中考物理滿分之路:掌握液體壓強特點,學會液體壓強幾種算法
考點1、液體壓強產生的原因
(1)由於液體受到重力的作用,因此液體對容器底有壓強。
(2)由於液體具有流動性,因此液體對容器壁有壓強。
(3)液體由於流動而內部相互擠壓,因此液體內部向各個方向都有壓強。
考點2、實驗探究液體內部壓強的特點
(1)認識壓強計
①液體壓強計構成:由金屬盒、橡皮軟管、玻璃U形管(內裝有液體)組成。
②壓強計工作原理:當探頭上的橡皮膜受到壓強時,U形管兩邊液面出現高度差,兩邊高度差表示出壓強的大小,壓強越大,液面高度差越大
(2)壓強計的使用應注意三點:
①實驗前檢查壓強計氣密性,是否漏氣。
檢查方法:用手輕按橡皮膜,觀察壓強計U形管兩側液面的高度差是否發生變化,如果變化,說明不漏 氣;如果不變,說明漏氣,則要查出原因,加以修改 。
②壓強計的橡皮膜沒有受到壓強,U形管中的液面出現高度差時,需要取下橡皮管重新安裝。
③壓強計U形管中液面的高度差過大時,如果有色液體從管中流出,需將橡皮管取下重新連接。
(3)實驗中用到的物理方法:
①轉換法:通過壓強計U形管兩側液柱高度差反應液體壓強的大小。
②控制變量法:實驗中,分別改變探頭橡皮膜的方向、深度、液體的密度進行實驗,利用的是控制變量法。
(4)液體壓強特點:
①液體內部向各個方形都有壓強。
②同種液體內部同一深度處,液體向各個方向的壓強相等。
③同種液體內部,深度越大,壓強越大。
④深度一定,液體密度越大,壓強越大。
例1、關於液體的壓強,下列說法中,正確的是( )
A.液體的壓強大小跟液體的體積大小有關
B.液體的壓強大小跟液體的質量大小有關
C.液體對容器底的壓強跟容器的形狀有關
D.液體對容器側壁有壓強,這一特點跟液體的流動性有關
【分析】由於液體受到重力作用,且具有流動性,所以液體對容器底和容器側壁有壓強,液體內部向各個方向都有壓強;液體的壓強隨深度增加而增大;在同一深度處液體向各個方向的壓強相等;不同液體的壓強還跟密度有關。
【解答】解:ABC、液體的壓強大小與液體的深度和液體的密度有關,與液體體積大小、液體的質量大小、容器的形狀等均沒有關係,故ABC錯誤;
D、液體具有流動性,所以向各個方向都有壓強,因此液體對容器側壁有壓強,這一特點跟液體的流動性有關,故D正確。
故選:D。
【點評】本題的解題關鍵是熟記液體壓強的特點,並知道液體具有流動性,所以向各個方向都有壓強。
例2、如圖所示,平靜的湖中,下列哪處水的壓強最小(ρ水=1g/cm3)( )
A.a B.b C.c D.D
【分析】根據公式p=ρgh可知液體產生的壓強與液體的深度和密度有關,由於是在同一個湖中,所以比較出各點的深度即可判斷。
【解答】解:深度是指某點到液面的豎直距離,則由圖可知a點的深度最小,根據公式p=ρgh可知,a處水的壓強最小。
故選:A。
【點評】本題考查液體壓強公式的應用,關鍵是知道深度是某點到液面的豎直距離。
例3、如圖所示,玻璃管兩端開口處蒙的橡皮膜繃緊程度相同,將此裝置置於水中,圖中哪幅圖能反映橡皮膜受到水的壓強後的凹凸情況( )
【分析】液體內部存在壓強,其特點是:液體對容器底和容器壁都有壓強,液體內部向各個方向都有壓強,液體內部壓強隨深度的增加而增大,在同一深度,液體內部向各個方向的壓強相等,不同液體內部的壓強還與液體的密度有關;故橡皮膜的形狀由玻璃管所受的液體壓強大小決定,故據此分析即可判斷。
【解答】解:
A、玻璃管下端更深,所受的液體壓強更大,所以下面的橡皮膜應該向上凹,故A錯誤;
B、玻璃管下端更深,所受的液體壓強更大,且橡皮膜向上凹的更厲害,故B正確;
C、玻璃管的右側處於液體中,右側橡皮膜受到向左的液體壓強,則右側橡皮膜應該向左凹,故C錯誤;
D、玻璃管處於液體中,兩側橡皮膜都受到向內的液體壓強,則兩側橡皮膜都應向內凹,故D錯誤;
故選:B。
【點評】本題考查了學生對液體壓強公式的掌握和運用,分析時同時考慮影響液體壓強的多個因素(如深度、液體密度)。
