精中的深度
酒精对A点的压强
(3)酒精对容器底部的压强
酒精对容器底部的压力
45.如图所示,底面积为1×10(2米2的轻质柱形容器放在水平地面上,容器中盛有0.1米深的水。将一体积为2×10(4米3、质量为1千克的金属物块浸没在水中(水不溢出)。求:
(1)水的质量m水
(2)放入物块前,水对容器底部的压强p容
(3)放入物块后,水对容器底部压强变化量
【答案】(1)1kg
(2)980Pa
(3)196Pa
【详解】(1)根据题意可知,水的质量为
m水=ρ水V水=1×103kg/m3×0.1m×1×10-2m2=1kg
(2)放入物块前,水对容器底部的压强为
(3)根据题意可知
放入物块后,水对容器底部压强变化量为
题型11:实验题
46.“测定不规则物体的密度”实验原理是 ,实验中需用 测出物体的体积。图(a)所示的装置叫做 。在探究液体内部的压强与 的关系时,进行如图(b)、(c)和(d)所示实验操作,图中三容器所盛是密度 液体。(选填“相同”或“不同”)
【答案】
量筒 U形管压强计 深度 相同
【详解】[1][2]测量密度的原理是依据了密度的公式
,因此只有测出质量和体积才能求出物体的密度,测质量常用的工具是天平,测体积常用的工具是量筒。
[3]图a所示的是U形管压强计,本装置是通过U形管中液面的高度差来反映压强大小的,该装置叫做U形管压强计。
[4][5]液体内部压强与液体的密度和深度有关,探究液体内部的压强与深度是否有关时,根据控制变量法可知,必须控制液体的密度相同,因此图中三容器所盛的液体的密度相同。
47.如图所示是用压强计探究液体内部压强的情景:
(1)调整好后把探头放入水中,通过观察U形管两侧液面的高度差来判断探头处水的压强大小,高度差越大,水的压强 (选填“越大”或“越小”);
(2)比较甲、乙两图,可以得到;在同种液体的同一深度,液体内部向各个方向的压强 ;
(3)在图乙中将探头慢慢下移,下移至如图丙,可以观察到U形管两侧液面的高度差增大,从而得到:在同一种液体中,液体的压强随 的增加而增大;
(4)在图丙中,若只将烧杯中的水换成盐水,其他条件不变,则可以观察到U形管两侧液面的高度差 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】 越大 相等 深度 变大
【详解】(1)[1]实验中把探头放入水中,把水的内部压强的大小转换成U形管两边液面高度差的大小来判断,液面高度差越大,表示水内部的压强越大。
(2)[2]比较甲图和乙图,控制液体密度和深度不变,改变探头的方向,U形管两侧的液面高度差相等,液体压强相等,可以得到:在同一深度,液体内部向各个方向的压强相等。
(3)[3]在乙图中把探头慢慢下移,控制液体的密度不变,改变深度,可以观察到U形管两边液体的高度差增大,可以得到在同一种液体里,液体的压强随深度的增加而增大。
(4)[4]在乙图中,若只将烧杯中的水换成盐水,控制深度不变,把水换成盐水,密度变大,则可以观察到U形管两边液体的高度差变大,说明液体压强与液体的密度有关。
48.如下图所示,用 探究液体内部压强的情景。(填仪器名称)
(1) 把金属盒放入水中,通过观察管内两边液面的高度差来判断金属盒处水的压强的大小、高度差越大,水的压强 (选填“越大”或“越小”)
(2)比较图(a)、(b) 和 (c), 可以得到:
(3)在图(b) 中把金属盒慢慢下移,可以观察到管内两边液面的高度差增大,从而得到:在同一种液体里,液体的压强随 的增加而增大。
(4)在图(b) 中,若只将烧杯中的水换成盐水,其他条件不变,则可以观察到管内两边液体的高度差 (选填“变大”、“不变”或“变小”)。
【答案】 压强计 越大 在同一深度,液体内部向各个方向的压强相等 深度 变大
【解析】【小题1】压强计是用来探究液体内部压强的仪器。
【小题2】该实验通过转换法,将探头处压强的大小转换为液面高度差来体现,高度差越大,压强越大。
【小题3】由图像可知同种液体,同一深度,各个方向的压强相等。
【小题4】U形管两边液体的高度差增大,说明压强增大,则在同一种液体里,液体的压强随深度的增加而增大。
【小题5】由公式
可知同一深度,液体密度越大,压强越大,U形管两边液体的高度差变大。
49.如图所示,探究液体内部压强的特点(ρ盐水>ρ水)。
(1)实验中,将液体内部的压强大小转换为用U形管两侧液面的 来表示;
(2)为了使实验现象更明显,U形管中的液体最好用 (选填“有色”或“无色”)的;
(3)将探头放在图乙所示液体内部的A、B位置,观察到U形管两侧液面的高度差hB>hA,经过多次实验观察到同样的现象,这说明同种液体内部的压强随 的增加而增大;
(4)将探头放在图乙中所示液体内部等深的B、C位置,观察到U形管两侧液面的高度差hC>hB,这是为了研究液体压强与液体 的关系。
【答案】(1)高度差
(2)有色
(3)深度
(4)密度
【详解】(1)在探究液体内部压强的实验中,压强计通过转换法来体现液体压强大小。其原理是当橡皮膜受到压强时,U形管内两边液面会产生高度差,而且液体压强越大,两侧液面高度差就越大。所以,实验中是将液体内部的压强大小转换为用U形管两侧液面的高度差来表示。
(2)为了能够更清晰、明显地观察到实验现象,U形管中的液体最好选用有色的。因为有色液体相较于无色液体,能让我们更清楚地看到液面的变化情况。
(3)从图乙中可以看到,将探头放在A、B位置,观察到U形管两侧液面的高度差hB>hA,并且经过多次实验都呈现出同样的现象。这就表明,在同种液体中,B位置对应的U形管两边液面高度差更大,也就是压强更大,而B位置比A位置的深度更深。由此可以得出结论:同种液体内部的压强会随着深度的增加而增大。
(4)在图乙中,把探头放在等深的B、C位置,观察到U形管两侧液面的高度差hC>hB。由于B、C位置的深度是相同的,但是C位置所在的液体是盐水,其密度大于B位置所在的水,此时C位置处U形管两边液面高度差更大,即压强更大,所以,这是在研究液体压强与液体密度的关系。
50.物理课上,同学们利用压强计“研究液体内部压强”,进行了如下的操作。
(1)实验前,用手指按压橡皮膜,发现U形管中的液面几乎不动,说明该装置 (选填“漏气”或“不漏气”);
(2)使用完好的装置进行实验时,小王将探头放入水下,U形管两侧水面高度差为8cm,此时U形管内外的气压差为 Pa;
(3)正确操作后,分析图②、图③的实验现象,得出结论:同种液体中,液体压强随液体深度的增加而 ;
(4)分析图③、图④的实验现象,得出结论:在深度相同时,液体的 越大,压强越大;
