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液体内部的压强与液体的什么和什么有关-液体压强的计算方法-连通器的特点和原理详细信息
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8.2 研究液体的压强

液体内部的压强与液体的什么和什么有关 


揭示规律。小试身手
方法点拨】深度相同,形状不同的容器装满同一种液体,对底面产生的压强相等,但产生的压力可能不同;压力的大小与底面积的大小成正比.
变式训练】
1、下表是小阳在做“研究液体压强”实验中的实验数据:

序号

液体

深度/cm

橡皮膜方向

压强计左右液面高度差/cm

1

3

朝上

2.8

2

3

朝下

2.8

3

3

朝侧面

2.8

4

6

朝上

5.8

5

9

朝上

8.4

6

盐水

9

朝上

9.2

根据上表中的数据:
(1)比较序号为     的三组数据可得出结论:液体的压强随深度增加而增大。
(2)比较序号1、2、3三组数据可得出结论              
(3)比较序号为5、6的两组数据可得出结论:                       

 

1、解析】(1)1、4、5;(2)同一深度向各个方向压强相等;(3)液体压强与液体的密度有关。【分析】(1)从表中1、4、5看出,同一种液体方向都向上,深度增大时,压强越大。(2)比较1、2、3,同一种液体,深度不变。方向变化时压强不变。(3)比较5、6,液体密度变化,深度和方向都没变化,故液体压强与液体密度有关。

 

2、一端蒙橡皮膜的玻璃筒,插入水中,如图所示,在逐渐下插的过程中,橡皮膜将 [ ]
A.逐渐下凸. B.逐渐上凸.
C.保持不变. D.不好判断.

【分析】由于液体内部各方向都有压强,玻璃筒插入水中时,下端橡皮膜应受到向上的压强作用,而且越向下时,压强越大.
答案】B.
【说明】液体不但受到重力作用,而且还具有流动性要向四面扩张,因此液体对容器底面和侧壁都有压强.

 

 

方法点拨】
p=ρgh的意义和适用范围
(l)意义:液体内部压强只跟液体的密度和深度有关,跟液体重和体积无关,跟容器的形状也无关。
(2)适用范围:p=ρgh适用于液体,不适用于固体和气体;适用于静止液体,不适用于流动液体。
变式训练】

3、一个长方体游泳池水深2m,池底面积为1200m2(取g =10N/kg)。求:
  (1)池底受到水的压强。
  (2)池底受到水的压力。
解析】(1)p=ρgh=1000Kg/m3×2m×10N/kg=2×104Pa
     (2) F=pS=2×104Pa ×1200m2=2.4×107 N
答案】 2×104Pa      2.4×107 N
点拨】 先判断是固体压强还是液体压强,然后选用合适的公式代入相应的数据即可。

 

4目前人类已经探明的海洋中最深的地方是玛利亚纳海沟,深度为11034m,生活在那里的鱼类承受着巨大的压强。若一条鱼在深度为10000m的地方游动,那么它受到的压强是多少Pa?(海水密度用1×103kg/m3,g取10 N/kg)
点拨:在运用公式时要知道:公式pF/S是压强的定义式,同时适用于计算固体、液体、气体的压强。而计算液体的压强大小一般使用公式pρgh
解析】 p=ρgh=1×103kg/m3×10 N/kg×10000 m=108Pa
本题型考查的是能否利用液体压强的特点比较液体压强的大小,能否利用液体压强公式进行有关简单计算等。

 

 

方法点拨】生活、生产中的许多设备都采用了连通器的原理,因此都可以看成是连通器或连通器模型。如锅炉水位计、喷泉、千斤顶、给鸡供水的水盆、茶(酒)壶、家中自来水水管、船闸等。
变式训练】

5图中是轮船通过船闸时的示意图,可以知道下一步先打开的是________,再打开的是_______。

解析】由图中轮船船头指向可知船是从上游驶往下游的,而且已经进入闸室。
此时,应打开阀门B,则闸室与下游构成连通器,水从闸室流向下游,当闸室中水面与下游相平时,闸门D打开,船驶往下游。
点拨:要知道船闸有两个闸门、两个阀门;知道船从上游驶往下游(或从下游驶往上游)时各阀门和闸门的开、闭顺序;理解船闸整个工作过程中两次构成连通器。

