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探究——液体压强与哪些因素有关


主讲: 优秀物理教师 熊涛

知识强化

一、知识概述

1、掌握液体压强的特点

2、会利用公式计算液体的压强

3、灵活掌握液体压强的计算方法

4、掌握连通器的原理以及应用。 

二、重难点知识归纳与讲解 

1、液体压强的特点和规律

  液体对容器底和侧壁都有压强(由于受到重力和有流动性)

  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,液体的密度越大,压强越大。

2、液体压强的计算公式

  假设:既然液体内,在同一深度处向各个方向的压强相等,只要计算出向下这个方向的压强,这一深度向各个方向的压强都知道了。要计算液面下深度为h处A点受到的压强,可设想从水面到A处有一液柱,底部有一液片,其面积S等于该液柱的横截面积,液片在水中所处深度等于液柱长,这个液片受到的向下的压强只与液片上方的圆柱形液柱有关,这个压强是由此液柱的重力产生的。

  公式推导过程

  液体压强的计算公式:

  式中P为液体的压强(帕斯卡);ρ为液体的密度(kg/m3

  g 为常数9.8N/kg; h为深度,指液面到该处垂直距离。

  注意:在利用液体压强的计算公式pgh时

  (1) 式中p表示液体的压强,ρ表示液体的密度,h表示液体的深度,g是常量9.8N/kg;尤其是密度ρ这个物理量,是液体的密度而不是物体的密度,一定要记住。

  (2) 由于压强的单位是Pa,因此式中ρ的单位必须用kg/m3,h的单位必须用m。

  (3) 式中h表示深度,而不是高度,深度和高度这两个概念是有区别的,深度是指从液体的自由面到物体所在位置之间的竖直距离,即深度是由上往下计量的;高度是指液体中某一点到底部的竖直距离,即高度是由下往上计量的。

  (4) 式中g是常数,所以压强p只与液体密度ρ和深度h有关。与浸在液体中的物体的密度、物体的重力、体积、形状等因素均无关,所以在比较液体压强的大小时,要紧紧抓住液体的密度和深度这两个量来讨论。

  (5) pgh适用于液体的压强,而p=F/S是压强的定义式,也是计算压强的通用公式,可以同时适用于固体、液体和气体。

  (6) 解题技巧:在盛有液体的容器中,液体对容器底部的压力、压强遵循液体压力、压强规律;也就是一般先求p(pgh),然后再求压力F(F=pS)的大小。对于形状规则(如柱形、长方形、正方形的容器)时,液体对容器底部的压力等于液体的重力,这时可以先分析压力,再分析压强。

  特别提醒:对于日常生活中容器的形状不能根据经验直接认为是规则的。如牙杯、热水瓶等就可能不是规则的。因此,在处理联系生活实际的问题时,一般是不把容器认为是规则的(即将容器当作不规则来处理)。而容器对水平桌面的压力、压强则要遵循固体的压力、压强规律。一般先分析求出F,然后再根据p=F/S,求出压强的大小。注意:此时压力F=G容器+G液体

3、公式的物理意义

  A. 对于同一种液体,压强与深度成正比;

  B. 对于不同液体同一深度处,压强与液体密度成正比;

  C. 公式中不包含面积S,表示液体的压强与所取的受力面积大小无关、与容器的形状、液体的质量、重力、体积均无关系。 

4、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

  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。 

本节知识结构及要点:

例1、一端蒙橡胶皮膜的玻璃筒,插入水中,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,而且越下时,压强越大。

答案:B

例2、如图,指出各图中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:

  hA=(50—20)cm=30cm

  hB=40cm

  hC=(50—20)cm=30cm

  hD=50cm

例3三个形状不同的容器A、B、C的底面积都等于S,分别装有相同深度h的同种液体,置于水平桌面上,如图1。试比较:

  (1)各容器底面所受液体压强的大小;

  (2)液体对各容器底面的压力的大小;

  (3)如果各容器的重力不计,三个容器对水平桌面的压强的大小。

图1

分析:

  (1)三个容器中装的是同种液体,容器中液体的深度也相等,根据液体压强公式知,三个容器底面受到的液体压强相等,即

  (2)根据压强公式,有

  因为三个容器的底面积相等,所受液体压强也相等,所以三个容器的底面所受到的液体压力相等,即

  

  (3)若容器的重力不计,则容器对水平桌面的压力等于容器内液体的重力。

  由,再根据压强公式,得:

  

  由图可知,三个容器中液体体积

  所以容器对水平桌面的压强

  从本题可发现,液体对容器底部的压力

  容器中液体的重力

  若容器是柱形,则,所以F=G

  若容器口大于底面,则,所以F<G

  若容器口小于底面,则Sh>V,所以F>G

例4有三根两端开口的玻璃管,形状不同,如图2,在它们下端挡一薄塑料片后都插入水中。当分别注入100克水时,薄塑料片都恰好下落。如果不注入水而是分别轻轻地放入一个100克的砝码,则薄塑料片不会脱落的是( )

图2

A. 甲管            B. 乙管

C. 丙管            D. 乙管和丙管

分析:

  对于甲容器,100克水对塑料片的压力等于水的重力,也等于100克砝码的重力,所以甲的塑料片会脱落。

  对于乙容器,100克水对塑料片的压力小于水的重力,即能使塑料片脱落的力小于100克水的重力。因此,放上100克砝码时,乙的塑料片会脱落。

  对于丙容器,100克水对塑料片的压力大于水的重力,即能使塑料片脱落的力大于100克水的重力。因此,放上100克砝码时,丙的塑料片不会脱落。选C。

例5如图3所示是装满某种液体的密封容器,容器底受到液体的压强为,受到液体的压力为,容器对桌面的压强为,压力为。若把它倒置过来后,容器底受到液体的压强为,受到液体的压力为,容器对桌面的压强为,压力为,则_______,F1_______F3,p2_______p4,F2_______F4

图3

分析:

  根据,因相等,所以

  根据,因p相等,,所以

  根据,因容器的重力与液体的重力之和相等,所以

  根据,因,所以

例6若例3中液体没有装满容器,如图4,则______,F1______F3,p2______p4,F2_______F4

图4

分析:

  根据,因相等,,所以

  根据例1的结论,因,所以

  根据,因容器的重力与液体的重力之和相等,所以

  根据 ,因,所以

  这里若用来比较的大小,因,而,则不好比较。

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