(5)小王用图⑤所示的装置测量未知液体的密度:在左侧加入适量的水,在右侧缓慢倒入待测液体,直到橡皮膜刚好变平,她测量了以下物理量:
A.右侧待测液体到容器底的深度h1
B.右侧待测液体到橡皮膜中心的深度h2
C.左侧水到容器底的深度h3
D.左侧水到橡皮膜中心的深度h4
请你推导出待测液体密度的表达式为
(选择题中合适的字母和
表示)。
【答案】 漏气 800 增加 密度
【详解】(1)[1]压强计是利用U形管液面高度差来体现液体压强的大小,实验前,用手指按压橡皮膜,发现U形管中的液面几乎不动,说明该装置漏气。
(2)[2]U形管左右两侧水面的高度差
则橡皮管内气体的压强与大气压之差约为
(3)[3]分析图②、图③的实验知液体的密度相同,深度不同,深度越深,U形管液面的高度差越大,液体内部压强越大,故可以得出结论:同种液体中,液体压强随液体深度的增加而增加。
(4)[4]分析图③、图④的实验知液体的深度相同,液体的密度不同,且密度越大,U形管液面的高度差越大,液体内部压强越大,得出结论:在深度相同时,液体的密度越大,压强越大。
(5)[5]实验时,橡皮膜两侧受到的压强容易观察,所以需要利用水和液体在橡皮膜处的压强相等来计算液体压强,因此需要测量待测液体和水到橡皮膜中心的深度,如图⑤,橡皮膜相平,所以橡皮膜左侧和右侧的压强相等,即
,根据液体压强公式得
则待测液体密度的表达式为
51.如图所示,小李同学使用U形管压强计探究液体内部压强规律。小李将U形管压强计带有橡皮膜的探头浸入两种密度不同的液体中的不同深度,把对应的U形管左右液面高度差记录在下表中,其中H1<H2<H3。
实验序号
液体密度ρ(×103kg/m3)
橡皮膜中心深度h(cm)
U形管左右液面高度差H
1
1
4
H1
2
1
6
H2
3
1
8
H3
4
2
2
H1
5
2
3
H2
6
2
4
H3
(1)U形管压强计使用过程中,通过观察 ,比较橡皮膜中心所受压强大小;
(2)分析比较实验数据并得出结论:
a.分析比较实验序号1、2、3(或4、5、6)中h和H数据及相关条件可得出初步结论:同种液体内部,
;
b.分析比较实验序号 中及相关条件可得出初步结论:液体内部某一深度的压强大小与液体密度有关,液体密度大,液体压强大;
c.分析比较实验序号1、4(或2、5或3、6)中ρ、h和H数据及相关条件可得出初步结论: 。
【答案】(1)U形管左右液面高度差
(2) 深度越大,液体内部压强越大 1与6 当液体深度和密度的乘积相同时,液体内部压强相同
【详解】(1)在U形管压强计中,当橡皮膜受到压强时,U形管两侧液面会出现高度差,通过观察U形管两侧液面的高度差,就可以比较橡皮膜中心所受压强大小。因为压强越大,U形管两侧液面的高度差就越大。
(2)[1]在1、2、3(或4、5、6)次实验中,液体密度相同,即所用的是同种液体,而U形管左右液面高度差随橡皮膜中心深度的增加而增加,所以在同种液体内部,深度越大,液体内部压强越大。
[2]要探究液体内部某一深度的压强大小与液体密度的关系,需要控制深度相同,改变液体密度。观察表格可知,实验序号1与6(或2与5或3与4)中橡皮膜中心深度相同,液体密度不同,且液体密度大的,U形管左右液面高度差大,即压强大。所以应分析比较实验序号1与6(或 2与5或3与4)。
[3]在1、4次实验中,液体密度分别为
和
,橡皮膜中心所在的深度分别为
和
,两次U形管液面高度差都为
,即液体密度与深度的乘积相同,液体内部压强相等,分析2、5次和3、6次实验,结果也是如此。
一、单选题
1.下列器材或装置中,不属于连通器的是( )
A. 茶壶
B. 锅炉液位计
C. 注射器
D. 下水弯管
【答案】C
【详解】底部连通,上端开口的容器叫连通器,连通器至少有两个开口;
A.茶壶的壶嘴和壶身下部是相通的,构成了连通器,故A不符合题意;
B.锅炉的水位计与炉身下端相通,是连通器的应用,故B不符合题意;
C.注射器针头一端开口活塞一端封闭,不属于连通器,故C符合题意;
D.U形反水弯上端开口、底部连通,构成连通器,故D不符合题意。
故选C。
2.如图所示,容器内A、B、C三处所受液体压强相比较( )
A.
B.
C.
D.无法判断
【答案】B
【详解】从图中可以看出A、B、C三处的深度
在同一种液体中,根据p=ρ水gh可知
故选B。
3.图中容器里面装有水,其中
,
,
。则容器内部A、B处液体的压强
为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【详解】如图所示,容器内部A、B处液体的压强之比为
故ACD不符合题意,B符合题意。
故选B。
4.关于如图液体中以a、b、c三点压强的说法正确的是( )
A.a点向下压强比向上压强大
B.a、b两点的压强相等
C.b点压强比c点压强小
D.b、c两点的压强相等
【答案】C
【详解】A.因为液体内部同一深度处向各个方向的压强都相等,所以a点向下的压强和向上的压强一样大,故A错误;
B.由图中可以看出,a、b两点在纯水里,b点的深度大于a点的深度,由公式p=ρgh可知,b点的压强大,故B错误;
CD.b、c两点的深度相同,但盐水的密度大于纯水的密度,根据公式p=ρgh可知,c点的压强大于b点的压强,故C正确,D错误。
故选C。
5.如图所示,A、B、C是三个圆柱形容器,分别装有水或酒精(ρ水>ρ酒精)B和C两容器的底面积相同,且其中的液体深度也相同,三个容器中,底部所受液体压强最大的是( )
A.A容器
B.B容器
C.C容器
D.无法比较
【答案】B
【详解】根据液体压强公式
可知,在液体密度相同时,深度越深,液体压强越大;在深度相同时,液体密度越大,液体压强越大。A容器与B容器装有的液体都是水,由图可知在B容器中水的深度比A容器中水的深度要大,则A容器中底部所受液体压强pA小于B容器中底部所受液体压强pB,即
;B容器与C容器中液体深度相同,由题意ρ水>ρ酒精可知,B容器中所装水的密度大于C容器中所装酒精的密度,则B容器中底部所受液体压强pB大于C容器中底部所受液体压强pC,即
;综上可知,三个容器中,底部所受液体压强最大的是B容器。故ACD不符合题意,B符合题意。
故选B。
6.如图所示,薄壁圆柱形容器A、B放在水平面上(SA>SB),其中分别盛有质量为m甲、m乙的两种等高液体,它们对容器底部的压强为p甲、p乙。现在两容器中分别倒入体积相同的原液体(不溢出),此时它们对容器底部的压强相等,倒入液体质量分别为
、
,液体压强变化量分别为
、
。则下列判断正确的是( )
A.
,
B.
,
C.
,
D.