 

6某瓷器厂的广告“好茶配好杯,好喝看得见”,并为其配了图片,请指出图片中存在的错误之处:

 

 

 

解析】本题解题时应抓住壶嘴和壶身构成了连通器这一知识。
因为壶嘴和壶身构成了连通器,由连通器原理可知,壶嘴和壶身构成了连通器,当液体静止时,液面是相平的。
相关茶壶知识:茶壶的壶嘴为什么要做得跟壶身一样高?可以从“假如不一样高会有什么后果?”入手。若壶嘴比壶身低,则壶身中的永远不可能装满水,若壶嘴比壶身高,则倒水时需要将壶倾斜很大角度,使用不便,故壶嘴应和壶身一样高。
本题型考查的是对连通器知识以及液体压强在生活、生产中的实际应用的认识。

知识全解。吃透教材
知识点1令人惊奇的实验和液体内部压强特点
一、液体压强的产生:由于液体的重力。
二、液体压强规律:
1648年法国科学家帕斯卡曾做过一个著名的实验,帕斯卡用一个密闭的装满水的木桶,在桶盖上插入一根细长的管子,从楼房的阳台上向细管上灌水,结果只灌了几杯水,桶竞裂开了,桶内的水在巨大的压强作用下从裂缝中流出来。
模仿帕斯卡的实验
器料:塑料瓶一个、刀子一把、橡皮筋一根、漏斗一个、吸管、橡皮泥
操作:1、拿一塑料瓶,在其侧壁用刀子平行于侧壁划几条刀痕(要将侧壁划透),再用橡皮筋将这个塑料瓶在刀痕处拦腰箍紧.在塑料瓶盖上穿入一段吸管,用橡皮泥密封.
2、取一漏斗与吸管相接
3、手持漏斗与瓶口相对齐,然后往漏斗内注水,使塑料瓶和漏斗装满水为止,此时塑料瓶的刀痕处不出水.将漏斗举高,就可见刀痕处有水流出来.
实验现象:在不断加水后,可发现原来在刀痕处略渗出的水急射而出,且从刀痕处射出的水的射程是相近的。
实验结论:水压的大小和深度有关,与透明塑料管的直径无关。而在同一深度,水向各个方向的压强是相同的。

三、 液体压强探究
主要器材:U形管压强计、水、盐水
实验步骤:
1、将水倒入水槽,观察U形管两边的液面,将金属盒放入水中,再观察液面的变化情况;观察压强计两管中液面产生高度差,结论:液体内部有压强。
2、逐渐将金属盒放入水中的不同深度,观察在此过程中,U形管中液面高度差的变化情况;记录 U形管两侧液面的高度差,结论:压强随深度的增加而增大。
3、保持金属盒在液体中的同一深度,调节金属盒朝着各个方向,观察U形管中的液面变化情况;记录 U形管两侧液面的高度差,结论:在同一深度,液体向各个方向压强相等。
4、比较金属盒在水和盐水中同一深度时,U形管中液面的高度差。记录压强计在盐水中U形管两侧液面的高度差,结论:在不同液体的同一深度,液体密度越大,压强越大

 


实验结论: 液体对容器壁和容器底都有压强;液体内部向各个方向都有压强,同种液体在同一深度的各处、各个方向的压强大小相等;
压强随液体深度的增加而增大;不同的液体,在相同深度产生的压强还跟液体的密度有关,密度越大,压强越大。

【例1】在探究“影响液体内部压强大小的因素”的过程中,一些同学作了如下猜想:
猜想A 在同一深度,液体内部向各个方向都有压强,且向各个方向的压强相等;
猜想B 在深度相同时,不同液体的压强还跟它的密度有关,液体的密度越大,压强越大;
猜想C 同一种液体的压强随深度的增加而增大。
为了检验上述猜想是否正确,某同学进行了图1中各图所示的操作:

