内容正文:
2.32压强——液体压强
目录
01 本节导航·目标清单
02 教材精研·内容全解
考点01 液体内部存在压强
考点02 探究液体内部压强特点
03 避坑指南·解题通法
角度01 压力压强的变化与比较
角度02 三类容器压力与压强
04 真题闯关·溯源演练
05 课后三阶·精准练习
目标导航
方法指导
1. 了解液体内部有压强;
2. 了解影响液体内部压强的特点;
3. 了解液体压强的影响因素及计算。
1. 由小实验或生活现象理解液体内部存在压强;
2. 学会使用压强计,能利用压强计探究液体压强特点。
考点01 液体内部存在压强
1. 液体对容器的底部、侧壁都会产生压强,液体内部也存在压强。
【甲实验】
现象:橡皮膜向下凸出
分析:液体受到重力作用,对底部的橡皮膜产生压力,使橡皮膜向下凸出。加水越多,凸出越明显。
结论:液体对容器底有压强,液体深度越大,压强越大。
【甲实验】
现象:橡皮膜向外凸出
分析:液体具有流动性,对阻碍它流动的侧壁产生压力,使橡皮膜向外凸出。加水越多,凸出越明显。
结论:液体对容器壁有压强,液体深度越大,压强越大。
生活实例:如果你去游泳,当水面到达胸部时,就会感到胸闷,这正是水的压强引起的。
2. 液体压强产生原因及测量
(1)液体压强产生原因
①液体自身所受重力:液体受到重力作用,对支持它的容器底部产生压强;
②液体的流动性:液体具有流动性,对阻碍它流动的容器侧壁产生压强。
(2)压强计:是测量液体内部压强的仪器;
①结构:探头(由空金属盒蒙上橡皮膜构成)、橡皮管、U形管。
②原理:当探头上的橡皮膜受到压强时,U形管左右两侧的液面出现高度差,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。
使用前需要检验气密性
【温馨提示】
1.泉水自地下喷涌而出,说明液体内部向上也有压强。
2.压强计需检查装置的气密性,以防漏气。可用手轻按橡皮膜,观察U形管两侧液面的高度是否变化。如果变化,则说明不漏气;如果不变化,则说明漏气,需重新调整实验装置。
1.中国“奋斗者”号载人潜水器(如图)在马里亚纳海洋成功下潜到深度为10909米的海底。设计载人潜水器时最需要考虑深海的( )
A.温度
B.压强
C.咸度
D.溶解氧
2.为研究液体对容器侧壁的压强与液体深度的关系,小宁制作了如图所示的实验装置,伸缩支架放在水平桌面上的装置中盛有适量的水。下列说法正确的是( )
A.液体对容器侧壁会产生压强,只因为受到重力的作用
B.降低伸缩支架高度时,橡皮膜的形变程度变大
C.升高伸缩支架高度时,装置对桌面的压强不变
D.其他条件不变,只把水换成等体积盐水,橡皮膜的形变程度变小
3.为证明液体的内部存在压强,如图的实验中,对实验方案和对应目的的描述不严密的是( )
A.图甲实验证明了液体内部有压强
B.图乙实验证明了液体对容器底部有向下的压强
C.图丙实验证明了液体对容器侧壁有压强
D.对比图甲、丁(甲、丁中U形管液面高度差相同),实验证明了液体内部压强随深度的增加而增大
4.如图所示的压强计,为保证它可正常测量,提出以下检查流程:
上面流程图中①、②、③的内容分别是( )
A.①左高右低 ②左低右高 ③相平
B.①左低右高②相平③相平
C.①相平②左低右高③相平
D.①相平②左低右高③左低右高
考点02 探究液体内部压强特点
1.【探究实验】探究液体内部压强的特点
(1)实验方法:转换法(通过U形管两侧液面的高度差来反映压强大小)、控制变量法
(2)实验过程
①探究液体压强与方向的关系
步骤:控制探头深度相同、液体密度相同,改变压强计探头的方向,观察压强计比较压强大小。
分析:U形管两边液面的高度差不变,即液体内部压强不变。
结论:液体内部向各个方向都有压强,同种液体在同一深度向各个方向的压强都相等。
②探究液体压强与深度的关系
步骤:控制探头方向相同、液体密度相同,增大深度,观察压强计比较压强大小。
分析:深度越深,U形管两边液面的高度差变大,即液体内部压强变大。
结论:同种液体内部压强随深度的增加而增大。
③探究液体压强与液体密度的关系
步骤:控制探头深度和方向均相同,增大液体密度,观察压强计比较压强大小。
分析:盛有盐水的U形管两边液面的高度差更大,即液体内部压强更大。
结论:液体在同一深度产生的压强大小与液体的密度有关,密度越大,液体压强越大。
2.液体内部压强特点
①液体对容器底部和容器侧壁都有压强;
②液体内部向各个方向都有压强;
③同种溶液同一深度,向各个方向的压强都相等;
④液体内部的压强只与液体密度和深度有关,与液体的质量、重力、体积以及容器的形状、底面积均无关。
⑤液体密度相同时,深度越大,压强越大;深度相同时,液体密度越大,压强越大。
3.液体压强公式
注意:h为液面下某处距离自由液面(与大气接触的液面)的竖直距离,不是液面高度。
【温馨提示】
1. 为了便于观察实验现象,可以在U形管中滴一滴红色墨水;
2. 连通器
定义:上端开口、下端连通的容器叫做连通器。
原理:连通器中装入同种液体,当液体不流动时,各容器中的液面总是相平的。
应用:茶壶、锅炉水位计、乳牛自动喂水器、船闸等。
1.如图所示,在两个完全相同的容器中,盛有质量相等的水和酒精(),下列说法正确的是( )
A.甲盛的是酒精,乙盛的是水
B.在距各自液面相同深度的A、B两点压强相等
C.甲容器比乙容器底部受到的压力小
D.甲、乙两容器底部受到的压强相等
2.将一未装满水密闭的矿泉水瓶,先正立放置在水平桌面上,再倒立放置,如图所示。瓶底的面积是30cm2,瓶盖的面积是10cm2,瓶重和厚度忽略不计(g取10N/kg,ρ水=1×103kg/m3)。以下选项正确的为( )
A.倒立放置与正立放置时矿泉水瓶对桌面的压力不相等
B.倒立放置时瓶盖受到水的压强1000Pa
C.倒立放置时瓶盖所受到水的压力为13N
D.倒立放置时矿泉水瓶对桌面的压强为3000Pa
3.小敏用矿泉水瓶做实验。
(1)将两个相同的矿泉水瓶分别正放、倒放在海绵上,如图甲,验证的是压力的作用效果与__________的关系;
(2)他用力捏空矿泉水瓶,发现瓶子变瘪了,如图乙所示,说明了____________________;
(3)他在矿泉水瓶中装水,在侧壁上扎了三个小孔,观察到如图丙所示的现象,验证的是液体的压强____________________。
4.在探究液体压强与哪些因素有关时,小科提出如下猜想:
①与深度有关;②与液体密度有关;(已知:)③与容器大小有关。
(1)在使用压强计前,发现U形管中两侧液面有高度差(如图1所示),接下来的操作是 (选填字母)。
A.用注射器从U形管右侧抽取适量液体
B.拆除胶管重新安装
C.转动压强计的探头
(2)调好器材后,探究猜想①和②。比较图2中的甲和乙得出了液体压强与深度的关系;比较图乙和图丙,可得出结论:________________________________________________________________。
(3)将探头放入图3的盐水中,U形管两侧液面高度差与图丙一致。根据实验结论推测,探头的位置可能在________(选填“a”、“b”或“c”)处。
(4)为探究猜想③,在大小不同的容器中装入深度相同的水,将探头分别放入容器底,如图4,观察U形管两侧液面,得出结论。此实验设计不合理的地方是____________________________________。
5.如图所示,在质量为1kg的容器内装有5kg的水,容器底面积为 容器放在水平桌面上,桌面面积为。求:
(1)水对A点的压强;
(2)水对容器底的压力;
(3)容器对桌面的压强。
固体压强与液体压强的计算方法对比
1. 固体压强的计算思路(先压力后压强)
步骤:先求压力F(通常F = G,但需根据实际情况判断)→ 再求压强p = F/S。
适用对象:固体对接触面的压强。
注意:受力面积S是两个物体实际接触的面积,不是物体的底面积。
2. 液体压强的计算思路(先压强后压力)
步骤:先求压强p = ρgh → 再求压力F = pS。
适用对象:液体对容器底、侧壁或液体内部某点的压强。
注意:液体压强只与液体密度和深度有关,与容器形状、液体重力无关。
三种容器的压力压强问题
1.压力与压强辨析
项目
直柱体
上窄下宽
上宽下窄
液体对容器底的压强p1
p 1= ρgh(与形状无关)
p1 = ρgh(与形状无关)
p1 = ρgh(与形状无关)
液体对容器底的压力F1
F1 = p1S = ρghS
F1 = p1S = ρghS
F1 = p1S = ρghS
F1与G液的关系
F1 = G液
F 1> G液
F 1< G液
原因解释
侧壁竖直,液体重力全部压在底部
侧壁向内倾斜,侧壁也对液体有向下的压力,使底部承受的压力大于液体重力
侧壁向外倾斜,部分液体重力被侧壁承担,底部承受的压力小于液体重力
容器对桌面的压力 F2
F2 = G容 + G液
F2 = G容 + G液
F2 = G容 + G液
容器对桌面的压强 p2
P2 = F2/S底
P2 = F2/S底
P2 = F2/S底
记忆口诀:
液体对底:先p后F,p = ρgh,F = pS。
容器对桌:先F后p,F = G总,p = F/S。
形状关系:直柱相等,窄宽F大,宽窄F小(上窄下宽压力大于液体重力,上宽下窄压力小于液体重力)。
角度01 压力压强的变化与比较
1.如图所示,一个装满水的矿泉水瓶,正放在水平桌面上如图甲,瓶子对桌面的压强为,水对瓶底的压强为;倒放在水平桌面上如图乙,瓶子对桌面的压强为,水对瓶盖的压强为。则下列判断正确的是( )
A.
