初中物理竞赛讲座9：压强 液体的压强 大气压强

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1、簟 九讲压强液体的压 强 大气 压銎 吴俊李根发 【 考点导析】 1 理解压力 ( 1 ) 压力 的产生及压力存 在的判断 ： 压力产 生 的条件是 两个物体 互 相接 触并 互相 挤压 这 也是判断压力 是否存 在 的依 据 ， 如 果两 个物体 只是互 相 接 触 ， 而没 有 互相 挤 压 ， 则它 们 之 间 不存 在压力 ( 2 ) 压 力 的 方 向 ： 总 是 垂 直 于 物体 的接 触 面 ， 指 向受 压力 作用 的物体 ( 3 ) 压力和重力 的关 系 ： 压力 和重力是两种 完全 不 同 的力 压 力 并 不都 是 由重力 产 生 的 ， 压力 的大小不一定 等 于物 体

2、 的重力 ， 方 向也 不 一定 与重力方 向相 同 只是在 某种 特定 的情 况 下 ， 如 物 体静 止 在 水平 面上 ， 水 平 面受 到 的 压 力大小 与物体的重力相等 ， 二者方 向相 同 2 理 解 压 强 ( 1 ) 压 强不是压力 压强是用来表示 压力 作 用效果的 ， 这个作 用效 果 由压力 大小 和受 力 面 积大小两个 因素来共 同决定 ， 单 位 面积上 受 到 的压力大 ， 压力 的作用 就集 中 ， 效 果强 ， 我 们就 说压强 大 ， 反之 ， 压力 作 用 就 分 散 ， 效 果 弱 ， 压 强小 ( 2 ) 压强 的计 算公 式 P=F S是 一个 通

3、用 公式 ， 可以用 来计算 固体 、 液体和气体 的压强 ( 3 ) 由公式 P=F S可知 ， 改 变压强的方法 有 ： 增大 F， 减小 5， 可增 大 P； 减小 F， 增大 5， 可减小 P 并可 由此 来解 释 一些 与 压强有 关 的 生产 、 生活 中的实际问题 3 研究 液体 压强的特点 、 理解其计算公式 ( 1 ) 液体 压强 的特点 是用 压 强计 研究 液 体 压强后 得 到 的 注 意研 究 的 方法 ： 保 持 同一 种 液体 、 同一深度 不 变 ， 改变 方 向 ， 比较液体 向各 个方 向 的压 强 ； 保 持 同一 种 液体 不 变 ， 改 变 深 度 ，

4、 比较 各个 深 度 的液 体压 强 ； 保 持 同一 深度 不 变 ， 改 变 液体 密 度 ， 比较 不 同密 度 的 液体 压 强 ； 最后 归纳 出结 论 这 种研 究 受 多个 因素 影 响的事物 与 各 个 因 素的 关 系 的 方法 ， 叫 “ 控 制 变量法 ” ， 是物理学研究 问题 的一种 基本方法 ( 2 ) 液体压 强计 算公式 P=p g h说 明 ， 液体 的压强仅 与 液体 的密 度 和 深度 这 两 个 因素有 关 ， 跟液 体 的 体 积 、 质 量 、 重 力 以及 容 器 的 形 状 、 液体 内所取 面积 的 大小 等 因素无 关 因而 容器底部受 到

5、的 压力 F=p S=p g h S不 一定 等 于容 器 内液体 的重力 公式 P=mh中的深度 是指从 液面到所 研 究的那 点的垂直距 离 ， 而 不是 从该 点 到容器 底 或 到封 闭的容器上盖 面的距 离 4 大气压 强与液 体压强 的异 同 相 同点 ： 都 是 由于受 重 力 的作 用 而 产 生 空气和液体都具 有 流动性 ， 因而其 内部 向各个 方 向都有压 强 不 同点 ： 大气层 不 同高度 处 空 气的密 度不 同 ， 因此 不能用 液 体 压强 公式 P=p g h来计 算 大气压强 5 马德堡半球实验原 理 大气 中各处 都有 大气 压 ， 且相 邻 各处 大气