例4、如圖所示,小明將壓強計的金屬盒分別放入深度相同的甲、乙兩種液體中,從圖中可以得到的結論是( )
A.甲液體的密度大於乙液體的密度
B.甲金屬盒處的壓強等於乙金屬盒處的壓強
C.甲液體的密度等於乙液體的密度
D.甲金屬盒處的壓強小於乙金屬盒處的壓強
【分析】(1)要注意轉換法在物理實驗中的運用,本實驗中,液體內部壓強的大小不容易觀察到,因此用U形管兩側的液面高度差來反映液體內部壓強的大小。
(2)影響液體壓強的因素有:液體的密度和浸入液體的深度,在探究與其中的一個因素時,就要控制另一個因素一定。
【解答】解:用壓強計探究液體內部壓強時,液體內部壓強的大小是通過U形管兩側的液面高度差來反映的,U形管兩側液面的高度差越大,液體壓強越大。
由圖可知,壓強計的金屬盒所處的深度相同,朝向相同,甲乙兩種液體的密度不同;甲圖中U形管兩邊的高度差大於乙圖中U形管兩邊的高度差,所以,甲金屬盒處的壓強大於乙金屬盒處的壓強,根據p=ρgh可知,甲液體的密度大於乙液體的密度。故A正確,BCD錯誤。故選:A。
【點評】此題主要考查的液體壓強特點,解答過程中需要注意轉化法和控制變量法的運用。
考點3、液體壓強的計算
設想在一玻璃容器內的水中有一深為h,截面為s的水柱,試計算這段水柱產生的壓強,即為水深為h處的壓強。
水柱的體積為v=sh
水的密度為ρ
水柱的質量為m=vρ
水柱對其底面積的壓力為F=mg=ρvg=ρshg
水柱對其底面積的壓強為P=F/s=ρshg/s=ρgh
由公式可知:水的壓強只與水的深度和密度有關(若是其他液體,其密度則不同)
液體壓強的公式:P =ρgh
(h—深度指從自由液面到液體內部某一位置的豎直距離,g=9.8N/kg,①應用公式p=ρgh時,各個物理量的單位都應統一取國際單位制中的單位,②只適用於液體產生的壓強)
例1、如圖所示,A、B、C三個容器中分別裝有鹽水、清水和酒精,三個容器中液面相平,容器底部受到液體的壓強分別為pA、pB、pC,則( )
A.pA>pB>pC B.pA<pB<pC C.pA=pB=pC D.無法確定
【分析】由圖可知,三容器內液體的深度相同,知道三液體的密度大小關係,根據液體壓強公式判斷容器底部受到的壓強的大小關係。
【點評】本題考查了學生對液體壓強公式的掌握和運用,由圖得出三容器內液體的深度相同是本題的關鍵。
例2、如圖是甲、乙兩種液體的壓強P與深度h關係圖象,由圖可知,甲液體的密度ρ甲與乙液體的密度ρ乙大小關係是( )
A.ρ甲>ρ乙 B.ρ甲=ρ乙 C.ρ甲<ρ乙 D.都有可能
【分析】由圖象可知兩液體深度相同時液體的壓強關係,根據p=ρgh比較兩液體的密度關係。
【點評】本題考查了液體壓強公式的應用,從圖象中獲取有用的信息是關鍵。
例3、如圖所示,在質量為1kg的容器內裝有5kg的水,容器底面積為100cm2,容器放在水平桌面上,桌面面積為0.9m2(g取10N/kg),求:
(1)容器底對桌面的壓力;
(2)容器底對桌面的壓強;
(3)水對A點的壓強;
(4)水對容器底的壓強。
【分析】(1)容器對桌面的壓力和水與容器的總重力相等,根據G=mg求出其大小;
(2)知道容器對桌面的壓力和受力面積,根據p=F/S求出容器對桌面的壓強;
(3)已知水面的高和水的密度,根據公式p=ρgh求出水對A點的壓強;
(4)已知水面的高和水的密度,根據公式p=ρgh求出水對容器底的壓強。
【點評】本題考查壓力、壓強等的計算,關鍵是公式及其變形的靈活運用,難點是接觸面積的判斷和水的深度的計算,要知道在水平面上壓力等於物體自身的重力,水的深度指的是距離液面的高度,不是距離容器底的深度。
考點4、不同容器中有關液體壓強、壓力的計算
①求容器底部受到來自液體的壓強和壓力時,先算壓強後算壓力
根據 p=ρgh,F=PS進行計算
液體自身重力與液體對容器底部壓力大小比較:F=G液(可不分先後順序)
液體自身重力與液體對容器底部壓力大小比較:F<G液(先求壓強在求壓力)