B.
C.
D.
2.如图所示,三个底面积不同的直筒形容器中分别盛有A、B、C三种液体,它们对容器底部的压强相等。现分别从三个容器内抽出相同高度的液体后,剩余液体对容器底部的压强pA、pB、pc的大小关系是( )
A.
B.
C.<<
D.
3.如图是两个完全相同的圆柱形容器,分别装有甲、乙两种不同的液体,在距离容器底同一高度处分别有M、N两点。若,两容器底部受到的液体压强大小分别是、,两容器底部对桌面的压力分别是、,则( )
A.,
B.,
C.,
D.,
角度02 三类容器压力与压强
1.如图,甲、乙、丙三个质量和底面积均相同的容器,若容器中分别装入等高度的酒精、水和硫酸(液体均不溢出,),三个容器底部都受到液体的压力( )
A.甲最大
B.乙最大
C.丙最大
D.一样大
2.如图,一个密封的圆台形容器装满水,其在水平桌面上的放置方式由甲图变为乙图,则下列说法正确的是( )
A.容器对桌面的压强减小,压力不变
B.容器对桌面的压强增大,压力不变
C.水对容器底的压强减小,压力减小
D.水对容器底的压强不变,压力不变
3.如图所示,两个底面积相同且质量相等的密闭容器甲和乙放置在水平桌面上,向容器中分别注入两种不同的液体。
(1)已知距容器底部等高的A、B两点所受液体的压强相等,则甲、乙容器内液体密度______;若乙容器内液体的质量大于甲容器内液体的质量,则桌面受到甲、乙容器的压强______。(均选填“大于”“等于”或“小于”)
(2)如果把乙装置倒置,如图丙所示,那么液体对容器底的压强将______,液体对容器底的压力将______。(均选填“变大”“变小”或“不变”)。
1.(2023·浙江湖州·中考真题)学习小组利用压强计探究“影响液体压强大小的因素”,进行如下实验。
(1)图1是U形管压强计,为了使实验现象更加明显,金属盒上的橡皮膜选用的是________(选填“易形变”或“不易形变”)的;
(2)如图2,将压强计金属盒上的橡皮膜朝上,逐渐浸入至水中某一深度,压强计上反映的是橡皮膜________(选填“上方”、“下方”或“各个方向”)水产生的压强。压强大小用U形管左右液面高度差来反映,此处采用的科学方法是________。保持橡皮膜朝向不变,继续向下浸入,发现U形管左右液面高度差变大,说明液体内部压强随深度的增加而增大;
(3)学习小组选择图3和图4进行实验,是想探究液体压强与液体________的关系。小组其他成员指出探究还不完整,继续探究……
2.(2023·浙江金华·中考真题)研究小组利用压强计探究液体内部压强与液体密度的关系。
【实验器材】压强计、橡皮膜、两端开口的玻璃管、玻璃杯、圆柱形容器等。
【实验过程】小金用手指按压橡皮膜,如图所示,无论轻压还是重压,发现U形管两边液柱的高度几乎不变化。
(1)出现这种情况的原因可能是__________;
解决上述问题后,小金按下列步骤进行实验:
①将金属盒放入水中深度10厘米处观察并记录;
②将金属盒放入酒精中深度10厘米处观察并记录;
③比较两次实验U形管左右两边液面高度差;
④换用密度不同的液体,重复上述实验。
(2)该实验通过U形管左右两边液面高度差来判断液体内部压强的大小,这种科学方法是_________;
【实验结论】液体的压强与液体的密度有关,在深度相同时,液体的密度越大压强越大。
【迁移应用】小金将一支两端开口的玻璃管进行改装,用橡皮膜将其下端封住,往玻璃管内倒入一定量的酒精,观察到橡皮膜向下凸起,然后将玻璃管置于一空玻璃杯内,如图所示(固定仪器省略),再沿着玻璃杯内壁缓慢注水。
(3)当玻璃管内外液面相平时,橡皮膜的形变情况为_________(选填“向下凸起”“向上凸起”或“相平”);
【拓展提升】图是两个完全相同的圆柱形容器,分别装有甲、乙两种不同的液体,在距离容器底同一高度处分别有M、N两点。
(4)若,则两容器底部受到的液体压强大小关系是_________(选填“>”“=”或“<”)。
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1.如图所示的甲、乙两个容器,由一细管相通,细管中间有一开关K。先把开关关上,在两容器中装不同量的水,甲中水面比乙中水面高,然后将甲容器的上口密封。打开开关K后,下列判断正确的是( )
A.甲中的水不能往乙中流,水面高度都不变
B.甲中的水能往乙中流,直到乙的水面比甲中的水面高出一些为止
C.甲中的水能往乙中流,直到两容器中的水面相平为止
D.甲中的水能往乙中流一些,但甲的水面一定比乙的高
2.如图所示,水池中水的质量分别位于甲、乙、丙三个水池的池底,则这三个位置受到水的压强大小关系为( )
A.
B.
C.
D.