6、 压相 等 ， 互 相平 衡 如果 排 除一 部 分 空 间 的空 气 ， 使 这 一 部 分 空 间 的 大 气 压 作 用 失 去 或 减 小 ， 则 其 余 空 间的 大气 压 就 可显 示 出来 马 德 堡半球 实验 ， 以及 课本 上 图 1 1 3 、 图 1 14实 验都是 根据这个原 理 来显 示大 气 的存在 的 这 个原理不 可用来解释一些有关 大气压 的现象 6 托里拆利 实验原理 大 气压 强支持 着倒 立 的 、 上 端 封闭 下端 开 口的玻璃 管内一 定 高度 的水 银柱 ， 大气压 强 就 等于这个 高度 的水银产 生的压强 P=p , f l g h= 1 O

7、1 1 0 5 P a 测量大气 压强 的任 务就转 化成 计 算一定高度 的水 银 柱 产 生 的压 强 ， 这 种 “ 等量 25 初中物理辅导网h t t p :/w w w .w u l i f u d a o .c n /京翰教育中心h t t p :/w w w .z g j h j y .c o m /竞 赛直通 车 替换” 的方法是物理实验常用的方法 注意 ： ( 1 ) 水银 柱 的高 度 h和水 银 柱 的 长 度 z 是 有区别 的 ， 只 有在玻 璃管 竖直 放置 时 ， h = ； 当玻 璃管倾 斜放置 时 ， h， 但 这时仍有 h =7 6 0 m m ( 2 )

8、 玻 璃 管 内水 银 柱 上方 漏 进 空气 时， 管外 大气压能支持的水银柱高度降低 ， 测 出的大气压偏 小 ( 3 ) 从 P= 可知 ， 当 lD一 定时 ， h不因玻 璃管 口径 的大小 、 水银 槽 内水银 面的高度而变化 7 大气 压随高度 的变化 离地 面越 高 ， 大 气 压 强 越 小 一 定 的 高度 总和一 定 的大 气压 强值 相对 应 因此 ， 只要 测 出某 处 大气 压 强值 ， 就 可查 出该处 高度 这 也 是高度计的原理 8 大气压对沸点 的影 响及应 用 一切液体 的沸 点 ， 都 是 气 压 减 小 时 降 低 ， 气压增 大时升 高 所 以 ， 生

9、 产上 、 生活 中可以通 过改变 液面上 的气压来调控液 体的最 高温度 【 赛题选讲】 示， 指 示， 两手指用力抵住铅 f 一 笔 ， 使 它 保 持 静 止 ， 下 图9 - 列说法 中正确 的是 ( ) A 两手指受 到的压 力相 同 ， 左边 手指受 到 的压 强较大 B 两手指受到 的压强 相 同 ， 左 边 手指 受到 的压 力较大 C 两手指受到 的压力 相 同 ， 右 边手 指受 到 的压 强较大 D 两手 指受到 的压强相 同 ， 右边 手指受 到 的压 力较大 思路点拨 因铅笔 保持 静止 ， 所 以水平 合 力为 0 ， 即两 手指受到的压 力相 同 ， 但 右边手

10、指 接触面积小 ， 压强较大 解选项 C正确 拓 展 如 图 9 2 所 示 的 四种 动 物器官 中 ，具 有 增 大 压 强 功 能 的 是 ( 答案 ： B) 例3 圆柱 体 狗 头 A 啄 木 鸟 B 鸭足 C 图 92 牛 蹄 D 、 高度 相等 ， 底 面积之 比为 4 ： 1 ， 把它们竖 直 放在水平地 面上 ， 它 们对 地 的压强 之 比为 1 ： 2 ， 若把圆柱体 叠放在 圆柱体 上 时 ， 圆柱体 对地的压强增 大为原来 的 ( ) A 2倍 B 3倍 C 4倍D 6倍 思路 点拨 单独 竖 直放 在 水 平 地 面 上 对地的压强 p z = 两物竖直放在水平 地面