,
【答案】C
【详解】由图可知,在两容器中分别倒入体积相同的原液体(不溢出),由于SA>SB,所以最终乙中液面更高,此时它们对容器底部的压强相等,根据
可知
。倒入的原液体体积相同,根据
可知
;原本液面相平,根据
可知液体对容器底部的压强
,倒入液体后对容器底部的压强相等,则有
可得
。故C正确,ABD错误。
故选C。
二、填空题
7.带鱼生活在水下60米深,由于液体内部压强与 和 有关,当带鱼被快速捕捞至水下10米深时,液体内部压强 (选填“变大”、“变小”或“不变”),由于带鱼体内压强很大,极大的压强差导致带鱼器官爆裂,因此带鱼“出水即死”(ρ海水≈ρ水保持不变)。
【答案】 液体密度 深度 变小
【详解】[1][2]根据液体压强公式p=ρgh可知,液体内部压强与液体密度和深度有关,在液体密度一定时,深度越深,液体内部压强越大。在液体深度一定时,密度越大,液体内部压强越大。
[3]当带鱼从水下60米被快速捕捞至水下10米深时,深度h变小,而海水密度ρ不变,根据液体压强公式可知,液体内部压强变小。
8.如图所示,自带吸管的玻璃杯可以看作是一个 ,当杯中饮料静止时,图中A点的液体压强 B点的液体压强(选填“大于”“等于”或“小于”)。装有饮料的玻璃杯总质量为0.3kg,放置在水平桌面上,杯底与桌面的接触面积为2×10-4m2,则杯子对桌面的压强为 Pa。(g取10N/kg)
【答案】 连通器 等于 1.5×104
【详解】[1]自带吸管的玻璃杯底部连通,顶端开口,可以看作是一个连通器。
[2]当杯中吸管饮料静止时,由图可知,A点的深度等于B点的深度,所以根据p=ρ液gh可知,A点压强等于B点压强。
[3]杯子和水的总重力
G=mg=0.3kg×10N/kg=3N
杯子静止在桌面上,竖直方向受力平衡,重力等于对桌面的压力
F=G=3N
杯子对桌面的压强
9.如图所示,一个空的塑料药瓶,瓶口扎上橡皮膜,竖直地浸入水中,一次瓶口朝上,一次瓶口朝下,这两次药瓶在水中的位置相同,可以看到橡皮膜都向内凹,说明液体内部向 方向都有压强。而且可以看到 (填写“甲”或“乙”)次凹陷的程度更大些。
【答案】 各个 乙
【详解】[1]因为液体内部朝各个方向都有压强,所以橡皮膜不论是朝上还是朝下都会向内凹。
[2]橡皮膜朝下时,浸入液体的深度大,因为在液体密度一定时,液体压强随深度的增加而增大,所以乙次橡皮膜凹的更明显。
10.如图所示,放在水平桌面上的容器,侧壁上有一开口弯管,弯管内的液面高度
;其顶部和底部的面积均为
,顶部到底部的高度
,容器中的液体密度为
,则液体对容器顶部的压力为 N。(g取
)
【答案】330
【详解】容器顶部到液面的距离h=h1-h2=0.9m-0.6m=0.3m
液体对容器顶部的压强p=ρgh=1.1×103kg/m3×10N/kg×0.3m=3.3×103Pa
液体对容器顶部的压力F=pS=3.3×103Pa×0.1m2=330N
11.今年我国南方地区遭遇特大暴雨,如图所示是一辆不慎驶入水中汽车的车门。随着水位升高,车门上A处受到水的压强将 。(填“变大”、“不变”或“变小”)若车门在水下部分的面积为0.8m2,受到水的平均压强为5×103Pa,此时车门所受水的压力为 N,建议汽车不慎驶入水中时,应立即设法从车内逃离,紧急情况下,应挥动逃生锤的 (填A/B)端砸向玻璃窗的边角,砸窗逃离。
【答案】 变大 4000/4×103 A
【详解】[1]随着水位升高,A处水的深度h不断增大,由p=ρgh可知,A处受到水的压强将变大。
[2]由p=
可得,车门所受水的压力
F=pS=5×103Pa×0.8m2=4×103N
[3]由图知,A处比B处的面积小,所以用A端砸向玻璃窗的边角,在用力相同的情况下,产生的压强越大,玻璃更容易破碎。
12.如图1所示,设想在距离液面下h深处取一面积为S的水平液面,请对该液面上方体积为Sh的液柱进行分析:
(1)液柱对水平液面S的压力 液柱重力(选填“大于”、“等于”、“小于”)。
(2)若液体的密度为ρ,请用压强的定义公式推导液柱对水平液面的压强大小(用已给出的字母表示,写出推导过程)。
(3)如图2所示是河南洛阳小浪底大坝剖面示意图,它的设计充分应用了压强知识。
①大坝的底部宽大,从改变固体压强角度分析原因:通过 的方法来 压强。
②坝体上窄下宽,从液体压强角度分析原因: 。
【答案】(1)等于
(2)见解析
(3) 增大受力面积 减小 液体的压强随深度的增加而增大
【详解】(1)
因为液柱在水平面上,故液柱对水平液面S的压力等于液柱重力。
(2)
液柱的体积为
,质量为
重力为
液柱对水平液面的压力的大小等于重力的大小,即
压强为
(3)
[1][2]大坝的底部宽大,从改变固体压强角度分析原因是通过增大受力面积的方法来减小压强。
[3]坝体上窄下宽,是因为液体的压强随深度的增加而增大。
三、计算题
13.如图(a)所示,正方体甲放在水平地面上,对地面的压强为3920帕。足够高的薄壁柱形容器放在水平地面上,如图(b)所示,该容器的底面是一个正方形。
(1)若正方体甲的底面积为1×10−2米2,求正方体对水平地面的压力F甲。
(2)若容器乙中水的深度为0.3米,求水对容器底部的压强p水。
(3)将正方体甲浸没在容器乙的水中,水对容器底部的压强增加量为490帕,容器对水平地面的压强增加量为980帕,求:正方体甲的密度ρ甲。
【答案】(1)39.2牛
(2)2940帕
(3)2×103千克/米3
【详解】(1)已知正方体甲对地面的压强
,其底面积
。
根据压强公式
可得,正方体对水平地面的压力
(2)已知容器乙中水的深度
,水的密度
,g取
。
根据液体压强公式
可得,水对容器底部的压强
(3)设容器乙的底面积为
,正方体甲的质量为
,体积为
。当正方体甲浸没在水中时,水对容器底部压强的增加量是由水面上升引起的。设水面上升的高度为Δh。则
正方体甲的体积等于其排开水的体积,即
。
由以上两式可得
(式一)
容器对水平地面的压强增加量是由于向容器中放入了正方体甲,因此增加的压力等于甲的重力
。则
由此可得
(式二)
根据密度公式
,将(式一)和(式二)代入,可得
代入数据计算
14.如图所示,盛有水的轻质薄壁圆柱形容器甲置于水平地面上,容器底面积为
,其内部中央放有一个圆柱形物体乙。现分三次从容器中抽水,每次抽水后容器底受到水的压强
及容器对地面的压强
如表2所示。
(1)求未抽水时容器对地面压力大小
。
(2)关于每次抽出水的深度和质量,两位同学发表了不同的观点。小王认为每次抽出水的深度是相同的;小红认为每次抽出水的质量是相同的。请判断两位同学说法是否正确,并说明理由。
(3)根据上述信息还可以作出推断:
(a)第 次抽水后乙上表面开始露出水面;
(b)甲、乙底面积之比
为 。
表2
序号
1
2
3
4
状态
未抽水
第一次
第二次
第三次
容器底受到水的压强
/帕
2500
2100
1700
1300
容器对地面的压强
/帕
3100
2700
2375
2075
【答案】(1)124N
(2)小红观点错误
(3) 二 4∶1
【详解】(1)根据题意知道,未抽水时容器对地面压强3100Pa,由
知道,此时容器对地面压力大小
(2)由表格数据知道,每次抽出水后,容器底受到水的压强的变化是相等的,大小是
由
知道,每次抽出水的深度是相同的,故小王观点正确,由于圆柱形物体乙浸没在水中,所以每次抽出水的体积不同,即抽出水的质量是不相同的,故小红观点错误。