3.如图所示,水平桌面上放着底面积相等、质量相同的甲、乙两容器,分别装有体积不同的同种液体且深度相同,两容器底部对桌面的压力分别是、、两容器底部所受液体压强分别用、表示,则( )
A.,
B.,
C.,
D.,
4.如图所示,公路两侧的水渠由公路下面的倾斜涵洞相连,当两渠中水面相平时,下列关于涵洞中水的流向说法正确的是( )
A.由于两渠的水面相平,所以涵洞中的水不流动
B.由于“水往低处流”,所以涵洞中的水从乙流向甲
C.由于甲侧涵洞口深,压强大,所以涵洞中的水由甲流向乙
D.不论路面哪侧积水过高,涵洞中的水流方向均不变
5.小新利用压强计探究液体内部压强的特点,U形管装有一定量的水,在金属盒未浸入液体时U形管内的水面等高。用该压强计做了如图所示的甲、乙、丙三次实验(烧杯中的液体均未溢出)则下列说法不正确的是( )
A.图甲中通过观察h2判断液体内部压强的大小
B.根据乙和丙图金属盒的深度和U形管内液面的高度差可得ρ盐水<ρ液体
C.根据图丁所示的“喷泉”,可以说明:液体密度一定时,液体深度越深,液体压强越大
D.实验前在检查压强计时,发现U形管中两侧液面已有高度差,需拆除胶管重新安装
6.如图所示,水平桌面上放有底面积和质量都相同的甲、乙两平底容器,分别装有深度相同、质量相等的不同液体。下列说法正确的是( )
①液体对容器底部的压力:F甲=F乙
②容器对桌面的压力:F甲'=F乙'
③液体对容器底部的压强:p甲>p乙
④容器对桌面的压强:p甲'<p乙'
A.①和③ B.②和③ C.①和④ D.③和④
7.由于长期的河道淤塞,黄河下游的河床已被抬高。沿河农民通常采用如图所示的方式,引黄河水来灌溉农田。有关这种引水灌溉方式,下列说法中错误的是( )
A.使用时B端管口必须低于A处水面
B.这种取水灌溉方式利用了连通器原理
C.使用时先将管道中灌满水
D.高度差H越大,管道中的水流得就越快
8.如图所示,取一个不易形变的饮料瓶,用橡皮膜扎紧瓶口,在其侧面开一小孔,用插有玻璃管的橡皮塞塞紧,玻璃管中有一段红色液柱,将瓶内气体密封,橡皮膜受到的压力发生变化,红色液柱会移动,从而制成一个简易压强计。下列分析不正确的是( )
A.橡皮膜受到的压力相同时,玻璃管内径越粗,液柱上升越明显
B.将饮料瓶放入水中,液柱上升,表明液体内部有压强
C.饮料瓶在水中的位置越深,液柱上升越高,表明同种液体的压强随深度的增加而增大
D.将饮料瓶放入不同液体相同深度处,液柱上升高度不同,表明液体的压强与液体密度有关
9.如图所示,均匀地向容器内注水,容器底所受水的压强与注水时间的关系如图所示,这个容器可能是( )
A.锥形瓶 B.烧杯
C.量杯 D.量筒
10.读图回答问题。
(1)如图甲所示,有两个完全相同的容器,分别盛有适量的水和浓盐水,某同学用压强计鉴别这两种液体,则图______(选填“a”或“b”)中装的是浓盐水;判断的依据是__________________________________
_________________________________________________________。
(2)如图乙所示,同种材料制成的实心圆柱体A和B放在水平地面上,高度之比hA∶hB=3∶1,底面积之比SA∶SB=1∶2,则它们对地面的压强之比pA∶pB=______。
(3)对液体内部压强大小与深度关系的进一步思考。图(丙)为一圆柱形容器底面积为S,容器内装有密度为ρ的液体,a点在深度为h处的水平横截面上,横截面上方的液柱对横截面产生的压力大小等于该液柱的重力G液=______。根据圆柱体体积公式和压强公式,推导出a点所在横截面受到的液体压强pa与深度h之间的关系式是pa=______。(用字母表示)
🚀能力跃升
1.如图是医院为病人输液部分装置,图中A为输液瓶,B为滴壶,C为进气管,与大气相通,则在输液过程中(瓶A中尚有液体),下列说法错误的是( )
①瓶A中液面下降,但A中上方气体的压强不变
②瓶A中上方气体的压强随液面的下降而增大
③在瓶中药液输完以前,滴壶B中的气体压强保持不变
④滴壶B中的气体压强随A中液面的下降而减小
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
2.如图所示,两个底面积相同且质量相等的密闭容器甲和乙放置在水平桌面上,向容器中分别注入两种不同的液体。(取g=10N/ kg)
(1)已知距容器底部等高的A、B两点所受液体的压强相等,则ρ甲_______ρ乙。若乙容器内液体的质量大于甲容器内液体的质量,则桌面受到甲、乙容器的压力F甲_______F乙。(以上两空均填“大于”“等于”或“小于”)
(2)如果把乙装置倒置,如图丙所示,那么整个装置对水平桌面的压强将_______,液体对容器底的压力将_______。(后两空均选填“变大”、“变小”或“不变”)
3.金华科技馆中展示了一个有趣实验,如图甲所示,最下端的小孔水平喷水距离最大;小东对喷水距离远近很感兴趣,于是进行了以下探究。
【提出问题】水最远落地点与小孔点的水平距离与哪些因素有关呢?
【查阅资料】水最远落地点与小孔点的水平距离与水流从小孔水平射出的速度和小孔离地的高度有关。
【探究实验】经过思考后,小瑞做了如图乙所示实验,其中h表示小孔在水中的深度,v表示水流从小孔水平射出的速度,H表示小孔离地的高度,s表示水流射程(小孔到落点的水平距离)。得到了如下的实验结果。
序号
小孔离地高度H/cm
小孔离水面深度h/cm
水最远落地点与小孔点的水平距离s/cm
1
2
3
平均值
1
10
10
12.3
12.2
12.5
12.3
2
15
10
15.2
15.0
15.3
15.2
3
20
10
17.5
17.6
17.3
17.5
【数据分析】
(1)图一中最下端的小孔水平喷水距离最大,说明同种液体,深度越________,液体压强越小。
(2)实验中每一组实验的数据都需要多次重复测量并取平均值,其目的是____________________________。
(3)实验中如何保障水流从小孔水平射出的速度相同?___________________________________________。
4.小塘游泳时发现,从浅水区走向深水区时,会感到呼吸越来越困难。他认为呼吸变困难可能与液体内部的压强有关。关于影响液体内部压强的因素,他提出了如下猜想:
猜想1:可能与方向有关;
猜想2:可能与深度有关;
猜想3:可能与液体的密度有关。
为验证猜想,他利用微小压强计进行如下实验探究:
(1)实验前要检查装置的气密性如图1甲所示,小塘用手轻压探头处橡皮膜,观察到____________________,说明该装置不漏气;
(2)小塘利用微小压强计完成了如图1乙、丙、丁所示的实验操作,其中________两图的现象能解释小塘游泳时呼吸变困难的原因。根据这一现象,当把一个六面蒙有绷紧程度相同的橡皮膜的立方体置于水中时,图2中能真实反映橡皮膜受到水的压强情况的是________;(选填“A”“B”或“C”)
(3)探究猜想③时,小塘把两个探头分别放在左、右两个容器内的液体中,观察U形管两侧液面,U形管左右两侧液面的高度差为(如图3),得出结论。此实验设计不合理的地方是______________________。
5.如图所示,是世界首款“水陆两栖”的敞篷概念车SQuba。在陆地上SQuba最高时速可达126千米/时,它还能够潜入10米深的水下,在水下的最高时速为3千米/时。SQuba车身轻巧,仅有900千克,潜入水下时,乘客利用车身携带的压缩空气装置,可以正常呼吸(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。求:
(1)SQuba受到的重力;
(2)当汽车底部位于水下10米深处时,水对汽车底部的压强;
(3)当汽车SQuba在陆地上时,每个轮子与地面的接触面积为300cm2,则SQuba对地面的压强是多少帕?
