1.灵敏运用压强公式及其变形公式 〔1〕压强:〔普遍使用) P=
〔2〕p=ρgh〔适用于液体、气体〕 〔3〕或者者特殊说明时取g=10N/kg
〔1〕力的国际单位是N,受力面积国际单位是m2,压强的国际单位是Pa。 〔2〕1Pa=1N/m2 〔3〕面积单位换算 1cm2=10—4m21mm2=10—6m2
〔4〕1atm=760mmHg=1.01×105Pa 〔1〕重力公式G=mg 〔2〕变形公式m=G/g (3)变形公式g=G/m
〔4〕详细问题中,在没有特殊说明,取g= 4.重力公式能解决的根本问题
重力公式G=mg涉及三个物理量,一个是常量,所以知道一个可以求解另一个。比方:物体的质量,可以求重力。物体的重力,可以求出质量。也可以根据本公式,结合密度公式求解物体体积等物理量。 A.对压强公式P=
的理解
〔1〕压力F的大小不一定等于重力,方向也不一定是竖直向下。压力与物体外表垂直;
〔2〕受力面积S是指物体互相挤压的面积,与物体外表积不一定相等,可以等于或者小于物体外表积,但绝对不会大于物体的外表积。
〔3〕在理解了压力和受力面积之后,运用压强公式计算时,F的单位是牛顿〔N〕,受力面积S的单位要用平方米〔m2〕,这样得到物体所受压强P的单位是帕〔Pa〕。
〔4〕在讨论压力作用效果时,应该用控制变量法来分析,即当压力F一定时,压强P与受力面积成反比;当受力面积一定时,压强P与压力成正比。假设在增大压力F的同时,减小受力面积,那么物体受到的压强是增大的;在减小压力和同时增大受力面积时,压强是减小的,对后面两点希望大家也要有清醒的认识。 〔5〕压强公式P=F/S既适用与固体,又适用与液体,也适用与气体。 B.利用液体压强公式求解问题时应重点关注的地方: 〔1〕应用的公式是P=ρgh;〔2〕
有时题中为了计算简单给出g=10N/kg〔3〕ρ是指产生压强的液体的
密度,一般给出,但对常见的液体水,其密度需记忆。ρ水=1.0×103kg/m3〔4〕h是指深度,表示从自由液面到计算压强的那点之间的竖直间隔,即深度是由上往下量的。对以上问题理解后,各量单位统一了,代入公式计算能很好地解决实际问题。 类型1:固体压强计算
【例题1】〔2021•〕如下列图,A、B两个实心正方体的密度之比ρA:ρB=9:4,质量之比mA:mB=2:3,假设按甲、乙两种不同的方式,分别将它们叠放在程度地面上,那么地面受到的压力之比和压强之比分别是〔〕
A.F甲:F乙=1:1,p甲:p乙=2:3 C.F甲:F乙=1:1,p甲:p乙=9:4 【答案】B
【解析】〔1〕根据对程度地面的压力等于重力,分析地面受到的压力之比。 假设按〔甲〕的方式,将它们叠放在程度地面上,此时对地面的压力: F甲=GA+GB,
假设按〔乙〕的方式,将它们叠放在程度地面上,此时对地面的压力:
B.F甲:F乙=1:1,p甲:p乙=4:9 D.F甲:F乙=1:3,p甲:p乙=2:3
F乙=GA+GB,
故
=1:1.........①;
〔2〕根据密度公式ρ=,由甲、乙两个实心正方体的密度之比和质量之比可求得体积之比,然后可知其
可以求解压强之比。
边长之比,从而求得面积之比,再根据叠加情景和压强公式P=根据密度公式ρ=mA:mB=2:3,
,因ρA:ρB=9:4,ρB:ρA=4:9,
故==×=×=
,
由正文体的体积公式知,故A、B边长之比为,根据正方形的面积公式,那么A、B面积之比
,
,
按甲、乙两种不同的方式,甲中受力面积与乙中受力面积之比为分别将它们叠放在程度地面上,根据p=之比是:
p甲:p乙=4:9..........②。
,在压力不变时,压强与受力面积成反比,那么地面受到的压强
类型2:液体压强计算
【例题2】〔2021〕如下列图,薄壁容器的底面积为S,重为G1,内装有密度为ρ,重为G2的某种液体,深度为h,容器放置在程度桌面上静止,那么容器底部受到的液体压强为_____,容器对桌面产生的压强为_____。 【答案】ρgh;
G1G2 S【解析】〔1〕根据液体压强公式得出底部受到的液体压强。