(3)[1]分析表格数据知道,第一次抽完后容器底受到水的压强与容器对地面的压强的变化量相等,而第二次抽完后容器底受到水的压强与容器对地面的压强的变化量则不再相等,说明第二次抽水后乙上表面开始露出水面。
[2]根据表格数据知道,第二次抽水后容器中水的深度
第三次抽水后容器中水的深度为
即每次水位下降
,第二次抽水后,容器对地面的减小的压力
由此解得
故甲、乙底面积之比
四、实验题
15.如图所示是用压强计“探究液体压强与哪些因素有关”的实验装置。
(1)实验前,小物同学发现U形管内的液面不相平,此时他应该( )
A.取下软管重新安装
B.向U形管中加一些红墨水
C.轻轻按压金属盒的橡皮膜
D.将U形管右侧的红墨水倒出一些
(2)将压强计金属盒的橡皮膜朝上逐渐浸入水中,在向下浸入的过程中,压强计的高度差会 (选填“变大”或“变小”)。停在某一深度处,如图乙,则压强计显示的是橡皮膜 (选填“各个方向”、“上方”或“下方”)的水对它的压强;
(3)小物同学保持甲图中金属盒的朝向不变,放入浓盐水的乙杯中,如图乙所示。比较甲、乙两次实验,小物同学得出了初步结论:液体压强与液体密度有关。小理同学认为甲、乙两次实验无法得出该结论,原因是: ;
(4)小物同学换用其他液体探究液体压强与液体密度的关系,当探头在液体中的深度相同时,U形管左右两侧液面的高度差对比不明显,则下面操作能使两侧液面高度差对比更加明显的是( )(选填字母序号);
A.烧杯中换密度差更大的液体
B.将U形管换成更细的
C.将管内液体换为密度更小的其他液体
D.将U形管换成更粗的
(5)小理同学用丙图所示的装置测量未知液体的密度:在左侧加入适量的水,在右侧缓慢倒入待测液体,直到橡皮膜刚好变平,她测量了以下四个物理量。
A.右侧待测液面到容器底的深度h1
B.右侧待测液面到橡皮膜中心的深度h2
C.左侧水面到容器底的深度h3
D.左侧水面到橡皮膜中心的深度h4
请你推导出待测液体密度的表达式为
= (选择四个物理量中合适的字母和ρ水表示)。
【答案】(1)A
(2) 变大 上方
(3)金属盒所处深度不相同,没有控制变量
(4)AC
(5)
【详解】(1)发现U形管内的液面不相平,说明压强计两边液柱受到的压强不同,不是存在漏气现象,若漏气,则液面是相平的;故接下来的操作应该是取下橡皮管,从而使U形管液面相平,再重新安装,故选A。
(2)[1]液体密度一定时,深度越深,液体压强越大,在向下浸入的过程中,液体压强变大,压强计的高度差会增大。
[2]橡皮膜所受的压强为水对它的压强,压强计金属盒的橡皮膜朝上逐渐浸入水中,压强计显示的是橡皮膜上方的水对它的压强。
(3)甲、乙两次实验中,金属盒在盐水中的深度比在水中的深度大,没有控制深度这一变量,所以无法得出结论。
(4)A.烧杯中换密度差更大的液体,探头在液体中的深度相同,根据
,液体产生的压强变大,根据转换法,两侧液面高度差对比更加明显,故A符合题意;
BD.液体压强只与液体的密度与深度有关,与U形管粗细无关,故BD不符合题意;
C.U形管中换用密度更小的液体,根据
可知,在液体产生的压强不变的条件下,两侧液面高度差对比更加明显,故C符合题意;
故选AC。
(5)实验时,橡皮膜两侧受到的压强容易观察,所以需要利用水和液体在橡皮膜处的压强相等来计算液体压强,因此需要测量待测液体和水到橡皮膜中心的深度,在左侧加入适量的水,在右侧缓慢倒入待测液体,直到橡皮膜刚好变平,所以橡皮膜左侧和右侧的压强相等,即
,根据液体压强公式得
待测液体密度的表达式为
16.小明同学为探究液体内部压强特点,做了如下实验。
(1)将四端开口的玻璃管三端扎上橡皮薄膜,竖直插入水中,实验现象如图所示,由此可得的结论是:液体内部 都有压强;
(2)为进一步研究,小明用
形管压强计、刻度尺等进行实验,分别将带有橡皮膜的塑料盒插入到水和酒精中的不同深度处,并将实验测得相关数据分别记录在表一和表二中;(其中
)
表一水
序号
深度(厘米)
U形管左右液面高度差(厘米)
1
4
2
8
3
12
表二酒精
序号
深度(厘米)
U形管左右液面高度差(厘米)
4
5
5
10
6
15
①分析比较实验序号(1与2与3)或(4与5与6)的数据及相关条件,可得出的初步结论是: ;
②进一步分析比较实验序号(1与4)或(2与5)或(3与6)的数据及相关条件,可得出的初步结论是:液体密度与深度的乘积相等时, ;
③进一步分析比较实验序号(1与4)和(2与5)和(3与6)的数据及相关条件,可得出的初步结论是: ,液体内部压强越大。
【答案】(1)各个方向
(2) 同种液体,深度越大,液体内部的压强越大 液体内部压强相等 液体密度与深度的乘积越大
【详解】(1)由图可见,朝向各个方向的橡皮薄膜都向内凹陷,说明都受到了液体的压强,因此可得出的结论是:液体内部向各个方向都存在压强。
(2)[1] 分析比较实验序号(1与2与3)或(4与5与6)的数据及相关条件,液体密度相同,深度越大,U形管左右液面高度差越大,即液体压强越大,根据控制变量法,可得出的初步结论是:同种液体,深度越大,液体内部的压强越大。
[2]进一步分析比较实验序号(1与4)或(2与5)或(3与6)的数据及相关条件,U形管左右液面高度差相同,液体密度与深度的乘积相等,可得出的初步结论是:液体密度与深度的乘积相等时,液体内部压强相等。
[3]分析比较实验序(1与4)或(2与5)或(3与6)号,发现不同液体,内部压强相等时,深度不相同,密度大的水的深度小,密度小的深度大。可得出的初步结论:液体密度与深度的乘积越大,液体内部压强越大。
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6.4液体压强
1、 液体压强
1.液体内部存在压强
①如图 6-4-2(a)所示,将一根两端开口的直玻璃筒竖直放置,下端扎一块橡皮膜封堵,从上端向直玻璃筒内注水,观察到直玻璃筒下端的橡皮膜向下凸出;
②如图 6-4-2(b)所示,将一个侧壁开孔的玻璃筒竖直放置,在侧壁开孔处扎 一块橡皮膜封堵,从上端向玻璃筒内注水,观察到橡皮膜向外凸出。这些现象说明液体对容器的底部和侧壁都有压强。
③如图 6-4-3 所示,将套有食品保鲜袋的手伸入盛水的容器中,这时手背、手心和手指各个部位都明显地感受到保鲜袋紧贴在手上。这是因为水对保鲜袋产生了挤压作用,说明液体内部存在压强。
2.液体产生压强的原因
a. 液体受到重力,对容器底部有压力,所以会产生压强;
b. 液体具有流动性,所以对容器侧壁有压强。
二、探究液体压强与哪些因素有关
1.U形管压强计
如图6-4-4 所示,通常用U形管压强计来研究液体压强。当压强计金属盒上的橡皮膜受到压力时,U形管两边管中液面的高度差反映橡皮膜上的压强大小。将U形管压强计金属盒放入盛有液体的容器内,调节金属盒的橡皮膜的朝向,就可以研究液体内部各个方向上的压强。
2.学生实验 探究液体压强与哪些因素有关
提出问题
图 6-4-5 中,注水容器侧壁开孔位置c,橡皮膜向外凸出的程度越大。同样深度处,容器中盛放硫酸铜溶液时,橡皮膜的凸出程度更大。
由此猜想,液体压强与哪些因素有关? 液体的深度、液体的密度
搜集证据
器材
现有以下实验器材可供选择:
U形管压强计、刻度尺、弹簧测力计、两个相同的玻璃容器、一定量的水和硫酸铜溶液。
本实验无需使用的器材是弹簧测力计。
U形管压强计的原理:当探头上的橡皮膜受到压强时,U形管两端的液面出现高度差,压强越大,液面的高度差越大.