🌟思维挑战
1.当用手按图钉帽时,图钉能大小不变地将压力传递至图钉尖,使图钉进入墙壁中,那么当液体受压时,也会有上述现象吗?小明对此作了如下猜想:液体受压时也能大小不变地传递压力。他设计了如图1所示的装置来探究。容器中利用两个活塞(自重、摩擦不计)封装着若干液体,在两边活塞上加砝码M,使两边平衡。改变砝码质量,将数据记录在表一中,S1S2分别为两个活塞的横截面积。
表一:S1=10cm2、S2=40cm2
次数
M1(kg)
F1(N)
M2(kg)
F2(N)
1
0.1
0.98
0.4
3.92
2
0.2
1.96
0.8
7.84
3
0.3
2.94
1.2
11.76
(1)从表1中的数据可知,小明的猜想是______的(选填“正确”或“错误”);
(2)联系表1中的F和S,可知密闭液体大小不变传递的是______;
(3)根据上述结论,填写表2的空格:______;
表二:S1=10cm2、S2=600cm2
次数
F1(N)
F2(N)
1
20
▲
(4)如图2,左右两人都将活塞往对方推,两人的力气差不多大,这场比赛的结果是______边(填“左”或“右”)的人将获胜。
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2.32压强——液体压强
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考点01 液体内部存在压强
考点02 探究液体内部压强特点
03 避坑指南·解题通法
角度01 压力压强的变化与比较
角度02 三类容器压力与压强
04 真题闯关·溯源演练
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1. 了解液体内部有压强;
2. 了解影响液体内部压强的特点;
3. 了解液体压强的影响因素及计算。
1. 由小实验或生活现象理解液体内部存在压强;
2. 学会使用压强计,能利用压强计探究液体压强特点。
考点01 液体内部存在压强
1. 液体对容器的底部、侧壁都会产生压强,液体内部也存在压强。
【甲实验】
现象:橡皮膜向下凸出
分析:液体受到重力作用,对底部的橡皮膜产生压力,使橡皮膜向下凸出。加水越多,凸出越明显。
结论:液体对容器底有压强,液体深度越大,压强越大。
【甲实验】
现象:橡皮膜向外凸出
分析:液体具有流动性,对阻碍它流动的侧壁产生压力,使橡皮膜向外凸出。加水越多,凸出越明显。
结论:液体对容器壁有压强,液体深度越大,压强越大。
生活实例:如果你去游泳,当水面到达胸部时,就会感到胸闷,这正是水的压强引起的。
2. 液体压强产生原因及测量
(1)液体压强产生原因
①液体自身所受重力:液体受到重力作用,对支持它的容器底部产生压强;
②液体的流动性:液体具有流动性,对阻碍它流动的容器侧壁产生压强。
(2)压强计:是测量液体内部压强的仪器;
①结构:探头(由空金属盒蒙上橡皮膜构成)、橡皮管、U形管。
②原理:当探头上的橡皮膜受到压强时,U形管左右两侧的液面出现高度差,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。
使用前需要检验气密性
【温馨提示】
1.泉水自地下喷涌而出,说明液体内部向上也有压强。
2.压强计需检查装置的气密性,以防漏气。可用手轻按橡皮膜,观察U形管两侧液面的高度是否变化。如果变化,则说明不漏气;如果不变化,则说明漏气,需重新调整实验装置。
1.中国“奋斗者”号载人潜水器(如图)在马里亚纳海洋成功下潜到深度为10909米的海底。设计载人潜水器时最需要考虑深海的( )
A.温度
B.压强
C.咸度
D.溶解氧
【答案】B
【详解】奋斗者号在海里下潜的过程中,深度增大,由 可知它所受到的海水对它的压强变大,所以在设计载人潜水器时最需要考虑的是深海对潜水器的压强,故ACD不符合题意,B符合题意。
故选B。
2.为研究液体对容器侧壁的压强与液体深度的关系,小宁制作了如图所示的实验装置,伸缩支架放在水平桌面上的装置中盛有适量的水。下列说法正确的是( )
A.液体对容器侧壁会产生压强,只因为受到重力的作用
B.降低伸缩支架高度时,橡皮膜的形变程度变大
C.升高伸缩支架高度时,装置对桌面的压强不变
D.其他条件不变,只把水换成等体积盐水,橡皮膜的形变程度变小
【答案】C
【详解】A.液体对容器侧壁会产生压强,因为受到重力的作用,且液体具有流动性,故A错误;
B.由题意可知,漏斗降低,水的深度h变小,根据 可知,橡皮膜受到的压强变小,所以橡皮膜的形变程度变小,故B错误;
C.漏斗被举高到,水未溢出,则整个装置的重力不变,对水平桌面的压力不变,受力面积不变,根据 可知,该装置对桌面的压强不变,故C正确;
D.其他条件不变,只把水换成等量盐水,液体密度变大,根据 知,压强变大,则橡皮膜的形变程度变大,故D错误。
故选C。
3.为证明液体的内部存在压强,如图的实验中,对实验方案和对应目的的描述不严密的是( )
A.图甲实验证明了液体内部有压强
B.图乙实验证明了液体对容器底部有向下的压强
C.图丙实验证明了液体对容器侧壁有压强
D.对比图甲、丁(甲、丁中U形管液面高度差相同),实验证明了液体内部压强随深度的增加而增大
【答案】D
【详解】A.甲图中压强计的金属盒浸入液体,U形管液面出现高度差,说明液体内部存在压强,描述严密,故A不符合题意。
B.乙图中容器底部的橡皮膜向下凸起,说明液体对容器底部有向下的压强,描述严密,故B该不符合题意。
C.丙图中容器侧壁的橡皮膜向外凸起(或有水流出),说明液体对容器侧壁有压强,描述严密,故C不符合题意。
D.对比甲、丁实验,若U形管液面高度差相同,说明此时压强相同,但丁图中金属盒深度更大,这与 “压强随深度增加而增大” 的结论矛盾(实际应是深度越大,高度差越大),因此该描述不严密,故D符合题意。
故选D。
4.如图所示的压强计,为保证它可正常测量,提出以下检查流程:
上面流程图中①、②、③的内容分别是( )
A.①左高右低 ②左低右高 ③相平
B.①左低右高②相平③相平
C.①相平②左低右高③相平
D.①相平②左低右高③左低右高
【答案】C
【详解】根据题意可知,手按橡皮膜时,当液面稳定后,如果U形管两侧液面相平,几乎没有变化,那么压强计漏气,如果左侧液面下降,右侧液面升高,那么压强计正常;如果压强计漏气,那么可以拆下橡皮管,此时液面相平,那么压强计正常,故C符合题意,而ABD不符合题意。
故选C。
考点02 探究液体内部压强特点
1.【探究实验】探究液体内部压强的特点
(1)实验方法:转换法(通过U形管两侧液面的高度差来反映压强大小)、控制变量法
(2)实验过程
①探究液体压强与方向的关系
步骤:控制探头深度相同、液体密度相同,改变压强计探头的方向,观察压强计比较压强大小。
分析:U形管两边液面的高度差不变,即液体内部压强不变。
结论:液体内部向各个方向都有压强,同种液体在同一深度向各个方向的压强都相等。
②探究液体压强与深度的关系
步骤:控制探头方向相同、液体密度相同,增大深度,观察压强计比较压强大小。
分析:深度越深,U形管两边液面的高度差变大,即液体内部压强变大。
结论:同种液体内部压强随深度的增加而增大。
③探究液体压强与液体密度的关系
步骤:控制探头深度和方向均相同,增大液体密度,观察压强计比较压强大小。
分析:盛有盐水的U形管两边液面的高度差更大,即液体内部压强更大。
结论:液体在同一深度产生的压强大小与液体的密度有关,密度越大,液体压强越大。
2.液体内部压强特点
①液体对容器底部和容器侧壁都有压强;
②液体内部向各个方向都有压强;
③同种溶液同一深度,向各个方向的压强都相等;
④液体内部的压强只与液体密度和深度有关,与液体的质量、重力、体积以及容器的形状、底面积均无关。
⑤液体密度相同时,深度越大,压强越大;深度相同时,液体密度越大,压强越大。
3.液体压强公式
注意:h为液面下某处距离自由液面(与大气接触的液面)的竖直距离,不是液面高度。
【温馨提示】
1. 为了便于观察实验现象,可以在U形管中滴一滴红色墨水;
2. 连通器
定义:上端开口、下端连通的容器叫做连通器。
