内容正文:
第九章、压强
一、压力
1. 【压力】
垂直作用在物体表面的力叫压力。
常用字母F 表示。
2. 【压力的作用点】
在受压的物体表面。
3. 【压力的方向】
垂直并指向受压的物体表面。
4. 【压力的大小 】
压力F与重力G是性质不同的两种力,大小不一定相等。
①压力与重力,有时相等(F=G)
只有当物体自由静止在水平面时,物体对支持面的压力大小才等于物体所受的重力大小F=G。
②压力与重力,有时无关(F与G无关)
③压力与重力,有时压力小于重力(F<G)
5. 【压力的作用效果】
压力作用在接触面上,使物体发生形变。
6、【压力与重力的区别】
二、压强
1、【压强】
(1) 压强 :压力的作用效果,物体所受压力的大小与受力面积之比叫做压强
(2)压强公式:p=F/S
(3)压强p的单位是帕斯卡 (简称为帕),符号是Pa。(4)一张纸平放时对桌面的压强约1Pa;
(5)中学生站立时对地面的压强约1.5×104 Pa.
2、【减小压强方法及应用】
方法:(根据p=F/S ,按数学方法展开思考)
(1) 压力一定,增大受力面积
(2) 受力面积一定,减小压力
(3)同时减小压力,增大受力面积
应用:
①载重卡车装有许多的车轮
②房屋建在较大的地基上
③书包带做得较宽。
④坦克履带
⑤轨道铺设在枕木上
⑥穿滑雪板滑雪
3、【增大压强方法及应用】
方法:(根据p=F/S ,按数学方法展开思考)
(1)压力一定,减小受力面积
(2) 受力面积一定,增大压力
(3)同时增大压力,减小受力面积
应用:
①速滑运动员的冰鞋装有冰刀
②投向靶盘的飞镖
③用力刹车。
④注射器的针头
4、【柱体压强】
(1)计算公式 p=ρgh
𝜌 表示密度,单位为千克/立方米 (kg/m3)
h 表示高度, 单位为米(m),g 表示9.8N/kg
p表示压强,单位为帕(Pa)
(2) 理解公式 p=ρgh
①公式 p=ρgh只适用于柱形的物体对水平面的压强,不能用于其他形状的物体产生的压强;
② 柱形的物体对水平面的压强只与物体的密度和高度有关,与物体的底面积、重力等无关。
5、【压力与压强区别】
6、【例题分析】
第24届冬奥会于2022年在北京、张家口举办,小丽的质量为50kg,穿戴滑雪装备后为60kg。
每只脚与地面的接触面积为0.02m2,雪地能够承受最大压强是3.0×103Pa。求:
(1)小丽的重力?
(2)计算判断小丽站立在雪地时能不能陷入雪地?
(3)要完成滑雪运动,小丽所穿滑雪板的总受力面积至少多少m2?
三、液体压强
(一)【液体压强的特点】
1、【液体压强产生的原因】
①液体受到重力,对容器底部有压力,会产生压强;
②液体具有流动性,所以对容器侧壁有压强。
若液体在失重的情况下,将无压强可言;
2、【液体压强具有以下几个特点】
(1) 液体除了对容器底部产生压强外,还对“限制”它流动的侧壁产生压强,固体则只对其支承面产生压强,方向总是与支承面垂直
(2) 在液体内部向各个方向都有压强,
在同一深度向各个方向的压强都相等,
同种液体, 深度越深,压强越大。
(3)容器底部受到液体压力跟液体的重力不一定相等。(4)液体内部压强的大小还跟液体的密度有关,
在深度相同处,液体的密度越大,压强越大。
3、【压强计】
(1)作用:测量液体内部压强。
(2)构造:U形管、橡皮管、探头三部分组成。
(3)原理:放在液体里的探头上的橡皮膜受到液体压强的作用会发生形变,U形管左右两侧液面就会产生高度差,高度差的大小反映了橡皮膜所受压强的大小,液面的高度差越大,压强越大。
(4)压强计的使用:
①检查是否漏气 ②检查液面是否相平
4、【与液体压强有关的现象】
(二)【液体压强的大小】
1、【公式推导】
液体压强公式:P=ρgh
设想在密度为ρ的液面下有一高度为h、截面积为S的液柱。
这个液柱体的体积:V=Sh
这个液柱的质量: m=ρV=ρSh
这个液柱对平面的压力:F=G=mg=ρVg=ρgSh
平面S受到的压强: p=F/S= ρgSh/S=ρgh
因此,液面下深度为h处液体的压强为P=ρgh
2、【理解公式P=ρgh】
(1)公式中的物理量及其单位
①ρ表示液体的密度,单位为千克/立方米(kg/m3)
②h 表示液体的深度 ,单位为米(m)
③g 为常数,大小为9.8N/kg
④p表示液体在深度为h处的压强,单位为帕(Pa)
(2)理解 p=ρgh
深度h :指液面到某点的竖直距离,而不是高度。
如图所示,A点的深度为13cm,B点的深度为22cm。
3、 【影响液体压强大小的因素】
(1) 根据p=ρgh可知:
液体内部压强只跟液体密度和深度有关;
与液体的质量、体积、重力、容器的底面积、容器形状均无关。
左图,“帕斯卡裂桶实验”充分说明了这一结论的正确性。
(2)如下图所示,水的质量不等,但是产生的压强相等,说明液体的压强与液体的质量无关。
(三)【液体对容器底的压力与容器形状的关系】
液柱对容器底部的压力只等于以其底面积大小形成的液柱的重力。
(四)【连通器】
