液体内部压强专题讲义
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一、液体内部的压强
液体对容器底和侧壁都有压强。
1. 液体压强
(1)产生的原因
液体压强的产生原因是由于液体受到重力作用和液体具有流动性。
(2)关于液体内部压强的测定,
我们是通过微小压强计来探究的。微小压强计的原理
是:当金属盒上的橡皮膜受到压强时,U形管两边的
液面出现高度差;压强越大,
液面的高度差也越大,如图所示。
(3)液体内部压强的规律
液体对容器底和侧壁都有压强,液体内部向各个方向都有压强;
液体的压强随深度增加而增大;
在同一深度,液体向各个方向的压强相等;
不同液体的压强还跟密度有关系.在同一深度,液体的密度越大,压强越大。
2.
液体压强公式及其正确的理解和运用:
①公式中各物理量的单位要统一用国际主单位。密度
的单位用千克米
3
,深度
h
的
单位用米,g为9.8牛千克
,计算出来压强
p
的单位是帕。
理解公式p=
gh的物理意义:
公式中的压强是液体由于自身重力产生的压强,它
不包括液体受到的外加压强。从公式可知,液体内部的
压强只跟液体的密度、
深度有关,而跟液体的体积、液体的总质量无关。
②公式p
=
gh中的“h”表示深度,不能理解为高度.h是指从液面到所求压强处之
间的竖
直距离.
深度h,是指液体中被研究的点到自由液面的竖直距离。如图所示,三个图中A点的
深度都是4厘米,要清楚液体的自由液面究竟在什么地方;而A点的高度是6厘米,
要清楚高度不是深度
;还要注意容器倾斜时的深度问题。
p
液
液
gh
深
③注意公式的适用范围:公式只适用于计算静止液体的压强,不适用于计算固体的压
强,
尽管有时固体的压强恰好等于
gh.例如,将一密度均匀、高为h的圆柱形金属锭竖
G
gSh
直放在水平地面上,地面受到的压强p=
S
=
S
=
gh,但这只是一种特殊情况,绝
不能由此认为固体由于自身重力而产生
的对支持面的压强都可以用p=
gh来计算.可
是,对于液体来讲,无论液体的形状
如何,盛放液体的容器如何,都可以用p=
gh来计
算液体在某一深度的压强。
④液体的压强与液体的重力、体积、面积、容器的形状等其他因素没关系。如图所
示
,各容器中装有同种液体,且深度相同,虽然容器的形状不同,装有液体的体积、重力
均不相同,容器底
面积也不相同,但液体对容器底的压强都是一样的。
3.
公式
p
gh
和
p
F
S
的关系:
F
p=
S
是压强的定义式,具有普遍适用性,即既适用于固体也适用
于液体.我们在推导
液体内部压强的计算公式时,也使用了这个公式。
公式
p
gh
是结合液体的具体情况,利用
用于静止液体压强的计算。
有的同学会问:既然
p
F
S
推导出来的,一般情况下,它
只适
p
F
S
也适用于液体,何必再推导其他公式呢?实际上,我们一般F
S
计算液体的压强,是因为液体对某个受力面的压力不能计算和测量,而且压力不用也可能不等于重力。而
p
gh
中
h
是便于测量的,
计算液体压强很方便。
p
【典型例题】
例1. 如图,指出各图中<
br>A
、
B
、
C
、
D
四个点的深度。
分析与解答:只有正确找出液体中某点的深度,才能正确地计算出压强。
答案:
h
A
=(50—20)
cm
=30
cm
h
B
=40
cm
h
C
=(50—20)
cm
=30
cm
h
D
=50
cm
例2. 如图所示,容器中装有水,A点的压强和容器底部C点的压强分别是多少?
分析与解答:A点的深度与B点的深度相同,所以A点的压强和B点的压强相等,
同
样C点的压强与D点的压强相等。
33
解:
p
A
=
gh
A
=
1.0×10kgm×9.8Nkg×0.2m=1
960 Pa
p
C
=
gh
C
=
1.0
×10
3
kgm
3
×9.8Nkg×0.9m=8820 Pa
<
br>答:
A
点的压强和容器底部C点的压强分别是1960帕、
8820帕
例3. 一个潜水艇潜入海面以下150米深处时,潜水艇上一面积为2米
2
的舱盖上所受到海
水的压强和压力各是 多大? 如果这个潜水艇再下潜
50米,舱盖上所受到海水的压力变为
多大?