原理:连通器中装入同种液体,当液体不流动时,各容器中的液面总是相平的。
应用:茶壶、锅炉水位计、乳牛自动喂水器、船闸等。
1.如图所示,在两个完全相同的容器中,盛有质量相等的水和酒精(),下列说法正确的是( )
A.甲盛的是酒精,乙盛的是水
B.在距各自液面相同深度的A、B两点压强相等
C.甲容器比乙容器底部受到的压力小
D.甲、乙两容器底部受到的压强相等
【答案】D
【详解】A.根据 得,物体的体积 ,当质量相等时,物体的密度越大,体积越小;水的密度大于酒精的密度,液体的体积小为水,甲盛的是水,乙盛的是酒精,故A错误。
B.根据液体压强公式 得,密度越大,深度越深压强越大,故A点压强大于B点压强,故B错误。
C.甲容器和乙容器底部受到的压力大小都等于液体的重力大小,水和酒精的质量相同的,所受重力相同,所以甲容器和乙容器底部受到的压力大小相等,故C错误。
D.甲、乙两容器底部受到的压力相同,相同的容器受力面积相同,根据 得,压强相等,故D正确。
故选D。
2.将一未装满水密闭的矿泉水瓶,先正立放置在水平桌面上,再倒立放置,如图所示。瓶底的面积是30cm2,瓶盖的面积是10cm2,瓶重和厚度忽略不计(g取10N/kg,ρ水=1×103kg/m3)。以下选项正确的为( )
A.倒立放置与正立放置时矿泉水瓶对桌面的压力不相等
B.倒立放置时瓶盖受到水的压强1000Pa
C.倒立放置时瓶盖所受到水的压力为13N
D.倒立放置时矿泉水瓶对桌面的压强为3000Pa
【答案】D
【详解】A.因为物体对水平桌面的压力和自身的重力相等,所以倒立放置与正立放置时矿泉水瓶对桌面的压力相等,故A错误;
B.由图中可知,倒立放置时瓶盖受到水的压强为,故B错误;
C.由可得,倒立放置时瓶盖所受到水的压力为,故C错误;
D.由图可知,矿泉水瓶内水的体积为
由可得水的质量为
瓶重和厚度忽略不计,则倒立放置时矿泉水瓶对桌面的压力为
倒立放置时矿泉水瓶对桌面的压强为,故D正确。
故选D。
3.小敏用矿泉水瓶做实验。
(1)将两个相同的矿泉水瓶分别正放、倒放在海绵上,如图甲,验证的是压力的作用效果与__________的关系;
(2)他用力捏空矿泉水瓶,发现瓶子变瘪了,如图乙所示,说明了____________________;
(3)他在矿泉水瓶中装水,在侧壁上扎了三个小孔,观察到如图丙所示的现象,验证的是液体的压强____________________。
【答案】(1)受力面积
(2)力能使物体发生形变
(3)随深度增加而增大
【详解】(1)两瓶相同的矿泉水正放和倒放在海绵上,其对海绵的压力相同,只是受力面积的大小不同,因此该实验可验证压力的作用效果与受力面积的关系。
(2)力的作用:使物体发生形变,改变物体的运动状态。用力捏空矿泉水瓶,发现瓶子变瘪了,这说明力可以使物体发生形变。
(3)矿泉水瓶中装水,在侧壁不同高度扎了三个小孔,发现越下端的小孔水喷得越远,是为了验证液体压强与深度的关系, 深度越深,压强越大。
4.在探究液体压强与哪些因素有关时,小科提出如下猜想:
①与深度有关;②与液体密度有关;(已知:)③与容器大小有关。
(1)在使用压强计前,发现U形管中两侧液面有高度差(如图1所示),接下来的操作是 (选填字母)。
A.用注射器从U形管右侧抽取适量液体
B.拆除胶管重新安装
C.转动压强计的探头
(2)调好器材后,探究猜想①和②。比较图2中的甲和乙得出了液体压强与深度的关系;比较图乙和图丙,可得出结论:________________________________________________________________。
(3)将探头放入图3的盐水中,U形管两侧液面高度差与图丙一致。根据实验结论推测,探头的位置可能在________(选填“a”、“b”或“c”)处。
(4)为探究猜想③,在大小不同的容器中装入深度相同的水,将探头分别放入容器底,如图4,观察U形管两侧液面,得出结论。此实验设计不合理的地方是____________________________________。
【答案】(1)B
(2)深度相同时,液体密度越大,压强越大
(3)a
(4)没有控制液体深度相同
【详解】(1)调节压强计时,发现U形管中两侧液面有高度差,说明压强计的气密性不好,只需要将软管取下,再重新安装,这样U形管中两管上方的气体压强就是相等的,故选B。
(2)比较图乙和图丙,橡皮膜的深度相同,图乙中液体的密度较大,U形管中液面的高度差较大,说明液体压强较大,可以得到深度相同时,液体密度越大,压强越大。
(3)将探头放入图3的盐水中,U形管两侧液面高度差与图丙一致,即压强相同。已知,根据实验结论推测,探头的位置应该小于丙图液面的位置,即可能在a处。
(4)要探究液体压强与容器的形状关系时,需要控制液体的密度和深度相同,而图4中开始时液体的深度相同,由于容器的形状不同,放入相同的金属盒探头,液面上升的高度不同,所以最后液体的深度不同,因此实验中没有控制液体的深度相同。
5.如图所示,在质量为1kg的容器内装有5kg的水,容器底面积为 容器放在水平桌面上,桌面面积为。求:
(1)水对A点的压强;
(2)水对容器底的压力;
(3)容器对桌面的压强。
【答案】(1)6.5×103Pa
(2)100N
(3)6×103Pa
【详解】(1)A点的深度
水对A点的压强
(2)水对容器底的压强
水对容器底的压力
(3)容器对桌面的压力
容器底对桌面的压强。
固体压强与液体压强的计算方法对比
1. 固体压强的计算思路(先压力后压强)
步骤:先求压力F(通常F = G,但需根据实际情况判断)→ 再求压强p = F/S。
适用对象:固体对接触面的压强。
注意:受力面积S是两个物体实际接触的面积,不是物体的底面积。
2. 液体压强的计算思路(先压强后压力)
步骤:先求压强p = ρgh → 再求压力F = pS。
适用对象:液体对容器底、侧壁或液体内部某点的压强。
注意:液体压强只与液体密度和深度有关,与容器形状、液体重力无关。
三种容器的压力压强问题
1.压力与压强辨析
项目
直柱体
上窄下宽
上宽下窄
液体对容器底的压强p1
p 1= ρgh(与形状无关)
p1 = ρgh(与形状无关)
p1 = ρgh(与形状无关)
液体对容器底的压力F1
F1 = p1S = ρghS
F1 = p1S = ρghS
F1 = p1S = ρghS
F1与G液的关系
F1 = G液
F 1> G液
F 1< G液
原因解释
侧壁竖直,液体重力全部压在底部
侧壁向内倾斜,侧壁也对液体有向下的压力,使底部承受的压力大于液体重力
侧壁向外倾斜,部分液体重力被侧壁承担,底部承受的压力小于液体重力
容器对桌面的压力 F2
F2 = G容 + G液
F2 = G容 + G液
F2 = G容 + G液
容器对桌面的压强 p2
P2 = F2/S底
P2 = F2/S底
P2 = F2/S底
记忆口诀:
液体对底:先p后F,p = ρgh,F = pS。
容器对桌:先F后p,F = G总,p = F/S。
形状关系:直柱相等,窄宽F大,宽窄F小(上窄下宽压力大于液体重力,上宽下窄压力小于液体重力)。
角度01 压力压强的变化与比较
1.如图所示,一个装满水的矿泉水瓶,正放在水平桌面上如图甲,瓶子对桌面的压强为,水对瓶底的压强为;倒放在水平桌面上如图乙,瓶子对桌面的压强为,水对瓶盖的压强为。则下列判断正确的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【详解】根据液体压强公式,因为瓶子装满水,正放和倒放时水的深度相同,水的密度不变,所以水对瓶底的压强和水对瓶盖的压强相等,即
瓶子对桌面的压力等于瓶子和水的总重力,正放和倒放时总重力不变,所以对桌面的压力
由图可知,正放时受力面积大于倒放时受力面积,根据压强公式,在压力相等的情况下,受力面积越小,压强越大,所以,故C正确,ABD错误。
故选C。
2.如图所示,三个底面积不同的直筒形容器中分别盛有A、B、C三种液体,它们对容器底部的压强相等。现分别从三个容器内抽出相同高度的液体后,剩余液体对容器底部的压强pA、pB、pc的大小关系是( )
A.
B.
C.<<
D.