图1

(1)比较图中代号为_________的三个图,可以说明猜想A是否正确;
(2)比较代号为_____________的两个图,可以说明猜想B是否正确;
(3)比较代号为_____________的三个图,可以说明猜想C是否正确.
【解析】 在研究三个或三个以上物理量之间的关系时,必须使用控制变量法。
为验证猜想A是否正确,必须在同一液体中的同一深度,转动金属盒,将橡皮膜分别转向各个不同的方向,观察U形管两管中水面的高度差是否变化,所以应选图中代号为A、B、C三个图;检验猜想B是否正确,要分别将金属盒放在不同液体的同一深度,观察两管中水面的变化情况,故应选代号为E、F的两个图;为检验猜想C是否正确,要将金属盒分别放在同一液体的不同深度,观察两管中水面的变化情况,故应选代号为A、D、E(或B、D、E或C、D、E)。

 

知识点2】液体压强的计算
一、推导液体压强公式P=ρgh
设在底面积为S的圆筒中,盛有密度为ρ、深度为h的液体,那么液体对底部产生的压强(如图4) 


P=F/S=G/S=mg/S
=ρVg/S=ρgSh/S=ρgh
∴P=ρgh
最后指出:应用公式P=ρgh应注意以下几点:
①h是液面到液体中被测点的竖直高度。
②ρ、g、h的单位都应使用国际单位制。
③液体对容器底部的压力等于此处的压强与受力面积之积。只有柱形容器底部受的压力才等于液体的重力。
④液体对容器侧壁的压力可以用侧壁中心处的压强乘以受力面积。
二、液体压强的计算思路
不规则容器(最常见):
1 P=ρ液gh à2F=PS ,也即是一定是先计算某处液体压强,再计算这个面积上受到的压力。
规则容器:对于规则容器里的液体,由于F=G,因此计算不分先后。可以借固体计算的思路。
1m=ρvà2G=mgà3F=Gà4也可以:1 P=ρ液gh à2F=PS
容器对支持面:可以把容器和液体当作整体,计算思路就和固体一样的。

1G=mgà2F=Gà3

注:对于规则固体对底部的压强也可以应用P=ρ液gh来计算判断。

2如图所示,水平桌面上放一盛有煤油的容器,已知煤油的密度是0.8×103kg/m3,容器重9.44N,该容器可看作两个正方体的组合,设上部棱长为10cm,下部棱长为20cm,求油对容器底部的压力和容器对桌面的压强.

分析】容器底部受到的压力,不总是等于液重,对于形状不规则的容器计算液体对容器底压力时,应先用P=ρgh算出压强,再用F=P·S计算压力,水平放置时,F=G总,再利用 求桌面受到的压强.
解:(1)由P=ρgh 油对容器底部的压强
p=ρ油g(h1+h2)=0.8×103kg/m3×9.8N/kg×(0.1+0.2)m=2352Pa
油对容器底部的压力
F底=P·S2=2352Pa×(0.2m)2=94.08N
(2)容器对桌面的压强

答案】2000Pa

 

知识点3】连通器
(1)连通器:上端开口、下端连通的容器叫连通器。连通器可以由两个容器组成,也可以由多个容器组成。
(2)连通器的特点:连通器里的水不流动时,各容器中的水面高度总是相同的。
(3)连通器的应用:水壶的壶身与壶嘴、锅炉的炉身与外面的水位计组成的都是连通器,这类设备正是利用连通器的特点来设计制造的。世界上最大的人造连通器是我国的三峡船闸。

3香港淘大花园爆发“SARS”,经香港卫生署及世界卫生组织的调查,发现引起淘大花园“SARS”病毒大面积传播的原因之一是当地一些家庭很少使用地漏,如图所示,排泄地面上的污水,从而造成与卫生间地漏相连的U型存水弯头内没有存满足够的水,有的甚至是干的,因此不能正常发挥作用。
请你从物理学的角度对上述事件的原因做出简要分析。

分析】地漏中间的一段弯管呈U型,构成了一个连通器,本题的分析应从连通器的特点上展开。
答案】U型存水弯头是一个连通器,正常使用时应充满水,这样就可以把地漏与下水道的空气隔开,若U型存水弯头内没有存在满足够的水,甚至是干的,就使得住户卫生间的地漏与室外下水道相通。淘大花园就是这种情况,以至造成带有SARS病毒的空气或小水滴在进入下水道后,通过U型弯头进入其他住户的卫生间,从而造成SARS病毒大面积传播。

 

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