液體自身重力與液體對容器底部壓力大小比較:F>G液(先求壓強再求壓力)
②求容器底對桌面的壓強和壓力時,先算壓力後算壓強
根據下式進行計算
例如:A、B、C三個容器中裝有質量相等的三種液體,溶液高度相等
求:(1)液體對容器底的壓強和壓力(2)容器對桌面的壓強和壓力。
容器底部受到來自液體的壓力、壓強(先求壓強再求壓力)
容器底端對桌面的壓力、壓強(先求壓力再求壓強)
③比較液體對容器底壓力的方法:
公式比較法:運用公式F=pS=ρghSF=pS=ρghS進行比較;
間接比較法:先分別比較液體壓力與液體重力的大小,再比較液體壓力的大小。
④比較液體壓強大小的方法
同種液體,比較深度,深度越深,壓強越大。
不同種液體,深度相同,密度越大,壓強越大;深度不同時,根據P =ρgh判斷
⑤壓強變化問題
弄清楚題目中發生的變化量,知道題中液體的初始狀態,變化過程,和末狀態。
例如液體中放入物體,液面升高,會導致液體壓強增大,壓力增大等;或者是倒入或抽出液體,液面下降,會使壓強(壓力)增大或壓強(壓力)減少。
例1、如圖所示,一個未裝滿水的瓶子。正立放置在水平面上時,瓶對桌面的壓強為p1,瓶底受到水的壓力為F1.倒立放置時瓶對桌面的壓強為p2,瓶蓋受到水的壓力為F2,則( )
A.P2=P1,F2=F1 B.P2<P1,F2<F1
C.P2<P1,F2>F1 D.P2>P1,F2<F1
【分析】(1)水平桌面上物體的壓力和自身的重力相等。倒置後,由液體壓強公式得出壓強的變化情況;
(2)水對瓶蓋和瓶底的壓力,可以根據水產生的壓力和水重力的關係進行分析,注意上下粗細一樣的容器中,水對容器底的壓力等於水的重力;上面粗、下面細的容器中水對容器底的壓力小於水的重力;上面細、下面粗的容器中水的壓力大於水的重力。
【解答】解:(1)∵瓶對桌面的壓力等於瓶和水的總重力,
∴無論正放還是倒放,它們的總重力不變,即對桌面的壓力不變,倒置後,瓶與桌面的接觸面積小,故據p=F/S可知,倒置後瓶對桌面的壓強大,即p1<p2;
(2)正放時,瓶子中的水柱是粗細相同的,瓶子底部受到的壓力等於瓶中水的重力;倒放時,瓶子中的水柱上面粗,下面細,一部分水壓的是瓶子的側壁,瓶蓋受到的壓力小於瓶中水的重力;
因此即F1>F2。故選:D。
【點評】比較液體壓強的大小關係可以根據液體壓強的計算公式P=ρgh進行分析;液體對容器底部的壓力可以根據F=PS分析,也可以根據容器的形狀比較壓力與重力的關係分析,會靈活運用不同的比較方法。
例2、如圖所示,水平桌面上放著底面積相等的甲、乙兩容器,分別裝有同種液體且深度相同,兩容器底部所受液體的壓力、壓強分別用F甲、F乙、p甲、p乙表示,則( )
A.F甲=F乙,p甲=p乙 B.F甲=F乙,p甲>p乙
C.F甲>F乙,p甲=p乙 D.F甲>F乙,p甲>p乙
【分析】先根據p=ρgh可判斷兩容器底部受到液體的壓強;然後根據F=pS可判斷兩容器底部受到液體的壓力。
【解答】解:由題意知,兩容器中裝有同種液體且液面向平,則液體的密度相同,深度也相同,根據p=ρgh可知,兩容器底部受到液體的壓強相等,即p甲=p乙;
又因為容器底面積相等,根據F=pS可知,兩容器底部受到液體的壓力相等,即F甲=F乙;故A正確,BCD錯誤。故選:A。
【點評】本題考查壓強和液體壓強的判斷,對液體來說,先根據p=ρgh判斷壓強,再利用F=pS判斷壓力,切記壓力不一定等於液體的重力,易錯點。
例3、如圖所示,盛有水的杯子在水平桌面上。杯子重1N,高9cm,底面積30cm2;杯內水重2N,水深6cm,水的密度為1.0×103kg/m3,g取10N/kg。下列選項中正確的是( )
A.水對杯底的壓強為900Pa
B.水對杯底的壓力為2N
C.水杯對桌面的壓力為2.8N
D.水杯對桌面的壓強為1000Pa
【分析】(1)根據p=ρgh求出水對杯底的壓強;
(2)根據壓強的變形公式F=pS求出水對杯底的壓力;