【答案】A
【详解】由图可知,三容器内所装液体的深度
因为,三容器内液体对容器底部的压强相等,所以三液体的密度
因为抽出相同深度的液体,抽取液体的压强
又因为原来它们对容器底部的压强相等,所以剩余液体对容器底部的压强
故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
3.如图是两个完全相同的圆柱形容器,分别装有甲、乙两种不同的液体,在距离容器底同一高度处分别有M、N两点。若,两容器底部受到的液体压强大小分别是、,两容器底部对桌面的压力分别是、,则( )
A.,
B.,
C.,
D.,
【答案】B
【详解】由图可知,甲液面低,即,已知,则
则
可得,可得
因两容器相同,底面积相同,则
故ACD不符合题意,B符合题意。
故选B。
角度02 三类容器压力与压强
1.如图,甲、乙、丙三个质量和底面积均相同的容器,若容器中分别装入等高度的酒精、水和硫酸(液体均不溢出,),三个容器底部都受到液体的压力( )
A.甲最大
B.乙最大
C.丙最大
D.一样大
【答案】C
【详解】由题意可知,甲、乙、丙三个容器的底面积相同,且容器中分别装入等高度的酒精、水和硫酸,因ρ酒精<ρ水<ρ硫酸,所以,由p=ρ液gh可知,三液体对容器底部的压强关系为p酒精<p水<p硫酸
由F=pS可知,三个容器底部都受到液体的压力关系为F酒精<F水<F硫酸
三个容器底部都受到液体的压力最大的是丙,故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
2.如图,一个密封的圆台形容器装满水,其在水平桌面上的放置方式由甲图变为乙图,则下列说法正确的是( )
A.容器对桌面的压强减小,压力不变
B.容器对桌面的压强增大,压力不变
C.水对容器底的压强减小,压力减小
D.水对容器底的压强不变,压力不变
【答案】B
【详解】AB.整个容器对水平桌面的压力为水和容器的重力之和,不会改变,但放置方式由甲变为乙,整个容器对水平桌面的受力面积减小,根据可知整个容器对水平桌面的压强变大,故A错误,B正确;
CD.容器装满水,无论是甲图还是乙图,水的深度不变,根据p=ρgh可知,水对容器底部的压强不变,但放置方式由甲变为乙,水对容器的受力面积减小,由F=pS可知水对容器底的压力减小,故CD错误。
故选B。
3.如图所示,两个底面积相同且质量相等的密闭容器甲和乙放置在水平桌面上,向容器中分别注入两种不同的液体。
(1)已知距容器底部等高的A、B两点所受液体的压强相等,则甲、乙容器内液体密度______;若乙容器内液体的质量大于甲容器内液体的质量,则桌面受到甲、乙容器的压强______。(均选填“大于”“等于”或“小于”)
(2)如果把乙装置倒置,如图丙所示,那么液体对容器底的压强将______,液体对容器底的压力将______。(均选填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】(1) 小于 小于
(2) 变大 变小
【详解】(1)[1]由图可知,A点的深度大于B点的深度,已知A、B两点所受液体的压强相等,根据液体压强公式,在压强相等时,深度越大,液体密度ρ越小,所以小于;
[2]因为两个容器质量相等,所以容器的重力相等,且乙容器内液体的质量大于甲容器内液体的质量,根据可知乙容器内液体的重力大于甲容器内液体的重力,那么乙容器对桌面的压力大于甲容器对桌面的压力,而两容器底面积相同,根据压强公式,在受力面积相同时,压力越大,压强越大。所以桌面受到甲容器的压强小于乙容器的压强。
(2)[1]把乙装置倒置后,液体的深度增大,根据液体压强公式,液体密度不变,深度增大,所以液体对容器底的压强将变大。
[2]正放时,容器上细下粗,液体对容器底的压力大于液体的重力;倒置后,容器上粗下细,液体对容器底的压力小于液体的重力,两种情况下液体的重力不变,所以液体对容器底的压力将变小。
1.(2023·浙江湖州·中考真题)学习小组利用压强计探究“影响液体压强大小的因素”,进行如下实验。
(1)图1是U形管压强计,为了使实验现象更加明显,金属盒上的橡皮膜选用的是________(选填“易形变”或“不易形变”)的;
(2)如图2,将压强计金属盒上的橡皮膜朝上,逐渐浸入至水中某一深度,压强计上反映的是橡皮膜________(选填“上方”、“下方”或“各个方向”)水产生的压强。压强大小用U形管左右液面高度差来反映,此处采用的科学方法是________。保持橡皮膜朝向不变,继续向下浸入,发现U形管左右液面高度差变大,说明液体内部压强随深度的增加而增大;
(3)学习小组选择图3和图4进行实验,是想探究液体压强与液体________的关系。小组其他成员指出探究还不完整,继续探究……
【答案】 易形变 上方 转换法 密度
【详解】(1)[1]橡皮膜越容易发生形变,越能反映受到液体压强的变化,所以压强计的金属盒上的橡皮膜应该选用易形变的。
(2)[2][3]如图2所示,橡皮膜的方向是向上的,液体对橡皮膜向下有压强,所以将压强计金属盒的橡皮膜朝上逐渐浸入水中某一深度处,则压强计显示的是橡皮膜上方的水对它的压强;压强计是通过U形管中液面的高度差来反映被测压强大小的。液面高度差越大,液体的压强越大,这种方法叫做转换法。
(3)[4]图3和图4探头的深度相同,液体密度不同,是想探究液体压强与液体密度的关系。
2.(2023·浙江金华·中考真题)研究小组利用压强计探究液体内部压强与液体密度的关系。
【实验器材】压强计、橡皮膜、两端开口的玻璃管、玻璃杯、圆柱形容器等。
【实验过程】小金用手指按压橡皮膜,如图所示,无论轻压还是重压,发现U形管两边液柱的高度几乎不变化。
(1)出现这种情况的原因可能是__________;
解决上述问题后,小金按下列步骤进行实验:
①将金属盒放入水中深度10厘米处观察并记录;
②将金属盒放入酒精中深度10厘米处观察并记录;
③比较两次实验U形管左右两边液面高度差;
④换用密度不同的液体,重复上述实验。
(2)该实验通过U形管左右两边液面高度差来判断液体内部压强的大小,这种科学方法是_________;
【实验结论】液体的压强与液体的密度有关,在深度相同时,液体的密度越大压强越大。
【迁移应用】小金将一支两端开口的玻璃管进行改装,用橡皮膜将其下端封住,往玻璃管内倒入一定量的酒精,观察到橡皮膜向下凸起,然后将玻璃管置于一空玻璃杯内,如图所示(固定仪器省略),再沿着玻璃杯内壁缓慢注水。
(3)当玻璃管内外液面相平时,橡皮膜的形变情况为_________(选填“向下凸起”“向上凸起”或“相平”);
【拓展提升】图是两个完全相同的圆柱形容器,分别装有甲、乙两种不同的液体,在距离容器底同一高度处分别有M、N两点。
(4)若,则两容器底部受到的液体压强大小关系是_________(选填“>”“=”或“<”)。
【答案】 装置漏气 转换法 向上凸起 >
【详解】(1)[1]若压强计的气密性不好,软管中的气体和大气相通,等于大气压强,橡皮膜受到压强时,软管内的气体压强不会发生变化,则U形管中的液面就不会出现高度差,所以出现这种情况的原因是压强计的气密性不好。
(2)[2]该实验通过U形管左右两边液面高度差来判断液体内部压强的大小,U形管左右两边液面高度差越大,说明液体压强越大,用到转换法。
(3)[3]玻璃管内倒入一定量的酒精,玻璃管外面是水,当玻璃管内外液面相平时,橡皮膜上方酒精和水的深度相同,水的密度大于酒精的密度,由p=ρgh可知水的压强较大,橡皮膜向上凸起。
(4)[4]已知pM=pN
因为hM<hN
根据p=ρgh可知两液体的密度关系ρ甲>ρ乙
又因为M、N两点到容器底的距离相等,所以从M、N两点以下的液体对容器底的压强关系pM′>pN′
而两种液体对容器底的压强p甲=pM+pM′,p乙=pN+pN′
所以两容器底部受到的压强大小关系是p甲>p乙。
⚡基础速刷
1.如图所示的甲、乙两个容器,由一细管相通,细管中间有一开关K。先把开关关上,在两容器中装不同量的水,甲中水面比乙中水面高,然后将甲容器的上口密封。打开开关K后,下列判断正确的是( )
A.甲中的水不能往乙中流,水面高度都不变
B.甲中的水能往乙中流,直到乙的水面比甲中的水面高出一些为止
C.甲中的水能往乙中流,直到两容器中的水面相平为止
D.甲中的水能往乙中流一些,但甲的水面一定比乙的高
【答案】D
【详解】A.因为甲容器底部水压大于乙容器底部水压,所以甲中的水会往乙中流,A错误。
B.乙的水面不会比甲中的水面高出一些,因为甲容器内空气压强的存在,最终甲水面会高于乙水面,B错误。
C.由于甲容器上口密封,不符合连通器条件,两容器水面不会相平,C错误。
D.甲中的水能往乙中流一些,且因为甲容器内空气压强变化,最终甲的水面一定比乙的高,D正确。
故选D。
2.如图所示,水池中水的质量分别位于甲、乙、丙三个水池的池底,则这三个位置受到水的压强大小关系为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【详解】根据液体压强的公式可知,当所处的深度越深时,受到的液体压强越大,根据图可知三个点所处的深度关系为,则受到水的压强关系为,故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
3.如图所示,水平桌面上放着底面积相等、质量相同的甲、乙两容器,分别装有体积不同的同种液体且深度相同,两容器底部对桌面的压力分别是、、两容器底部所受液体压强分别用、表示,则( )
A.,
B.,
C.,
D.,
【答案】B
【详解】两容器的质量相等,由图可知,液体的体积关系为,根据m=ρv可知,液体的质量关系为,由G=mg可得,两容器的总重力关系为,容器对水平桌面上压力等于容器的总重力,所以。甲、乙两容器,分别装有同种液体,且液体的深度相同,根据P=ρgh可知,两容器底部收到液体的压强相等,即。
故选B。
4.如图所示,公路两侧的水渠由公路下面的倾斜涵洞相连,当两渠中水面相平时,下列关于涵洞中水的流向说法正确的是( )
A.由于两渠的水面相平,所以涵洞中的水不流动
B.由于“水往低处流”,所以涵洞中的水从乙流向甲
C.由于甲侧涵洞口深,压强大,所以涵洞中的水由甲流向乙