方案
影响液体压强的因素可能有多个,我们可以用控制变量法逐个探究。
实验方法:转换法、控制变量法。
①探究水面下同一深度处的压强是否与朝向有关。
将U形管压强计金属盒放置在容器内水面下的某一深度处,改变膜面的朝向,观察U形管两边管中液面的高度差是否发生变化。
现象:U形管两边管中液面的高度差不变。
结论:同种液体内部同一深度,向各个方向的压强都相等。
②探究水中的压强是否与深度有关。
将 U 形管压强计金属盒放置在容器内水面下 不同深度的三个位置,观察U形管两边液面差是否发生变化,如何变化?
现象:同种液体中,深度越大,U形管两边管中液面的高度差越大。
结论: 同种液体中,深度越大,液体压强越大。
③探究液体压强是否与液体的密度有关。
用硫酸铜溶液 替换水进行实验,开展探究。
具体方案:将相同体积的适量水、硫酸倒入相同玻璃容器 ,将U形管压强计金属盒分别、依次放置在这两个玻璃容器的相同深度处,观察 U形管两边液面差是否发生变化,如何变化?(已知ρ硫酸铜溶液>ρ水)
现象:深度相同时,硫酸铜溶液中的U形管两边管中液面的高度差比水中的大。
结论: 深度相同时,液体密度越大,液体压强越大。
大量实验表明:
液体内部存在着向各个方向的压强,并且在同一深度处各个方向上的压强相等。
在同种液体内部,深度越大,液体压强越大;在不同液体内部同一深度处,液体密度越大,液体压强也越大。
三、液体压强公式与应用
1.液体压强公式
为进一步得到液面下某处压强与液体密度和深度的关系,我们可以通过前面所学的压强公式进行推理。
如图6-4-6所示,设想在距离液面下h深处取一面积为S的水平液面,则该液面上方体积为Sh的液柱对此水平液面的压力F等于液柱所受的重力G。如果液体的密度为ρ, 则液柱对水平液面的压力
F = G = mg =ρVg =ρShg
水平液面所受的压强大小
因此,在距液面下h深处,液体的压强大小
p =ρgh
2.液体压强的应用
①河南洛阳小浪底大坝(图 6-4-7)是以防洪、防凌、减淤为主,兼顾供水、灌溉和发电、 生态的大坝。由液体压强的规律可知,堤坝下部受到的水的压强比上部大,因此为确保安全,堤坝下部比上部更为厚实(图 6-4-8 )。
②潜水员在水下作业时承受较大的压强,身体中的空腔如耳道、鼻腔、呼吸道、肺部等要与水的巨大压力相抗衡,会造成如人体内部血管受压迫、四肢痉挛、昏厥等。因此潜水员作业时必须限制潜水深度,确保自身安全。
4、 连通器及其应用
1.连通器
在物理学上,把几个底部相通,上部开口或相通的容器叫做连通器。U形管就是一种简单的连通器。
2.连通器的特点
在U形管中注入液体,设想在 U 形管底部 取一假想的竖直平面AB,假设两边管中的液面高度不同,则平面 AB两侧液体的压强不同;平面AB由于两侧所受压力不平衡,就会向压力小的一侧移动,直到两边管中的液面高度相同,液体才停止流动(图 6-4-9 )。
所以,即使连通器各组成 部分的形状不同,在注入同一种液体后,当液体静止时,连通器各部分中的液面一定处于同一水平面(图 6-4-10 )。
3.连通器的应用
①如图6-4-11 所示,下水管道中的U形“返 水管”、茶壶和工业储液容器外面的液位计,都是常见的连通器。
②图6-4-12为船自上游通过一个船闸驶向下游的示意图。船闸由闸室、
上下游闸门和上下游阀门组成。船从上游驶向下游时,先关闭两个闸门
和下游阀门,仅打开上游阀门,闸室和上游水库构成连通器。这时,水
从上游水库流入闸室, 闸室内的水位上升,当上升到和上游水库内的水
位相平时,打开上游闸门,船就可平稳驶入闸室内。同理,当闸室水位
与下游水库水位相平时, 船可驶出闸室。
题型1:概念辨析、填空
1.关于液体压强,下列说法中正确的是( )
A.液体压强大小与液体的体积有关
B.液体压强大小与液体的质量有关
C.液体压强大小与液体的深度和密度有关
D.液体对容器底部有压强,对容器侧壁没有压强
2.关于液体内部的压强,下列说法中错误的是( )
A.在同一深度,液体密度越大,液体内部压强越大
B.在同一深度,液体向下的压强大于向上的压强
C.在同种液体内部,深度越深,液体内部压强越大
D.在同种液体内部,深度相同处液体向各个方向压强相等
3.如下图所示,半球形容器中盛满水,则水对容器壁压力的示意图中正确的是 ( )
A. B.
C. D.
4.下列说法正确的是( )
A.公式只适用于固体,公式只适用于液体
B.公式只适用于固体,公式适用于固体和液体
C.公式适用于固体、液体、气体,公式只适用于液体
D.公式适用于固体、液体、气体,公式适用于液体和气体
5.液体由于受到 力作用,且液体具有 性,所以液体内部存在压强。
6.液体内部压强产生的原因是液体受 作用和液体没有 而且具有 ,所以液体对容器 和 都有压强,液体内部向 方向都有压强.
题型2:液体压强的简单计算、应用
7.如图所示,我国自主研制的“蛟龙号”载人潜水器潜入7km级的深海中,敲开了这一神秘“龙宫”的大门。“蛟龙号”下潜到700m处所受海水的压强为 Pa。此时,海水对“蛟龙号”外表面0.01m2面积上产生的压力是 N。(海水的密度约为1×103kg/m3)
8.“海斗号”是我国自主研制的无人潜水器,当它从水面下潜至3500m深处的过程中,它受到的海水压强将 (选填“变大”“变小”或“不变”) ;当它悬停在水面下3500m深处时,它受到的海水压强为 Pa。(海水密度取 )
9.如图所示为我国“奋斗者”号载人潜水器,该潜水器在马里亚纳海沟创造了11000m的中国深潜新纪录,当它在下潜到5000m深处时(),所受到的液体压强高达 帕,它的物理意义是 。
10.港珠澳大桥的海底隧道位于40米深的海水下,海水在此深度处产生的液体压强为 Pa。若汽车重力为G1,车内人和物体的总重为G2,车轮与桥面接触的总面积为S,当车在水平桥面行驶时,汽车对桥面压强p= 。(ρ海水=1.03×103kg/m3)
11.如图所示,把一个质量为,底面积为的平底茶壶放在水平桌面上(茶壶壁厚度不计),壶嘴和壶身构成 。壶内装有的水,水面到壶底的距离为,则水对壶底的压力是 N。(, g取)
题型3:液体压强公式的应用
12.装满水的容器侧壁上开有三个孔,水从小孔中流出,图所示中描述正确的是( )