11、上时压强 之 比 P l ： ： = ， 得 到 ： = 2 ： 1 ， 把 圆柱体 叠放在 圆柱体 B上时 ， B对地 的 压 强 p ： = 壹 ，解 得 鲁 = 3 ： 1 解选项 B正确 例 3 有一 质量 为 m， 半径 为 r ， 体积 为 l ，的半 球 放 在 盛 有密 度 为 p 的 液 体 的容 器 底 部 ( 如 图 9 3 ) ， 它 与容 器底 部 紧密接 触 ( 即 半球 表 面 与容 器 底 面 间 无液 体 ) 若液体 深度为 日， 问 半球对容 器底 部 压力 是 多 大? 思路点拨 由题 中“ 它 与容 器底 部 紧密接 触” 知半球 未 受 到 液 体 浮

12、 力 所 以此 时半 球 对 底部 的压 力 大小 等 于半球 的重 力 G与液体 对 半球 向下的压力之 和 ， 但 要直 接求 出液体对 半 球 的压 力 ， 显 然 知识 超 出 了 中学 范 围 所 以我 们采用假设 法 ， 假 设 半球底 部 与容 器底部 没有 初中物理辅导网h t t p :/w w w .w u l i f u d a o .c n /京翰教育中心h t t p :/w w w .z g j h j y .c o m /紧密接 触 ， 半 球所 受 水 对它 的浮力 F 浑=p g V， 而浮力 产 生 的 原 因 是 上 下 压 力 差 ， 即 F 浮 = F

13、 向 上一F 向 下， 浮力大小根据 阿基 米德定 律 ， 液 体对半球 向上 的 压力 为 F 向 上=p S=p g H r ， 从而求 出液体对半球 向下 的压力 解 F浮=F 向 上一F 向 下 即 p g V=p g Hr e r 一F 向下 所 以 F向 下：F 向下：P g( 7 c r 一 V ) 故在图 93中半球 对容 器 的压力 为 F= F向下 +r a g P g( 7 c r 一 V)+r a g 例 4如图 94所示 的 容 器 中盛 有 一定 质 量 的水 ， 若 将 它倒 置 ， 则水 对 容器 底 部 的压力 和压强变化情 况是 ( ) A 压力减 小 ，

14、压强增 大 B 压力增大 ， 压强减小 C 压 力和压强都增大 D压力 和压强都减小 思路点 拨 由容器 的形 状 知 水 对 底 面 的 压 力小 于水 的重 力 ， 将 容器 倒 置 后 ， 水 对 容器 底面的压力增 大 ， 同时 水面 降低 ， 故 由 P= 知水对底 面的压强减少 解选项 B正确 拓展一容器 的底 面积 为 5 0 0厘 米 ， 倒入 1 5 0牛 的水 后 ， 水位深 2 0厘 米 求 ( 1 ) 容器 底 面 受到 的压力 和压 强 ； ( 2 ) 想一 想 ， 该容 器 大致 是 什 么形状 的?理 由是什么 ? 例 5 在 水 平 的 桌 面上 置 有一 长

15、方形 容 器 ， 容器 的底 面 是边 长 为 。的正方 形 ， 容 器 高 为 b 当此容器 注满水时 ， 容器 的一个 侧壁所受 的水产生 的压 力 与底 面 所 受 的水 产 生 的压力 大小相等 ， 则 。： b=? 思路点拨 由液 体压强 公式 P= 可知 水在不 同深度产 生 的压 强不 等 ， 即侧 壁上 不 同 深度处受到水 的压强 是 不 同的 ， 但 压强 随着深 度均匀增加 ， 故 可取这 一深 度 的 中点 处 水产生 的压 强为侧壁受 到的平 均压 强 ， 而压 力 为压强 与受力面积 的乘积 解容 器 的侧 壁 所 受 的 水 产 生 的压 力 为 F 侧 = _ 5 侧 = 吉 P g 6 = 吉 P g 容器底 面 所 受 的水 产 生 的 压 力 为 F底 = p底 5底 = p gb 0 据题意 F侧=F 底， 联立求解得 0： b=1 ： 2 例 6 如 图 9 5所示 ， 杯 中盛 有 密度为 |0的均 匀 的 混 合 液 体 ， 经 过 一 段 时 间变 为密 度 分 别 是 l0 1 和 l0 2 ( 10 1 S 1 ， 所 以 ( 1 0 2 一l0 ) h 2 = ( P - P 1 ) h i 且 口l0 ( h 1 +h 2 )l0 1