D.不论路面哪侧积水过高,涵洞中的水流方向均不变
【答案】A
【详解】ABC.由图可知,涵洞的上端开口,下端相连通,属于连通器;根据连通器的特点可知,甲、乙两渠的水面相平,涵洞内的水不会流动,故A正确,BC错误;
D.涵洞属于连通器,所以涵洞中的水流就从积水过高的一侧流向积水过高的一侧,故D错误。
故选A。
5.小新利用压强计探究液体内部压强的特点,U形管装有一定量的水,在金属盒未浸入液体时U形管内的水面等高。用该压强计做了如图所示的甲、乙、丙三次实验(烧杯中的液体均未溢出)则下列说法不正确的是( )
A.图甲中通过观察h2判断液体内部压强的大小
B.根据乙和丙图金属盒的深度和U形管内液面的高度差可得ρ盐水<ρ液体
C.根据图丁所示的“喷泉”,可以说明:液体密度一定时,液体深度越深,液体压强越大
D.实验前在检查压强计时,发现U形管中两侧液面已有高度差,需拆除胶管重新安装
【答案】B
【详解】A.压强计是通过观察U形管两侧液面高度差反映液体压强大小,故通过观察h2判断液体内部压强的大小,故A正确;
B.由图乙、丙可知,U形管两侧液面高度差不同,探头在盐水中的深度h小,高度差大即压强大,根据p=ρgh可知,盐水密度大于液体密度,故B错误;
C.增加瓶子压入的深度,“喷泉”会喷的更高,“喷泉”喷射高度的大小表示液体内部压强的大小,由图可得结论:液体密度一定时,液体深度越深,液体压强越大,故C正确;
D.调节压强计时,只需要将软管取下,再重新安装,这样U形管中两管上方的气体压强就是相等的(都等于大气压),当橡皮膜没有受到压强时,U形管中的液面就是相平的,故D正确。
故选B。
6.如图所示,水平桌面上放有底面积和质量都相同的甲、乙两平底容器,分别装有深度相同、质量相等的不同液体。下列说法正确的是( )
①液体对容器底部的压力:F甲=F乙
②容器对桌面的压力:F甲'=F乙'
③液体对容器底部的压强:p甲>p乙
④容器对桌面的压强:p甲'<p乙'
A.①和③ B.②和③ C.①和④ D.③和④
【答案】B
【详解】①③由图可知,甲液体的体积小于乙液体的体积,两种液体的质量相等,根据可知,两种液体的密度关系为ρ甲>ρ乙,两种液体的深度相等,根据p=ρ液gh可知,液体对两容器底部的压强关系为p甲>p乙,两容器的底面相同,根据F=pS可知,液体对两容器底部的压力关系为F甲>F乙,故③正确,①错误;
②④容器对水平桌面的压力等于容器和液体的总重力,两容器的质量相同,容器内液体质量相同,根据F=G总=m总g可知,两容器的总重力相等,则两容器内对桌面的压力相等,及F'甲=F'乙,容器的底面积相等,由可知容器对桌面的压强的关系p甲'=p乙',故②正确,④错误。
故选B。
7.由于长期的河道淤塞,黄河下游的河床已被抬高。沿河农民通常采用如图所示的方式,引黄河水来灌溉农田。有关这种引水灌溉方式,下列说法中错误的是( )
A.使用时B端管口必须低于A处水面
B.这种取水灌溉方式利用了连通器原理
C.使用时先将管道中灌满水
D.高度差H越大,管道中的水流得就越快
【答案】B
【详解】A.根据虹吸原理实现的条件,使用时B端管口必须低于A处水面,故A正确;
B.图中所示的方法是利用了虹吸的原理,而不是连通器原理,故B错误;
C.使用时先将管道中灌满水,是为了排出内部的空气,使水因重力流下时内部形成真空,故C正确;
D.高度差H越大,管道中两端的压力差也越大,因此,管道中的水流得就越快,故D正确。
故选B。
8.如图所示,取一个不易形变的饮料瓶,用橡皮膜扎紧瓶口,在其侧面开一小孔,用插有玻璃管的橡皮塞塞紧,玻璃管中有一段红色液柱,将瓶内气体密封,橡皮膜受到的压力发生变化,红色液柱会移动,从而制成一个简易压强计。下列分析不正确的是( )
A.橡皮膜受到的压力相同时,玻璃管内径越粗,液柱上升越明显
B.将饮料瓶放入水中,液柱上升,表明液体内部有压强
C.饮料瓶在水中的位置越深,液柱上升越高,表明同种液体的压强随深度的增加而增大
D.将饮料瓶放入不同液体相同深度处,液柱上升高度不同,表明液体的压强与液体密度有关
【答案】A
【详解】A.根据p=ρgh,当橡皮膜受到的压力相同时,即受到的压强相同。此时,液柱的高度h只与玻璃管的横截面积有关。但实际上,由于液体是不可压缩的,且在同一水平面上,液体压强是相等的,因此液柱的高度并不会因为玻璃管内径的变化而改变,故A错误;
B.将饮料瓶放入水中,橡皮膜受到了压强,液柱上升,表明液体内部有压强,故B正确;
C.根据液体内部压强的特点,同种液体在同一深度处向各个方向的压强都相等,且深度越深,压强越大。因此,当饮料瓶在水中的位置越深时,橡皮膜受到的水的压强就越大,这个增大的压强会进一步推动玻璃管中的红色液柱上升,故C正确;
D.将饮料瓶放入不同液体相同深度处,液柱上升高度不同,说明橡皮膜所受的压强不同,而深度是相同的,故可以表明液体的压强与液体密度有关,故D正确。
故选A。
9.如图所示,均匀地向容器内注水,容器底所受水的压强与注水时间的关系如图所示,这个容器可能是( )
A.锥形瓶 B.烧杯
C.量杯 D.量筒
【答案】A
【详解】根据图象,容器底所受水的压强随注水时间逐渐增大,开始增大得慢,后来增大得快。当匀速地向某容器内注满水时,根据p=ρgh可知,容器内水面高度应该是缓慢增高,先慢后快,容器的形状是上面细、下面粗,且下面部分越往上越细。
A.A选项的锥形瓶,水面升高的高度变化是缓慢增高,先慢后快,故A符合题意
BD.BD选项的烧杯和量筒,水面升高的高度变化是均匀的,故BD不符合题意;
C.C选项的量杯,水面升高的高度变化是越来越慢,故C不符合题意。
故选A。
10.读图回答问题。
(1)如图甲所示,有两个完全相同的容器,分别盛有适量的水和浓盐水,某同学用压强计鉴别这两种液体,则图______(选填“a”或“b”)中装的是浓盐水;判断的依据是__________________________________
_________________________________________________________。
(2)如图乙所示,同种材料制成的实心圆柱体A和B放在水平地面上,高度之比hA∶hB=3∶1,底面积之比SA∶SB=1∶2,则它们对地面的压强之比pA∶pB=______。
(3)对液体内部压强大小与深度关系的进一步思考。图(丙)为一圆柱形容器底面积为S,容器内装有密度为ρ的液体,a点在深度为h处的水平横截面上,横截面上方的液柱对横截面产生的压力大小等于该液柱的重力G液=______。根据圆柱体体积公式和压强公式,推导出a点所在横截面受到的液体压强pa与深度h之间的关系式是pa=______。(用字母表示)
【答案】(1) a 深度相同时,a中U形管液面高度差较大,液体的密度越大,压强越大
(2)3∶1
(3) ρgSh ρgh
【详解】(1)[1][2]有两个完全相同的容器,分别盛有适量的水和浓盐水,某同学用压强计鉴别这两种液体,在深度相同时,液体的密度越大,液体的压强越大,U形管中的液面高度差越大,因为a中U形管中高度差更大,所以可以确定a中装的是浓盐水。
(2)因为是实心圆柱体A和B,则它们对地面的压强为
即它们对地面的压强之比等于它们的高度之比,即它们对地面的压强之比pA∶pB=3∶1。
(3)[1][2]图(丙)为一圆柱形容器,容器内装有密度为ρ的液体,a点在深度为h处的水平横截面上,高为h的液柱的重力G液=mg=ρVg=ρShg
因横截面上方的液柱对横截面产生的压力大小等于该液柱的重力,根据压强公式,a点所在横截面受到的液体压强pa与深度h之间的关系式是。
🚀能力跃升
1.如图是医院为病人输液部分装置,图中A为输液瓶,B为滴壶,C为进气管,与大气相通,则在输液过程中(瓶A中尚有液体),下列说法错误的是( )
①瓶A中液面下降,但A中上方气体的压强不变
②瓶A中上方气体的压强随液面的下降而增大
③在瓶中药液输完以前,滴壶B中的气体压强保持不变
④滴壶B中的气体压强随A中液面的下降而减小
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
【答案】C
【详解】①②瓶A中上方气体的压强为外界大气压与瓶A中的液体产生的压强差,瓶A中的液体面下降,液体产生的压强就减小,所以瓶A中上方气体的压强会增大,故①错误,②正确。
③④进气管C处的压强为大气压强,不变化,从C到滴壶B之间的液柱高度不变,所以滴壶B中的气体压强在瓶中药液输完以前是不变的,故③正确,④错误。
故选C。
2.如图所示,两个底面积相同且质量相等的密闭容器甲和乙放置在水平桌面上,向容器中分别注入两种不同的液体。(取g=10N/ kg)
(1)已知距容器底部等高的A、B两点所受液体的压强相等,则ρ甲_______ρ乙。若乙容器内液体的质量大于甲容器内液体的质量,则桌面受到甲、乙容器的压力F甲_______F乙。(以上两空均填“大于”“等于”或“小于”)
(2)如果把乙装置倒置,如图丙所示,那么整个装置对水平桌面的压强将_______,液体对容器底的压力将_______。(后两空均选填“变大”、“变小”或“不变”)
【答案】(1) 小于 小于
(2) 变大 变小
【详解】(1)[1]由图甲、乙可知,B点的深度小于A点的深度,A、B两点所受液体的压强相等,根据公式p=ρgh可知,甲的密度小于乙的密度。
[2]若乙容器内液体的质量大于甲容器内液体的质量,且容器的质量相同,由G=mg可知,甲容器的总重力小于乙容器的总重力,则桌面受到甲容器的压力小于乙容器的压力,即F甲小于F乙。
(2)[1]将其倒置后,容器和液体的总重不变,所以水平桌面受到的压力将不变,将其倒置后,受力面积变小,根据可知,水平桌面受到的压强将变大。
[2]乙为“上小下大”的台形容器,容器侧壁对液体也有压力,且液体能传递压力,则液体对容器底的压力大于该液体的重力,即F乙>G乙液;将其倒置后,为“上大下小”的台形容器,液体对容器侧壁也有压力,则液体对容器底的压力小于该液体的重力,即F丙'<G乙液,所以液体对容器底的压力将变小。
3.金华科技馆中展示了一个有趣实验,如图甲所示,最下端的小孔水平喷水距离最大;小东对喷水距离远近很感兴趣,于是进行了以下探究。
【提出问题】水最远落地点与小孔点的水平距离与哪些因素有关呢?