分析与解答:先根据公式p=
gh计算出海面以下150米深处的压强,
F
33
然后再根据p=
S
变形求得压力F=pS。解:
p
1
=
gh
1
=
1.0×10kgm×9.8Nkg×
150m=1.47×10
6
Pa
∴F
1
=p
1
S=147×10
4
Pa×2m
2
=2.94×10
6<
br>N
同理求得:
答:潜水艇潜入海面以下150米深处时所受到海水的压强是147×
10
4
帕;压力是294
×10
4
牛。
如果这个潜水艇再下潜 50米,舱盖上所受到海水的压力变为392×10
4
牛。
p
2
=
gh
2
=
1.0×10
3
kgm
3
×9.8Nkg×200m=1.96×10
6
Pa <
br>F
2
=p
2
S=196×10
4
Pa×2m
2
=3.92×10
6
N
例4. 如图所示的玻璃杯中装有重为
5牛的水,杯子的底面积为20厘米
2
,杯内水面高度为
20厘米。若玻璃杯受到的重
力为1牛,求:
(1)水对杯底的压力。(2)装有水的玻璃杯对水平桌面的压强。
分析与
解答:本题考查的是液体对容器底的压强和压力的计算及容器对支撑面的压力
和压强的计算。
解:水对杯底的压强:
33
(1)
p
1
=
<
br>gh
1
=
1.0×10kgm×9.8Nkg×0.2m=1960Pa
p>
∴F
1
=p
1
S=1960Pa×0.002m
2
=3.92N
2
(2)
p
2
=F
2
S
=GS=(1+5)N0.002m=3000Pa
答:(1)水对杯底的压力是3.92
牛(2)装有水的玻璃杯对水平桌面的压强是3000帕。
例5. 如图所示的试管内装有
一定量的水,当试管竖直放置时,水对管底的压强为
p
1
;当管
倾斜放置时,
水对管底的压强为
p
2
,比较
p
1
、
p
2
的大小,则 ( )
A.
p
1
>
p
2
B.
p
1
<
p
2
C.
p
1
=
p
2
D.
条件不足,无法判断
分析:此题考查深度变化对压强的影响.当管倾斜放置后,
图(
a
)(
b<
br>)比较,试管中液体的长度没有变化,但深度变为
h
2
,
h
2
<
h
l
,根据p=ρ
液
gh
,水的密度没变,水对
管底压强减小。答案:A
例6. 甲、乙两支完全相同的试管,内装质量相等的液体,甲管
竖直放置,乙管倾斜放置,
两管液面相平,如图所示,设液体对两管底的压强分别为
p
甲
和
p
乙
,则
p
甲
________
p
乙
(填“大于”、“等于”或“小于”)
分析:计算液体的压
强应从公式
p
=
液
gh
去分析。液体的密度和所求位置的
液体深
度是决定液体压强的两个关键量。
解:比较甲、乙两试管底,液体的深度均为
h
。再比较液体的密度,从图中看V
甲
<V
m
=
V
,得
甲
>
乙
.又 ∴
p
=
液
gh
∴
p
甲
>
乙
,又因为m
甲
=m
乙
,所以根据
p
乙<
br>. 答案:大于
思考与讨论:如图所示,
甲、乙、丙三个容器(容器重忽略不计)底面积都相同、高度也
相同,如果三个容器都装有同种液体,求
:
(1)哪个容器受到液体的压强和压力最大?
(2)哪个容器对桌面的压强和压力最大?
【针对性练习】
1.关于液体压强,下列说法中正确的是( )
A.在液体的同一深度,不同液体的压强一般不同 B.在液体内部压强总是向下的
C.在液体的同一深度,液体向下的压强比向上的压强大 D.以上说法都不对
2.有一个塑料瓶,在
侧壁上用锥子戳了三个洞,向容器中倒入水后,水从小洞中喷出如下
图中,正确的是
( )
A B
,且
ρ
C D
3. 如图所示,甲、乙两容器底面积相同,内装液体深度分
别为h
1
和h
2
,且
h
1
:h
2
=3:
5,液体密度分别为
ρ
1
和ρ
强之比是( )
21
2ρ
2
,那么,甲、乙两容器底部受到的液体压
A. 5:3 B. 3:10 C. 5:6 D. 6:5
4.