由题知,液体的密度为ρ,深度为h,那么容器底部受到液体的压强:p=ρgh; 〔2〕由于桌面受到的压力与容器的总重力相等,那么利用P=容器对桌面压力FG1G2
即可求出压强。
容器对桌面压强PFG1G2 SS类型3:涉及大气压的有关计算
【例题3】〔2021•〕你站在地球外表,大气对你正面的压力大约是〔〕 A.60N
B.600N C.6000N D.60000N
【答案】D
2
,利用压强公式p=,
求大气对人正面的压力。
2
根据p=
52
可得大气对人体正面的压力大约:
F=pS=10=60000N。 一、选择题
1.〔2021〕如下列图,甲、乙两个底面积不同的圆柱形容器中分别盛有两种不同的液体A、B,液体对两个容器底的压强相等。现将两个质量相等的物体分别放入两个容器中,静止时个漂浮、一个悬浮〔液体均无溢出,那么液体密度ρA、ρB和液体对容器底部的压强p甲、p乙的大小关系正确的选项是〔〕 A.ρA<ρBp甲<p乙B.ρA>ρBp甲>p乙 C.ρA>ρBp甲<p乙D.ρA<ρBp甲>p乙 【答案】C
【解析】〔1〕由图知:hA<hB,两种液体对容器底的压强相等,那么根据p=ρgh可知,ρA>ρB;故AD错误;〔2〕因为原来两容器中液体产生的压强相等,均匀柱形容器,那么FA=GA=pSA;FB=GB=pSB; 又因为SA>SB,可得GA>GB,
由将两个质量相等的物体分别放入两个容器中,静止时一个漂浮,另一个悬浮〔液体均无溢出〕,由于两物体重力相等都为G, 那么由p甲=p+
;p乙=p+
,
所以,p甲<p乙;故B错误,C正确。
2.〔2021〕如下列图,实心长方体A和B放在程度地面上,高度之比hA︰hB=2︰1,底面积之比SA︰SB=2︰3,它们对地面的压强相等,那么它们的密度之比ρA:ρB和它们对地面的压力之比FA︰FB分别为〔〕 :ρB=1:2FA︰FBA:ρB=2:1FA︰FB=2︰3 :ρB=2:1FA︰FBA:ρB=1:2FA︰FB=2︰3
A
A
【答案】D
【解析】根据压强公式P=F/S知道PA=FA/SA,PB=FB/SB 由题意PA=PB可得FA/SA=FB/SB 所以FA:FB=SA:SB=2︰3
对于物体A,FA=GA=mAg=ρAVAg=ρASAhAg 对于物体B,FB=GB=mBg=ρBVBg=ρBSBhBg ρASAhAg:ρBSBhBg=2︰3
ρA:ρB=2SBhBg︰3SAhAg=2SBhBg/3SAhAg=(2/3)×(SB/SA)×(hB/hA) =(2/3)×(3/2)×(1/2)=1:2 所以ρA:ρB=1:2 所以选项D正确。 二、填空题
3.〔2021•〕如下列图,将一薄木尺的
2
长度用多层报纸严密地覆盖在程度桌面上〔桌面与报纸之间几乎没
有空气〕,报纸的上外表.那么大气对报纸上外表的压力为N;在木尺右端快速施加竖直向下的力F,要将报纸掀开,那么力F至少为N〔假设报纸不破损,报纸对木尺的压力全部作用在木尺最左端,大气压取1.0×10Pa,报纸和薄木尺的重力忽略不计〕。 【答案】21000N;7000N。
5
【解析】〔1〕根据p=
52
得:
F=pS=1.0×10=21000N;
〔2〕设薄木尺长度为L,那么图中动力臂l1=Fl1=F2l2,
=
,
;
,阻力臂l2=
,F2=21000N,
=21000N×
解得: F=7000N。
4.〔2021•〕在杂技表演中,总重为600N的人站立在六个鸡蛋上,鸡蛋放在泡沫板的凹槽内,如下列图,泡沫板的凹槽增大了鸡蛋的,从而减小压强来保护鸡蛋。假设脚与鸡蛋的总接触面积约为×10m,此时脚对鸡蛋的压强为Pa。 【答案】受力面积;5×10。
5
﹣3
2
【解析】〔1〕人对鸡蛋的压力是一定的,等于其自身重力,鸡蛋放在泡沫板的凹槽内,泡沫板的凹槽增大了鸡蛋的受力面积,根据p=
可知,减小了对鸡蛋的压强。
〔2〕人对鸡蛋的压力F=G=600N, 脚对鸡蛋的压强:p=
=
=5×10Pa。
5
5.〔2021•〕一共享单车为人们的绿色出行带来便利,车把上凹凸不平的花纹是通过 增大摩擦的。小明骑着单车到公园玩耍,10min沿程度路面行驶了3km,他骑车的平均速