【查阅资料】水最远落地点与小孔点的水平距离与水流从小孔水平射出的速度和小孔离地的高度有关。
【探究实验】经过思考后,小瑞做了如图乙所示实验,其中h表示小孔在水中的深度,v表示水流从小孔水平射出的速度,H表示小孔离地的高度,s表示水流射程(小孔到落点的水平距离)。得到了如下的实验结果。
序号
小孔离地高度H/cm
小孔离水面深度h/cm
水最远落地点与小孔点的水平距离s/cm
1
2
3
平均值
1
10
10
12.3
12.2
12.5
12.3
2
15
10
15.2
15.0
15.3
15.2
3
20
10
17.5
17.6
17.3
17.5
【数据分析】
(1)图一中最下端的小孔水平喷水距离最大,说明同种液体,深度越________,液体压强越小。
(2)实验中每一组实验的数据都需要多次重复测量并取平均值,其目的是____________________________。
(3)实验中如何保障水流从小孔水平射出的速度相同?___________________________________________。
【答案】(1)小
(2)避免偶然性,减小误差
(3)控制小孔到液面的深度相同
【详解】(1)图一中最下端的小孔深度最大,水平喷水距离最大,说明同种液体,深度越深,液体压强越大,深度越小,液体压强越小。
(2)实验中每一组实验的数据都需要多次重复测量,其目的是求平均值减小误差。
(3)要保障水流从小孔水平射出的速度相同,需要保证小孔处的压强相同。根据液体压强公式,在同种液体中,可通过控制小孔到液面的深度h相同来实现。
4.小塘游泳时发现,从浅水区走向深水区时,会感到呼吸越来越困难。他认为呼吸变困难可能与液体内部的压强有关。关于影响液体内部压强的因素,他提出了如下猜想:
猜想1:可能与方向有关;
猜想2:可能与深度有关;
猜想3:可能与液体的密度有关。
为验证猜想,他利用微小压强计进行如下实验探究:
(1)实验前要检查装置的气密性如图1甲所示,小塘用手轻压探头处橡皮膜,观察到____________________,说明该装置不漏气;
(2)小塘利用微小压强计完成了如图1乙、丙、丁所示的实验操作,其中________两图的现象能解释小塘游泳时呼吸变困难的原因。根据这一现象,当把一个六面蒙有绷紧程度相同的橡皮膜的立方体置于水中时,图2中能真实反映橡皮膜受到水的压强情况的是________;(选填“A”“B”或“C”)
(3)探究猜想③时,小塘把两个探头分别放在左、右两个容器内的液体中,观察U形管两侧液面,U形管左右两侧液面的高度差为(如图3),得出结论。此实验设计不合理的地方是______________________。
【答案】(1)U形管两侧液面出现明显的高度差
(2) 乙、丙 C
(3)没有控制探头在液体中的深度相同
【详解】(1)若压强计装置不漏气,轻压橡皮膜时,橡皮膜受到压力会挤压装置内的气体,使U形管两侧液面产生明显的高度差,且液面升降灵活。
(2)[1]小塘从浅水区走向深水区,是同种液体中深度增加导致压强增大,因此需要选液体密度相同、深度不同的乙、丙两图验证。
[2]液体压强随深度增加而增大,立方体六个面的橡皮膜都受到水向内的压强,深度越大压强越大,橡皮膜向内凹陷程度越大:下表面深度更大,凹陷程度大于上表面,同一深度的左右侧面凹陷程度相同,故C符合题意。
(3)探究猜想③(压强与液体密度的关系)时,需要控制探头深度相同,只改变液体密度,由于两杯液体的液面不两只,该实验中两个探头所处深度不同,没有控制深度相同,因此实验设计不合理。
5.如图所示,是世界首款“水陆两栖”的敞篷概念车SQuba。在陆地上SQuba最高时速可达126千米/时,它还能够潜入10米深的水下,在水下的最高时速为3千米/时。SQuba车身轻巧,仅有900千克,潜入水下时,乘客利用车身携带的压缩空气装置,可以正常呼吸(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。求:
(1)SQuba受到的重力;
(2)当汽车底部位于水下10米深处时,水对汽车底部的压强;
(3)当汽车SQuba在陆地上时,每个轮子与地面的接触面积为300cm2,则SQuba对地面的压强是多少帕?
【答案】(1)9000N
(2)1×105Pa
(3)7.5×104Pa
【详解】(1)SQuba受到的重力
(2)水对汽车底部的压强
(3)汽车对地面的压力
SQuba对地面的压强。
🌟思维挑战
1.当用手按图钉帽时,图钉能大小不变地将压力传递至图钉尖,使图钉进入墙壁中,那么当液体受压时,也会有上述现象吗?小明对此作了如下猜想:液体受压时也能大小不变地传递压力。他设计了如图1所示的装置来探究。容器中利用两个活塞(自重、摩擦不计)封装着若干液体,在两边活塞上加砝码M,使两边平衡。改变砝码质量,将数据记录在表一中,S1S2分别为两个活塞的横截面积。
表一:S1=10cm2、S2=40cm2
次数
M1(kg)
F1(N)
M2(kg)
F2(N)
1
0.1
0.98
0.4
3.92
2
0.2
1.96
0.8
7.84
3
0.3
2.94
1.2
11.76
(1)从表1中的数据可知,小明的猜想是______的(选填“正确”或“错误”);
(2)联系表1中的F和S,可知密闭液体大小不变传递的是______;
(3)根据上述结论,填写表2的空格:______;
表二:S1=10cm2、S2=600cm2
次数
F1(N)
F2(N)
1
20
▲
(4)如图2,左右两人都将活塞往对方推,两人的力气差不多大,这场比赛的结果是______边(填“左”或“右”)的人将获胜。
【答案】(1)错误
(2)压强
(3)1200
(4)右
【详解】(1)根据表中数据,,;所以有,即p1=p2,两边活塞压力不相等,所以小明的猜想错误。
(2)由表1中数据可知密闭液体大小不变传递的是压强。
(3)由题知,
根据上面分析得出的压强相等的关系p1=p2可得,即
解得F2=1200N。
(4)根据,当两边压力F相等时,受力面积S越小,受到的压强p越大。比赛时,左右两人施加的压力基本相同,若右侧活塞横截面积更小,右侧受到的压强更大,因此右边的人将获胜。
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