A. B.
C. D.
13.著名的“木桶理论”,是指用木桶来装水,若制作木桶的木板参差不齐,不是由这个木桶中最长的木板来决定的,而是由最短的木板来决定,所以它又被称为“短板效应”。那么决定木桶底部受到水的压强大小的是( )
A.木桶的粗细 B.木桶的轻重
C.最短的一块木板 D.最长的一块木板
14.我国自主研发的“蛟龙号”深海潜水器曾潜到海面下7062米的深度,当它下潜到上表面距海面10米静止时,海水对潜水器上表面产生的压强约为 帕(海水密度近似等于淡水密度)。当潜水器继续下降时,海水对潜水器上表面产生的压强将 ,潜水器受到的压力将 (最后两空均选填“变大”、“不变”或“变小”)。
15.如图所示,一个装有水的平底密闭矿泉水瓶,先正立放置在水平桌面上,再倒立放置。下列说法正确的是:( )
A.甲图水对瓶底的压强大于乙图中水对瓶盖的压强
B.甲图中瓶对桌面的压力小于乙图中瓶对桌面的压力
C.甲图瓶对桌面的压强等于乙图瓶对桌面的压强
D.甲图水对瓶底的压力大于乙图水对瓶盖的压力
题型4:连通器及其应用
16.下列设备中,没有利用连通器原理工作的是( )
A.船闸 B.茶壶 C.拦河大坝 D.地漏存水杯
17.如下图所示装置不是连通器的是( )
A.锅炉水位 B.排水管的U形“反水弯”
C.金属盒压强计 D.茶壶
18.三峡船闸是世界最大的人造连通器。如图是轮船通过船闸的示意图。此时上游阀门A打开,下游阀门B关闭。下列说法正确的是( )
A.闸室和下游水道构成连通器,水对阀门右侧的压力大于左侧的压力
B.闸室和下游水道构成连通器,水对阀门两侧的压力相等
C.闸室和上游水道构成连通器,水对阀门两侧的压力相等
D.闸室和上游水道构成连通器,水对阀门右侧的压力大于左侧的压力
19.三峡水电站,作为中国水利工程的伟大奇迹,更是世界上最大的水电站,彰显着中国在基础设施建设等领域的强大实力,它蕴含诸多物理学知识。三峡双线五级船闸利用了 的原理;拦河坝设计成上窄下宽的形状目的是 。
20.三峡大坝是当今世界上综合效益最大的水利工程。
(1)长江三峡大坝上下游水位差最高可达113米,需要承受极大的水压,因此大坝的结构形状至关重要。如图所示,一般都是“上窄下宽”,这是因为液体的压强随 的增大而增大;大坝 受到浮力的作用(选填“会”或“不会”)。
(2)三峡工程修筑了五级船闸方便船只通行,船闸是利用了 的原理。
题型5:探究液体压强与哪些因素有关
21.如图甲所示,容器中间用隔板分成左右两部分,板下部用橡皮膜封闭一个圆孔,橡皮膜两侧压强不同时橡皮膜的形状发生改变。A、B、C、D四个容器的左右两边装入一定量的水和盐水,不能通过实验现象辨别出水和盐水的是( )
A. B.
C. D.
22.如图所示的装置名称叫 。若该装置密封性良好,则实验前按压橡皮膜,两侧液面 出现高度差(选填“会”或“不会”),实验过程中观察到两侧液面高度差增大,则说明探头处液体压强 。(选填“增大”或“减小”或“不变”)
23.在“探究液体压强与哪些因素有关”时,如图所示,从结构上来看,压强计 (选填“是”或“不是”)连通器;比较甲、乙两次实验可得出液体压强与 的关系;由乙、丙两次实验可以判断出丙图中未知液体的密度ρ液与水的密度ρ水的大小关系是ρ液 ρ水(选填“>”“=”或“<”)。
题型6:比较大小问题
24.装有一定量水的细玻璃管斜放在水平桌面上,如图所示,则此时水对玻璃管底部的压强为 Pa;若将该玻璃管竖直放置,则水对玻璃管底部的压强将 (填“变大”“不变”或“变小”)。
25.如图所示两个完全相同的容器里分别盛有质量相等的水和酒精(ρ水>ρ酒),下面说法正确的是( )
A.甲中盛的是酒精,乙中盛的是水
B.在离容器底部相同高度的A点和B点的压强关系是:pA>pB
C.液体对容器底部的压强相同
D.容器对地面的压强的关系是:p甲<p乙
26.如图所示各容器中装入一定量的水后放在同一水平桌面上,其中A、B、C、D点等高。这四个点所受到的液体压强分别为、、、,则( )
A.最大 B.最大
C.最大 D.最大
27.如图所示,甲、乙两个容器中分别盛有A、B两种不同液体,容器底部受到液体的压强相等,已知液体的密度,则盛有液体A的容器为 (选填“甲”或“乙”),甲、乙两个容器底部受到液体的压力大小 (选填“>”、“=”或“<”)。
题型7:液体压强的综合应用
28.如图所示,盛有水的容器静止在水平桌面上。容器重1N,容器中水重7N,容器顶部和底部的面积均为100cm2,顶部到底部的高度h2=6cm,侧壁上有一开口弯管,弯管内的水面高度h1=8cm;水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg。下列选项中正确的是( )
A.水对容器顶部的压强为200Pa
B.水对容器底部的压强为600Pa
C.水对容器底部的压力为7N
D.容器对桌面的压力为9N
29.小来想复现帕斯卡裂桶实验,用了一个如图所示的装置,如图所示的容器内盛有密度为0.8×103kg/m3的酒精。其中A点的压强 B点的压强(选填“大于”、“等于”或“小于”),C点的压强pc= Pa,容器壁上的B点和D点受到的液体压力方向 (选填“相同”或“相反”)。若容器底部所能承受的最大压强为3.92×104Pa,小来至少需要增加酒精直至液面高度达到 m才能让容器底部破裂。(g取10N/kg)
30.如图所示采用以下装置进行实验。第一步,将底部连通的A、B两容器的阀门K打开,装入部分水,此时A、B两容器里面水的液面相平,再立即关闭阀门。第二步,将质量相等、密度之比为5∶2的甲、乙两个实心物体分别浸没在A、B两容器内(水未溢出)。已知A、B两容器底面积关系为SA:SB=2∶3。则以下判断正确的是( )
A.第一步操作结束时该装置是连通器
B.放入甲乙两物体后A、B两容器液面升高,且升高高度比是5∶3
C.第二步操作结束时容器底部液体压强之比3∶5
D.第二步操作结束时立即打开阀门K,水将从B容器流向A容器
题型8:动态问题
31.如图所示,在两个底面积不同的圆柱形容器A和B()内,分别盛有甲、乙两种液体,甲的液面低于乙的液面,此时两液体对各自容器底部的压强恰好相等。若容器足够高,并在两容器中同时倒入或同时抽出各自适量的液体,最终使得两液体对各自容器底部的压力相等,下列说法中正确的是( )
A.倒入的液体体积可能等于 B.倒入的液体高度一定大于
C.抽出的液体高度一定等于 D.抽出的液体体积可能小于
32.如图(a)所示,底面积不同的圆柱形容器A、B放在水平地面上,分别盛有甲、乙两种液体,已知液体对各自容器底部的压强相等。现将甲、乙液体互换容器(均不溢出),如图(b)所示,若甲、乙液体的密度分别为和,容器对水平地面压强的变化量分别为、,则( )
A., B.,
C., D.,
33.如图所示,盛有液体甲的薄壁圆柱形容器和均匀圆柱体乙置于水平地面,液体甲对容器底部的压强等于乙对地面的压强。现从容器内抽取部分液体甲并沿水平方向截取部分圆柱体乙,使得它们剩余部分的深度或高度均为,则甲、乙的密度以及液体甲对容器底部、乙对地面的压强变化量∆p的关系是( )
A.; B.;
C.; D.;
34.如图所示,盛有一定量水的圆柱形容器A和B分别置于水平面。现将甲、乙两实心球分别浸没在A、B容器的水中,容器中均无水溢出。此时,水对两容器底部的压强增加量相等,两容器对水平地面的压强增加量也相等。则甲、乙实心球的质量、和密度、的关系是( )
A.一定大于,一定大于
B.可能小于,一定小于
C.可能大于,可能大于
D.一定大于,一定等于
题型9:作图题
35.如图,容器内装有一定量的水,水从b孔流出的轨迹已画出,请画出水从a、c两孔流出后的大致轨迹。
36.如图所示,将一连通器置于水平地面上,在连通器中注入适量的水,画出连通器A、B、C三个管子中水面的位置。
37.甲、乙、丙为底部扎有橡皮膜的玻璃管插入水槽中,如图所示。甲、乙、丙管内分别装有与水槽水面相平的煤油、盐水和水,请画出橡皮膜的大致形状。(盐水>水>煤油)
38.拦河坝总是修成上窄下宽的形状,如图所示为一大坝的截面图,请画出A、B两点处大坝受到水压力的示意图。
题型10:计算题
39.一个薄壁容器的质量为2kg,放在水平桌面上与桌面的接触面积为,里面装有0.2m深的水。求水对容器底部的压力与压强。
40.如图所示,一只底面积为0.01米2的盛水壶放在面积为1.2米2的水平桌面中央,壶和所盛水的总重为11牛,壶高0.15米,壶中水深0.1米。求:
(1)壶底受到水的压强和压力。
(2)壶对桌面的压强。
41.一个底面积为2×103米2瓶子放在水平桌面中央,瓶中装有体积为5×104米3、深为0.2米的水。求:
(1)瓶中水的质量m水。
(2)水对瓶底的压强p水。
(3)水对瓶底的压力F水。
42.一个木板长短不等的桶能装多少水,既不取决于最长木板的长度,也不取决于各木板的平均长度,这就是著名的“木桶原理”,也叫“短板效应”。如图所示,木桶重为20N,桶壁上最长木板的竖直高度为0.6m,最短木板的竖直高度为0.2m,桶的底部面积为900cm2。当桶内装最多水时,(取10N/kg)求:
(1)桶底受到水的压强;
(2)木桶对地面的压强是水对桶底压强的1.5倍,桶内水重是多少?