度是m/s。假设小明和单车的总质量是80kg,每个车轮与程度地面的接触面积是25cm,骑行过程中单车对地面的压强是Pa.〔g取10N/kg〕
【答案】增大接触面的粗糙程度;5;1.6×10。
5
2
【解析】〔1〕车把上凹凸不平的花纹是通过增大接触面的粗糙程度增大摩擦的。 〔2〕小明骑车的平均速度:v=
=
=5m/s;、
〔3〕骑行过程中单车对地面的压力:F=G=mg=80kg×10N/kg=800N, 单车与地面的接触面积:S=2×25×10m=5×10m,
﹣4
2
﹣32
骑行过程中单车对地面的压强:p==
=1.6×10Pa。
5
6.〔2021•〕质量为100g底面积为20cm的薄壁容器中盛有500g水,将容器放置在程度地面上,如下列图,容器内水深h为20cm,那么水对容器底部的压强为Pa,容器底部对地面的压强为Pa〔ρ水=1.0×10kg/m,g取10N/kg〕 【答案】2000;3000。
【解析】〔1〕水对容器底部的压强:
p=ρgh=1.0×10kg/m×10N/kg×0.2m=2000Pa;
3
3
3
3
2
〔2〕容器底部对地面的压力: F=G总=〔m水+m容〕g=〔〕×10N/kg=6N, 容器底部对地面的压强: p′=
=
=3000Pa。
7.〔2021•〕三峡船闸实现了上下游船只的通航,如下列图。船闸是根据原理工作的。当闸室内的水深为36米时,水对闸室底部产生的压强为Pa.〔g=10N/kg,ρ水=1.0×10kg/m〕
3
3
【答案】连通器;×10。
5
【解析】〔1〕几个底部互相连通的容器,注入同一种液体,在液体不流动时连通器内各容器的液面总是保持在同一程度面上,这就是连通器的原理。 〔2〕根据p=ρgh计算水对闸室底部产生的压强。
船闸的上游阀门翻开时,上游和闸室构成连通器,下游阀门翻开时,下游和闸室构成连通器,所以船闸是根据连通器原理工作的。
水对闸室底部产生的压强:p=ρgh=1.0×10kg/m×10N/kg×36m=×10Pa。
3
3
5
8.〔2021•〕如下列图,同种材料制成的实心圆柱体A和B放在程度地面上,高度之比为hA:hB=2:1,底面积之比SA:SB=1:2,它们对地面的压力和压强分别是FA、FB和pA、pB,那么FA、FB=,pA、pB=。 【答案】1:1;2:1。
【解析】同种材料制成的两个实心圆柱体,其密度一样都为ρ, 那么圆柱体对程度地面的压强: p=
=
=
=
=
=ρgh,
实心圆柱体A和B对程度地面的压强分别为: pA=ρghA,pB=ρghB,
所以,===
;
对程度地面的压力之比:==×=×
=1:1。
9.〔2021〕如图,容器中装有深度为10cm,质量为60g的水,容器的质量为30g,底面积为5cm,容器底部受到水的压强为Pa,容器对程度桌面的压强是Pa.〔ρ水=1×10kg/m,g=10N/kg〕
3
3
2
【答案】1000;1800。
【解析】〔1〕水的深度h=10cm=0.1m, 容器底部受到水的压强:
p=ρgh=1.0×10kg/m×10N/kg×0.1m=1000Pa;
3
3
〔2〕质量为60g的水,容器的质量为30g,总质量为: m=60g+30g=90g, 重力为:G=mg=90×10
﹣3
程度桌面受到容器的压力: F=G=0.9N,
容器对桌面的压强: P=1800Pa。
10.〔2021〕2,瓶内圆柱形空间的高度为0.25m,瓶内有水,水深0.20m,瓶壁薄〔厚度不计〕,瓶嘴小,只容乌鸦嘴伸入,且瓶嘴深与乌鸦嘴长相等,瓶放在程度地面上,如下列图.空玻璃瓶重12N,那么玻璃瓶底对地面的压强是_______Pa.为了喝到瓶中水,乌鸦用嘴将周围的小石子夹入瓶中.假设每颗石子的质量都是43g,乌鸦至少向瓶中夹入______颗石子才能让它自己的嘴接触到瓶中水〔假设石子全部浸入水中〕.〔取g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3,ρ石子=×103kg/m3〕 【答案】2600;59.