1、【连通器定义】上端开口,下部相连通的容器;
2、【连通器原理】
连通器里装同一种液体且液体不流动时,各容器的液面保持相平;
3、【连通器的应用】 茶壶、锅炉水位计、乳牛自动喂水器、船闸等
4、【例题】
如图所示,底面积相同的甲、乙两容器,装有高度、质量均相同的不同液体,则它们对容器底部压强的大小关系正确的是( )
A.p甲>p乙 B.p甲<p乙
C.p甲=p乙 D.条件不足,无法判断
解析:B。因为液体的质量相同,并且V甲>V乙,则由ρ=m/V可知,ρ甲<ρ乙;又因为高度相同,则根据公式p=ρgh可知,p甲<p乙。
四、大气压强
(一)大气压的存在
1、【大气压强定义】
大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强,简称大气压;大气压用po表示
2、【产生原因】
因为空气受重力作用并且具有流动性;
3、【马德堡半球实验证明】
①大气压的存在 ②大气压很大
4、【大气压强存在实例】
(1)马德堡半球实验
(2)瓶吞鸡蛋
(3) 覆杯实验
(二)大气压的测量
1. 【托里拆利实验】
(1) 精确测量出标准大气压数值的实验:托里拆利实验;
(2) 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再下降,这时管内外水银面的高度差约为760mm;p大气压=p水银
(3) 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);
2、【标准大气压】
(1)定义:通常把760mm高的水银柱产生的压强叫做标准大气压,用字母p0表示。
(2)大小: p0=ρ水gh=13.6×103kg/m3×9.8N/kg×0.76m
=1.013×105 Pa
(3)大气压的一些单位
帕(pa)、千帕(kpa)、百帕(hpa)、标准大气压、毫米水银柱高(mmHg柱)或厘米水银柱高等
1标准大气压=1.013×105 Pa=760毫米水银柱=76厘米水银柱
3、【气压计】
(1)气压计:测量大气压的仪器叫做气压计。
常见的有:水银气压计和金属盒气压计(又称无液气压计)
(2)自制气压计
①取一个装入适量带色的瓶子,再取一根两端开口的细玻璃管,在它上面画上刻度,穿过橡皮塞插入水中。从管的上端吹入少量气体,使瓶内气体压强大于大气压,水沿玻璃管上升到瓶口以上。
②自制气压计的测量原理
在玻璃管内的底部取液片“AB”,因为液片静止,所以 p内=p大气压+p水 即 p内上=P0+ρgh水因为瓶内气压基本不变,即p内基本不变,所以当外界大气压强 p0 降低时,h水变大。
4. 【大气压与高度的关系】
(1)大气压的变化规律:
大气压随高度增加而减小
在海拔3000m以内,每升高10m,大气压大约减小100pa。
(2)大气压随海拔高度的升高而减小的原因
大气压由于大气受重力而产生,因为海拔越高,空气越稀薄,空气密度变小,大气重力变小,因此大气压就会降低。
(3)高度计
如果无液气压计的刻度盘上标的是高度,就变成了高度计。
5、【水的沸点与大气压的关系】
(1)水的沸点与气压之间的关系:
在1标准大气压下,水的沸点为100 ℃.
气压越大,水的沸点越高
气压越小,水的沸点越低
(2)沸点与压强
①高压锅的原理:
高压锅内部的气压高于1个大气压,水的沸点升高,要在高于100℃时才沸腾,这样高压锅内部就形成高温高压的环境,饭就容易很快做熟。
② 一切液体的沸点,都是随气压减小而降低 (如在海拔高的山上煮饭,煮不熟); 随气压增大而升高(如用高压锅煮饭快);
(3) 体积与压强:质量一定的气体,温度不变时,气体的体积越小,压强越大;气体体积越大,压强越小。
(三)大气压的应用
1、【生活中应用大气压的实例】
2、【活塞式抽水机的构成原理】
五、流体压强与流速的关系
1、【流体】
液体和气体都具有流动性,统称为流体。如空气、水。
2、【流体压强】
流体流动时产生的压强称作流体压强。
3、【液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;
流速越小的位置,压强越大。
4、【用“流体压强与流速的关系”解释现象 】
(1)火车站台上的安全线
【分析】当火车或地铁进站时,会带动人和车之间的空气的流速加快,人外侧空气流速慢压强大,而内侧流速快压强小,会产生一个向内侧的压强差,将人推向火车,易出现危险。
(2)一些与“流体压强与流速的关系”有关的现象:
如喷雾器、草原犬鼠的洞穴、跑车的气流导流板、伞面被大风“吸”起等。
5、【飞机的升力】
(1)飞机的升力的产生:飞机的机翼通常都做成上面凸起、下面平直的形状;
(2) 当飞机在机场跑道上滑行时,流过机翼上方空气速度快、压强小,流过机翼下方的空气速度慢、压强大;
(3) 机翼上下方所受的压力差ΔF形成向上的升力。
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