如图所示,容器中A点的水的压强是( )
A. 2940帕 B.
1470帕 C. 490帕 D. 1960帕
5. 如图所示,在甲、乙、丙
三个形状不同而底面积相等的容器中,倒入同深度的同种液
体,置于水平桌面上,如果液体重
G
甲
G
乙
G
丙
,液体对容器底部的压强、压力分别
为
p
甲
、p
乙
、p
丙
和F
甲
、
F
乙
、F
丙
。则( )
A.
p
甲
p
乙
p
丙
,F
甲
F
乙
F
丙
B.
p
甲
p
乙
p
丙
,F
甲
F
乙
F
丙
C.
p
甲
p
乙
p
丙
,F
甲
F
乙
F
丙
D.
p
甲
p
乙
p
丙
,F
甲
F<
br>乙
F
丙
6. 如图5所示的密闭容器,两个底面A和B的面积不等
,内盛有一定质量的某种液体。液
体对底面A的压强、压力分别为p
A
、F
A
;如果把容器倒置后,液体对底面B的压强、压力
分别为p
B
,F
B
,那么p
A
_________p
B
,F
A
___
____F
B
(选填“>”、“<”、“=”)
7. a)我们用压强计
研究液体内部压强时,把压强计的金属盒放入液体中,可以看到压强计
两管中水面产生高度差。这表明液
体内部有___________。压强计的金属盒放入液体中越
深,两管中水面高度差越大,这表明_
____ _____ _,可是在同一深度内,不论
金属盒口向上,向下,向侧或向任何一个方向,压强计两管中水面的高度差不变,这表
明,在同一深度内
,液体向___________的压强___________。
b)在研究液体压强的实验中,将
压强计的金属盒放在水中,下列做法能够使图中压强
计
U
形管两边的液面高度差减小的
是 ( )
A. 将压强计的金属盒向下移动一段距离
B. 将压强计的金属盒向上移动一段距离
C.
将压强计的金属盒在原处转动180°
D.将压强计的金属盒改放在同样深度的盐水中
8.如图23,平底茶壶的质量是400g,底面积是40cm,内盛0.6kg深度为12
cm的开水,放
2
置在面积为1m的水平桌面中央。(g取10Nkg)
试求:(1)水对茶壶底部的压力;
★(2)茶壶对桌面的压强。
2
二、连通器
(1)上端
开口,底部相连通的容器叫做连通器,连通器中的各容器的形状不受限制,既
可以是直筒的,又可以是弯
曲的,各容器的粗细程度也可以不同。
(2)连通器的原理:如果连通器中只有一种液体,在液体不流
动时,各容器中的液
面总保持相平。
(3)应用
船从上游通过船闸驶向下游的过程中,
和 先组成一个连通器,然后 和
又组成一个连通器。
常见的连通器:过路涵洞 锅炉水位计
水壶与壶嘴构成的连通器 水塔与自来水管构
成的连通器 船闸
例1 细玻璃管与一个带喇叭口的玻璃管间用软胶管相
连,如图所示.内有一定量的水,当
喇叭口慢慢向上移动时,左管内水面( )
A.向上移动,但总比右管水面低. B.向上移动,但总比右管水面高.
C.向上移动,但总与右管水面平. D.不移动,两管水面相平.
分析:当喇叭口向上移动时,使两管内水面同时上升,根据连通器原理,两管水面
始终相平.
解答:C.
说明:连通器的特点:连通器里的水(或其他液体)不流动时,各容器中的水面总
保持相平.
【习题精选】
1、如图1所示,公路两侧的甲、乙两条水渠由路面下的倾斜涵洞相连,两渠水
面相平,涵
洞中的水流方向,正确的说法是( )
A.
水从水渠乙流向水渠甲
B. 水从水渠甲流向水渠乙
C.
因水面相平,水不流动
D. 以上说法都不对
2、船闸是利用______的原理工作的.
3、如图2所示,甲、乙
两容器间有一斜管相连,管中间有一阀门K,现甲、乙两容器内装
有水,且水面相平.当阀门K打开后,
管中的水将________,理由是__________.
4、如图3所示
,连通器粗管直径是细管直径的4倍,现在连通器中注入水银,待水银稳定
后再向细管中注入70cm高
的水(注入水后细管中仍有水银).求:粗管中水银面上升多
少?细管中水银面下降多少?