【解析】根据题意求出瓶子内水的体积,根据ρ=m/v求出瓶子内水的质量,根据G=mg求出水的重力,玻璃瓶底对地面的压力等于水和瓶子的重力之和,根据p=F/S求出玻璃瓶底对地面的压强;乌鸦的嘴接触到瓶中水时,根据V=S〔h瓶﹣h水〕求出石子的体积,根据m=ρV求出所加石子的质量,然后除以每颗石子的质量,然后得出答案. 〔1〕瓶子内水的体积: V水=Sh水23,
由ρ=m/v可得,瓶子内水的质量: m水=ρ水V水=1.0×103kg/m33=4kg, 水的重力:
G水=m水g=4kg×10N/kg=40N, 玻璃瓶底对地面的压力: F=G水+G瓶=40N+12N=52N, 玻璃瓶底对地面的压强: p=F/S=52N/0.02m2=2600Pa;
〔2〕乌鸦的嘴接触到瓶中水时,石子的体积: V石子=S〔h瓶﹣h水〕2×〔〕3, 所加石子的质量:
m石子=ρ石子V石子=×103kg/m33=kg, 那么需要石子的个数: n=kg/43g≈5,即59个. 三、综合计算题
11.〔2021•〕现有一个用超薄材料制成的圆柱形容器,它的下端封闭,上端开口,底面积S=200cm,高度h=20cm,如图甲所示;另有一个实心匀质圆柱体,密度ρ=0.8×10kg/m,底面积S1=120cm,高度与容器高一样,如图乙所示。〔ρ水=1.0×10kg/m,g=10N/kg〕。
3
3
3
3
2
2
〔1〕将圆柱体竖直放在圆柱形容器内,求圆柱体对容器底部的压强是多少?
〔2〕向容器内缓缓注水直至圆柱体对容器底部的压力刚好为零,求此时水对容器底部的压强和所注的水重各是多少?
【答案】〔1〕圆柱体对容器底部的压强是1600Pa;
〔2〕向容器内缓缓注水直至圆柱体对容器底部的压力刚好为零,此时水对容器底部的压强和所注的水重各是1600Pa、1N。
【解析】〔1〕利用F=G=mg=ρgV求圆柱体对容器底部的压力,再利用p=柱体对容器底部的压力:
F=G柱=m柱g=ρgV柱=ρgS1h=0.8×10kg/m×10N/kg×120×10m×20×10m=1N;
3
3
﹣4
2
﹣2
求圆柱体对容器底部的压强;圆
圆柱体对容器底部的压强: p=
=
=1600Pa;
〔2〕向容器内缓缓注水直至圆柱体对容器底部的压力刚好为零,圆柱体刚好处于漂浮状态,F浮=G,利用F
浮
=ρ水gV排=ρ水gSh水求水的深度,再利用p=ρgh求容器底部产生的压强;
利用G水=m水g=ρ水gV水=ρ水g〔S﹣S1〕h求所注水的重力
向容器内缓缓注水直至圆柱体对容器底部的压力刚好为零,圆柱体刚好处于漂浮状态,那么: F浮=G柱=1N,
由F浮=ρ水gV排=ρ水gS1h水得水的深度:
h水==
=0.16m,
此时水对容器底部产生的压强:
p=ρ水gh水=1×10kg/m×10N/kg×0.16m=1600Pa;
3
3
所注水的体积:
V水=〔S﹣S1〕h水=〔200×10m﹣120×10m〕×0.16m=8×10m,
﹣42
﹣42
﹣33
所注水的重力:
G水=m水g=ρ水gV水=1×10kg/m×10N/kg×8×10m=1N。
3
3
﹣33
12.〔2021•〕电动汽车是正在大力推广的新型交通工具,它具有节能、环保的特点,如图,是一辆停放在程度地面上的电动汽车,质量为1.6×10kg,每个轮胎和地面的接触面积为2×10m,g取10N/kg,求:
3
﹣2
2
〔1〕车对地面的压力; 〔2〕车对地面的压强。
【答案】〔1〕车对地面的压力为1.6×10N;
4
〔2〕车对地面的压强为2×10Pa。
5
【解析】〔1〕车对地面的压力: F=G=mg=1.6×10kg×10N/kg=1.6×10N;
3
4
〔2〕车对地面的压强:
p==
=2×10Pa。
5
13.〔2021•〕2021年12月24日,我国自主研发的全球最大水陆两栖飞机AG600首飞成功,可为“海上丝绸之路〞航行平安提供最快速有效的支援与平安保障。它的最大飞行速度为560km/h,最大航程为4500km,巡航速度〔经济、节油的飞行速度〕为500km/h。某次起飞前,飞机静止在程度〔ρ水=1.0×10kg/m,g=10N/kg〕。求:
〔1〕飞机静止在跑道上时对跑道的压强是多少?