43.如图所示,圆柱形容器A和B放在水平地面上,底面积分别为米2和米2。容器A中盛有米高的水,容器B中盛有质量为千克的酒精。千克/米3)
(1)求容器A中水对容器底部的压强。
(2)求容器B中酒精的高度。
44.如图所示,在质量为1kg的容器内装有5kg的酒精,容器底面积为0.01m2,容器放在水平桌面上,桌面面积为0.03m2(取10N/kg,ρ酒精=0.8×103kg/m3)。求:
(1)容器对桌面的压强;
(2)酒精对点的压强;
(3)酒精对容器底部的压力。
45.如图所示,底面积为1×102米2的轻质柱形容器放在水平地面上,容器中盛有0.1米深的水。将一体积为2×104米3、质量为1千克的金属物块浸没在水中(水不溢出)。求:
(1)水的质量m水
(2)放入物块前,水对容器底部的压强p容
(3)放入物块后,水对容器底部压强变化量
题型11:实验题
46.“测定不规则物体的密度”实验原理是 ,实验中需用 测出物体的体积。图(a)所示的装置叫做 。在探究液体内部的压强与 的关系时,进行如图(b)、(c)和(d)所示实验操作,图中三容器所盛是密度 液体。(选填“相同”或“不同”)
47.如图所示是用压强计探究液体内部压强的情景:
(1)调整好后把探头放入水中,通过观察U形管两侧液面的高度差来判断探头处水的压强大小,高度差越大,水的压强 (选填“越大”或“越小”);
(2)比较甲、乙两图,可以得到;在同种液体的同一深度,液体内部向各个方向的压强 ;
(3)在图乙中将探头慢慢下移,下移至如图丙,可以观察到U形管两侧液面的高度差增大,从而得到:在同一种液体中,液体的压强随 的增加而增大;
(4)在图丙中,若只将烧杯中的水换成盐水,其他条件不变,则可以观察到U形管两侧液面的高度差 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
48.如下图所示,用 探究液体内部压强的情景。(填仪器名称)
(1) 把金属盒放入水中,通过观察管内两边液面的高度差来判断金属盒处水的压强的大小、高度差越大,水的压强 (选填“越大”或“越小”)
(2)比较图(a)、(b) 和 (c), 可以得到:
(3)在图(b) 中把金属盒慢慢下移,可以观察到管内两边液面的高度差增大,从而得到:在同一种液体里,液体的压强随 的增加而增大。
(4)在图(b) 中,若只将烧杯中的水换成盐水,其他条件不变,则可以观察到管内两边液体的高度差 (选填“变大”、“不变”或“变小”)。
49.如图所示,探究液体内部压强的特点(ρ盐水>ρ水)。
(1)实验中,将液体内部的压强大小转换为用U形管两侧液面的 来表示;
(2)为了使实验现象更明显,U形管中的液体最好用 (选填“有色”或“无色”)的;
(3)将探头放在图乙所示液体内部的A、B位置,观察到U形管两侧液面的高度差hB>hA,经过多次实验观察到同样的现象,这说明同种液体内部的压强随 的增加而增大;
(4)将探头放在图乙中所示液体内部等深的B、C位置,观察到U形管两侧液面的高度差hC>hB,这是为了研究液体压强与液体 的关系。
50.物理课上,同学们利用压强计“研究液体内部压强”,进行了如下的操作。
(1)实验前,用手指按压橡皮膜,发现U形管中的液面几乎不动,说明该装置 (选填“漏气”或“不漏气”);
(2)使用完好的装置进行实验时,小王将探头放入水下,U形管两侧水面高度差为8cm,此时U形管内外的气压差为 Pa;
(3)正确操作后,分析图②、图③的实验现象,得出结论:同种液体中,液体压强随液体深度的增加而 ;
(4)分析图③、图④的实验现象,得出结论:在深度相同时,液体的 越大,压强越大;
(5)小王用图⑤所示的装置测量未知液体的密度:在左侧加入适量的水,在右侧缓慢倒入待测液体,直到橡皮膜刚好变平,她测量了以下物理量:
A.右侧待测液体到容器底的深度h1
B.右侧待测液体到橡皮膜中心的深度h2
C.左侧水到容器底的深度h3
D.左侧水到橡皮膜中心的深度h4
请你推导出待测液体密度的表达式为 (选择题中合适的字母和表示)。
51.如图所示,小李同学使用U形管压强计探究液体内部压强规律。小李将U形管压强计带有橡皮膜的探头浸入两种密度不同的液体中的不同深度,把对应的U形管左右液面高度差记录在下表中,其中H1<H2<H3。
实验序号
液体密度ρ(×103kg/m3)
橡皮膜中心深度h(cm)
U形管左右液面高度差H
1
1
4
H1
2
1
6
H2
3
1
8
H3
4
2
2
H1
5
2
3
H2
6
2
4
H3
(1)U形管压强计使用过程中,通过观察 ,比较橡皮膜中心所受压强大小;
(2)分析比较实验数据并得出结论:
a.分析比较实验序号1、2、3(或4、5、6)中h和H数据及相关条件可得出初步结论:同种液体内部,
;
b.分析比较实验序号 中及相关条件可得出初步结论:液体内部某一深度的压强大小与液体密度有关,液体密度大,液体压强大;
c.分析比较实验序号1、4(或2、5或3、6)中ρ、h和H数据及相关条件可得出初步结论: 。
一、单选题
1.下列器材或装置中,不属于连通器的是( )
A. 茶壶 B. 锅炉液位计
C. 注射器 D. 下水弯管
2.如图所示,容器内A、B、C三处所受液体压强相比较( )
A. B. C. D.无法判断
3.图中容器里面装有水,其中,,。则容器内部A、B处液体的压强为( )