(3)水杯對桌面的壓力等於水和水杯的總重力;
(4)根據p=F/S求出水杯對桌面的壓強。
【點評】本題考查了學生對壓強定義式和液體壓強公式的掌握和運用,對於不規則的容器,對容器底的壓力和壓強,要先計算液體對容器底的壓強p=ρgh、再計算液體對容器底的壓力F=pS;容器對桌面的壓力和壓強,先計算容器對桌面的壓力F=G、再計算容器對桌面的壓強p=F/S。
例4、如圖所示,質量和底面積均相同的A、B、C三個容器,分別裝有硫酸、水、酒精三種液體,此時三個容器對桌面的壓強相等,三容器中液體對容器底的壓強分別為PA、PB、PC,則它們的大小關係是( )
A.PA>PB>PC B.PA<PB<PC C.PA=PB=PC D.無法判斷
【點評】盛有液體的容器對桌面的壓強屬於固體產生的,對支持面的壓力等於容器內液體和容器的總重;
柱形液柱對容器底的壓力等於柱形液柱的重力,非柱形液柱對容底的壓力不等於柱形液柱的重力,其大小等於底面積與容器底(內部)等大、與液體的深度為高的液柱的重力;
p=ρgh是計算液體的壓強公式,p=F/S是計算壓強的普適公式。綜合性強,難度較大。
例5、如圖所示,完全相同的圓柱形容器中,裝有不同的兩種液體甲、乙,在兩容器中同一高度處分別有A、B兩點。若兩點的壓強相等,則兩種液體對容器底的壓強關係是p甲______p乙;若兩種液體對容器底部的壓強相等時,則A、B兩點壓強關係是pA______pB.(均選填「>」「=」或「<」)
【分析】(1)若A、B兩點的壓強相等,A的深度小於B的深度,利用p=ρgh可得兩液體的密度關係;而A、B兩點到容器底的距離相等,可得從A、B兩點向下的液體對容器底的壓強大小關係;兩種液體對容器底的壓強等於A、B點的壓強加上A、B點以下液體產生的壓強,最後得出兩種液體對容器底的壓強大小關係;
(2)兩種液體對容器底的壓強相等,由p=F/S=G/S=mg/s得,兩種液體的質量相等,由圖知VA<VB,由ρ=m/v可知液體密度ρA>ρB,可得A、B下方對容器底的壓強關係,進而得出A、B兩點的壓強關係;
【解答】
(1)若A、B兩點的壓強相等,即pA′=pB′﹣﹣﹣﹣﹣﹣①,
因為p=ρgh,hA<hB,
所以兩液體的密度關係:ρ甲>ρ乙,
又因為A、B兩點到容器底的距離相等,
所以從A、B兩點以下的液體對容器底的壓強關係:pA″>pB″﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②,
而兩種液體對容器底的壓強:p甲=pA′+pA″,p乙=pB′+pB″,
所以p甲>p乙;
(2)兩種液體對容器底的壓強相等,由p===得,兩種液體的質量相等,
由圖知VA<VB,由ρ=可知液體密度ρA>ρB,
因為A,B到容器底的距離相同,
所以pA下>pB下,
若兩種液體對容器底部的壓強相等時,
pA底=pB底,
因為液體對容器底的壓強pA底=pA+pA下,pB底=pB+pB下,
所以A、B兩點的壓強關係:pA<pB;
故答案為:>;<。
【點評】本題考查了液體壓強公式p=ρgh的應用,理解「深度」的含義,以及壓強公式的運用。
例6、如圖,薄壁圓柱形容A、B放在水平桌面上,分別盛有不同的液體。A、B的底面積之比SA:SB=2:1,液體的高度之比hA:hB=3:2,液體對兩個容器底部的壓力大小相等,A、B容器底部受到液體的壓強之比pA:pB=_________。液體的密度之比ρA:ρB=___________。
【分析】(1)已知容器的底面積和液面的高度,利用V=Sh得出液體體積的關係;由於液體對兩個容器底部的壓力大小相等,根據F=G=mg可得液體的質量相等,然後利用ρ=得出液體的密度關係;
(2)由A、B容器都是柱狀容器,得出底部受到液體的壓力大小關係,利用p=F/S即可求出液體對容器底的壓強比值。
【點評】本題考查密度公式和浮沉條件的應用,關鍵是知道薄壁圓柱形容器液體對容器底的壓力等於液體的重力。