〔2〕起飞后,飞机在空中直线飞行1400km,所需要的最短时间是是多少?
〔3〕飞机到达目的地降落后,漂浮在水面上,排开水的质量为46t,此时飞机受到的重力是多少?舱底某处距水面m,水对该处产生的压强是多少?
【答案】〔1〕飞机静止在跑道上时对跑道的压强是×10Pa;
5
2
3
3
〔2〕起飞后,飞机在空中直线飞行1400km,所需要的最短时间是是h; 〔3〕飞机受到的重力是×10N;水对舱底产生的压强是×10Pa。
5
4
【解析】〔1〕飞机在程度地面上,对地面的压力F=G=mg,然后根据p=飞机静止在跑道上,对跑道的压力为: F=G=mg=51×10kg×10N/kg=×10N;
3
5
计算飞机对跑道的压强。
那么飞机对跑道的压强为:
p==
=×10Pa;
5
〔2〕确定飞机飞行的最大速度,根据公式t=飞机的最大飞行速度为560km/h, 由v=t=
=
得,飞机所需的最短时间是为:
=h;
可得飞机所需的最短时间是。
〔3〕根据F浮=G及F浮=G排可得飞机的重力;根据p=ρgh可得水对舱底的压强。 飞机到达目的地降落后,漂浮在水面上,由漂浮条件可得F浮=G飞机, 由阿基米德原理可得,飞机受到的浮力为:F浮=G排, 所以,可得此时飞机的重力为:
G飞机=G排=m排g=46×10kg×10N/kg=×10N;
3
5
水对舱底的压强为:
p=ρ水gh=1.0×10kg/m×10N/kg×m=×10Pa
3
3
4
14.〔2021•〕有一圆柱形容器,放在程度〔如下列图〕.g取10N/kg.求: 〔1〕物体密度。
〔2〕物体对容器底的压强。
〔3〕向容器中参加水至8cm深时,水对容器底的压强多大?物体受到容器的支持力多大?〔容器足够高,物体与容器底没有严密接触〕 【答案】〔1〕物体密度为×10kg/m;
3
3
〔2〕物体对容器底的压强为×10Pa;
3
〔3〕向容器中参加水至8cm深时,水对容器底的压强为800Pa,物体受到容器的支持力为19N。 【解析】〔1〕知道正方体的棱长可求其体积,又知道金属块的质量,根据ρ=积:
V=L=〔10cm〕=1000cm=1×10m,
3
3
3
﹣33
求出物体密度。物体的体
物体的密度: ρ=
=
=×10kg/m;
3
3
〔2〕物体对容器底的压力和自身的重力相等,根据F=G=mg求出其大小,容器的底面积即为受力面积,根据p=
求出物体对容器底的压强。
物体对容器底的压力: F=G=mg=kg×10N/kg=27N, 受力面积:
S=L=〔10cm〕=100cm=1×10m,
2
2
2
﹣22
物体对容器底的压强: p=
=
=×10Pa;
3
〔3〕根据p=ρgh求出水对容器底的压强,根据V=Sh求出物体排开水的体积,再根据阿基米德原理求出物体受到的浮力,物体的重力减去受到的浮力即为物体受到容器的支持力。 水对容器底的压强:
p′=ρ水gh=1.0×10kg/m×10N/kg×0.08m=800Pa,
3
3
物体排开水的体积:
V排=Sh=1×10m×0.08m=8×10m,
﹣22
﹣43
物体受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×10kg/m×10N/kg×8×10m=8N,
3
3
﹣4
3
物体受到容器的支持力: F支=G﹣F浮=27N﹣8N=19N。
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