A. B. C. D.
4.关于如图液体中以a、b、c三点压强的说法正确的是( )
A.a点向下压强比向上压强大
B.a、b两点的压强相等
C.b点压强比c点压强小
D.b、c两点的压强相等
5.如图所示,A、B、C是三个圆柱形容器,分别装有水或酒精(ρ水>ρ酒精)B和C两容器的底面积相同,且其中的液体深度也相同,三个容器中,底部所受液体压强最大的是( )
A.A容器 B.B容器 C.C容器 D.无法比较
6.如图所示,薄壁圆柱形容器A、B放在水平面上(SA>SB),其中分别盛有质量为m甲、m乙的两种等高液体,它们对容器底部的压强为p甲、p乙。现在两容器中分别倒入体积相同的原液体(不溢出),此时它们对容器底部的压强相等,倒入液体质量分别为、,液体压强变化量分别为、。则下列判断正确的是( )
A.,
B.,
C.,
D.,
二、填空题
7.带鱼生活在水下60米深,由于液体内部压强与 和 有关,当带鱼被快速捕捞至水下10米深时,液体内部压强 (选填“变大”、“变小”或“不变”),由于带鱼体内压强很大,极大的压强差导致带鱼器官爆裂,因此带鱼“出水即死”(ρ海水≈ρ水保持不变)。
8.如图所示,自带吸管的玻璃杯可以看作是一个 ,当杯中饮料静止时,图中A点的液体压强 B点的液体压强(选填“大于”“等于”或“小于”)。装有饮料的玻璃杯总质量为0.3kg,放置在水平桌面上,杯底与桌面的接触面积为2×10-4m2,则杯子对桌面的压强为 Pa。(g取10N/kg)
9.如图所示,一个空的塑料药瓶,瓶口扎上橡皮膜,竖直地浸入水中,一次瓶口朝上,一次瓶口朝下,这两次药瓶在水中的位置相同,可以看到橡皮膜都向内凹,说明液体内部向 方向都有压强。而且可以看到 (填写“甲”或“乙”)次凹陷的程度更大些。
10.如图所示,放在水平桌面上的容器,侧壁上有一开口弯管,弯管内的液面高度;其顶部和底部的面积均为,顶部到底部的高度,容器中的液体密度为,则液体对容器顶部的压力为 N。(g取)
11.今年我国南方地区遭遇特大暴雨,如图所示是一辆不慎驶入水中汽车的车门。随着水位升高,车门上A处受到水的压强将 。(填“变大”、“不变”或“变小”)若车门在水下部分的面积为0.8m2,受到水的平均压强为5×103Pa,此时车门所受水的压力为 N,建议汽车不慎驶入水中时,应立即设法从车内逃离,紧急情况下,应挥动逃生锤的 (填A/B)端砸向玻璃窗的边角,砸窗逃离。
12.如图1所示,设想在距离液面下h深处取一面积为S的水平液面,请对该液面上方体积为Sh的液柱进行分析:
(1)液柱对水平液面S的压力 液柱重力(选填“大于”、“等于”、“小于”)。
(2)若液体的密度为ρ,请用压强的定义公式推导液柱对水平液面的压强大小(用已给出的字母表示,写出推导过程)。
(3)如图2所示是河南洛阳小浪底大坝剖面示意图,它的设计充分应用了压强知识。
①大坝的底部宽大,从改变固体压强角度分析原因:通过 的方法来 压强。
②坝体上窄下宽,从液体压强角度分析原因: 。
三、计算题
13.如图(a)所示,正方体甲放在水平地面上,对地面的压强为3920帕。足够高的薄壁柱形容器放在水平地面上,如图(b)所示,该容器的底面是一个正方形。
(1)若正方体甲的底面积为1×10−2米2,求正方体对水平地面的压力F甲。
(2)若容器乙中水的深度为0.3米,求水对容器底部的压强p水。
(3)将正方体甲浸没在容器乙的水中,水对容器底部的压强增加量为490帕,容器对水平地面的压强增加量为980帕,求:正方体甲的密度ρ甲。
14.如图所示,盛有水的轻质薄壁圆柱形容器甲置于水平地面上,容器底面积为,其内部中央放有一个圆柱形物体乙。现分三次从容器中抽水,每次抽水后容器底受到水的压强及容器对地面的压强如表2所示。
(1)求未抽水时容器对地面压力大小。
(2)关于每次抽出水的深度和质量,两位同学发表了不同的观点。小王认为每次抽出水的深度是相同的;小红认为每次抽出水的质量是相同的。请判断两位同学说法是否正确,并说明理由。
(3)根据上述信息还可以作出推断:
(a)第 次抽水后乙上表面开始露出水面;
(b)甲、乙底面积之比为 。
表2
序号
1
2
3
4
状态
未抽水
第一次
第二次
第三次
容器底受到水的压强/帕
2500
2100
1700
1300
容器对地面的压强/帕
3100
2700
2375
2075
四、实验题
15.如图所示是用压强计“探究液体压强与哪些因素有关”的实验装置。
(1)实验前,小物同学发现U形管内的液面不相平,此时他应该( )
A.取下软管重新安装
B.向U形管中加一些红墨水
C.轻轻按压金属盒的橡皮膜
D.将U形管右侧的红墨水倒出一些
(2)将压强计金属盒的橡皮膜朝上逐渐浸入水中,在向下浸入的过程中,压强计的高度差会 (选填“变大”或“变小”)。停在某一深度处,如图乙,则压强计显示的是橡皮膜 (选填“各个方向”、“上方”或“下方”)的水对它的压强;
(3)小物同学保持甲图中金属盒的朝向不变,放入浓盐水的乙杯中,如图乙所示。比较甲、乙两次实验,小物同学得出了初步结论:液体压强与液体密度有关。小理同学认为甲、乙两次实验无法得出该结论,原因是: ;
(4)小物同学换用其他液体探究液体压强与液体密度的关系,当探头在液体中的深度相同时,U形管左右两侧液面的高度差对比不明显,则下面操作能使两侧液面高度差对比更加明显的是( )(选填字母序号);
A.烧杯中换密度差更大的液体
B.将U形管换成更细的
C.将管内液体换为密度更小的其他液体
D.将U形管换成更粗的
(5)小理同学用丙图所示的装置测量未知液体的密度:在左侧加入适量的水,在右侧缓慢倒入待测液体,直到橡皮膜刚好变平,她测量了以下四个物理量。
A.右侧待测液面到容器底的深度h1
B.右侧待测液面到橡皮膜中心的深度h2
C.左侧水面到容器底的深度h3
D.左侧水面到橡皮膜中心的深度h4
请你推导出待测液体密度的表达式为= (选择四个物理量中合适的字母和ρ水表示)。
16.小明同学为探究液体内部压强特点,做了如下实验。
(1)将四端开口的玻璃管三端扎上橡皮薄膜,竖直插入水中,实验现象如图所示,由此可得的结论是:液体内部 都有压强;
(2)为进一步研究,小明用形管压强计、刻度尺等进行实验,分别将带有橡皮膜的塑料盒插入到水和酒精中的不同深度处,并将实验测得相关数据分别记录在表一和表二中;(其中)
表一水
序号
深度(厘米)
U形管左右液面高度差(厘米)
1
4
2
8
3
12
表二酒精
序号
深度(厘米)
U形管左右液面高度差(厘米)
4
5
5
10
6
15
①分析比较实验序号(1与2与3)或(4与5与6)的数据及相关条件,可得出的初步结论是: ;
②进一步分析比较实验序号(1与4)或(2与5)或(3与6)的数据及相关条件,可得出的初步结论是:液体密度与深度的乘积相等时, ;
③进一步分析比较实验序号(1与4)和(2与5)和(3与6)的数据及相关条件,可得出的初步结论是: ,液体内部压强越大。
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