在壓強的學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常遇到求固體壓力、壓強和液體壓力、壓強,或是對固體壓力、壓強和液體壓力、壓強進行比較的問題,同學(xué)們一般易把固體和液體的壓力、壓強混淆。下面總結(jié)了利用不同的壓強公式進行計算、分析的一些規(guī)律性的知識,希望能幫助大家解決此類問題。
1 利用不同的壓強公式進行計算、分析
(一)公式P=F/ S是壓強的定義式,同時適用于計算固體、液體、氣體的壓強。
(二)固體、壓力壓強的問題:
用公式 P=F/ S 計算,求解的關(guān)鍵是確定受力面積的大小和弄清壓力大小。
(1)計算壓力、壓強:一般先求(比較)壓力F,再用P=F/S求(比較)壓強大小。
(2)計算中應(yīng)注意下列幾點:
①公式中F是壓力,而不是重力;只有放在水平面上的物體,物體對水平支持面的壓力大小等于物體的重力大小,即F=G物。
②公式中S是受力面積,而不是其他面積。
③在國際單位制中壓強單位是pa,用公式計算時,單位要統(tǒng)一,特別是面積單位必須用m2。
例1 小明觀察家中的平底茶杯放在水平桌面時的情形,如圖1所示。思考:將茶杯空著正放在桌面上對桌面的壓力和壓強分別為F1和P1,將它倒扣在同一桌面上對桌面的壓力壓強分別F2和P2,他猜想F1與F2和P1和P2間的關(guān)系如下,請你幫他判斷,正確的是( )
A.F1>F2、P1=P2
B.F1=F2、P1>P2
C.F1<F2、P1=P2
D.F1=F2、P1<P2
思路解析 杯正放與倒扣在水平桌面上,對于這兩種情況下,杯子對桌面的壓力不變,都等于杯子的重力(因為是在水平桌面上,所以F=G),但是正放與倒扣的杯子跟水平桌面的接觸面積不同,正放的杯子受力面積是杯底的表面積,而倒扣杯子的受力面積只是杯口邊緣面積,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于倒扣杯子面積,這道題在于分析這兩種放法的受力面積的變化,再用P=F/S判斷出壓強大小。答案選D。
(三)液體壓力、壓強的問題:
公式p=ρgh只適應(yīng)于計算靜止液體產(chǎn)生的壓強大小和柱體對水平面的壓強。
液體壓力、壓強的問題, 液體壓強p只與液體的密度ρ,液體的深度h有關(guān),與液體的重力、體積、形狀等因素?zé)o關(guān),所以在比較液體壓強的大小時 ,要抓住液體的密度ρ和液體的深度h這兩個量來分析,一般通常先利用公式p=ρgh找出壓強,再確定受力面積S,利用F=PS求出壓力大小。所以在解答時首先應(yīng)分清楚是固體還是液體壓強,確定先求壓力F還是先求壓強P。
(1)容器內(nèi)(理解為液體壓強):在計算液體對容器的壓強和壓力問題時,先用P=ρg h求出壓強大小,再用F=PS求壓力。
(2)容器外(理解為固體壓強):在求解容器對水平支持面的壓力F和壓強P時,先用F=G1+G2+…求壓力(即壓力的大小等于容器和所裝物體的總重力),再用P=F/S=G/S求壓強大小。
(3)柱體對水平面的壓強:也可用公式p= ρgh計算。
(4)利用公式計算液體壓強計算中應(yīng)注意下列幾點:
①p= ρgh中ρ表示液體的密度,h表示液體的深度,g是常數(shù);
②ρ 的單位一定要用kg/ m3 ,h的單位要用m,計算出的單位才是Pa;
③h表示深度,而不是高度。深度表示該點到自由液面的豎直距離,即深度是從上往下量的,高度是指液體中某點到底部的豎直距離,即高度是從下往上量的;
例2 如圖2,3個容器所盛液體的重力相等。A和B中盛水,C中盛酒精,B和C中液面相平,那么,三個容器中液體對瓶底的壓強PA、PB、PC相比較( )
A.PA=PB>PC B.PA>PB>PC
C.PA>PB=PC D.都相等
思路解析 液體壓強p只與液體的密度ρ,液體的深度h有關(guān)。與液體的重力、體積、形狀等因素?zé)o關(guān)。答案B。
例3 如圖3,放在水平桌面的某容器內(nèi)裝有500mL的水,容器質(zhì)量忽略不計,水面高h(yuǎn)1為8cm,容器高h(yuǎn)2為10cm,容器底面積為50cm2。
求:水對容器底的壓力和壓強、容器對水平桌面的壓強(g取10N/kg)
思路解析 要計算出水對容器的壓力(理解為容器內(nèi)的壓力壓強問題), 必先求出容器受到水的壓強p,由p=ρ gh可知,水對容器底產(chǎn)生的壓強為p水=ρ 水gh1=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.08m=8×102Pa。水對容器底的壓力為F水=p水S=8×102Pa×50×10-4m2=4N。
則容器對桌面的壓強(理解為容器外的壓力壓強問題):因為放在水平桌面,所以F=G
答案:8×102Pa、4N、103Pa
題中的h2=10cm對本題的計算沒有作用,是本題中的“干擾因素”,在解答計算題中要及時排除,要進行計算,不可盲目套用公式;分清容器內(nèi)還是容器外壓力壓強問題,確定液體壓強還是固體壓強。
例4 (柱體對水平面壓強)三個同種材料做成的圓柱體,豎直放在水平桌面上,如圖,對桌面壓強最大的是( )
A.甲 B.乙 C .丙 D .三個一樣大
解:因為放在水平桌面上,所以F=G。由P=F/S得: P=FS =mgS=ρvgS =ρgh,且同種材料,則密度ρ相同,而丙的h最大,即壓強也最大,選C。
思路解析 柱體壓強p只與柱體的密度 ,柱體的高度h有關(guān)。
2 液體對容器底部的壓力與液體重力的關(guān)系
液體對容器底部的壓力F與液體壓強p、受力面積S有關(guān)。在求解液體對容器的壓強壓力問題時 ,先求壓強p(用p=ρ g h求出壓強大小),再求壓力(用F=pS)。容器內(nèi)的液體的重力(G=mg)與液體對容器底部壓力F是兩個不同的力,大小通常不同:在重相同、底面積相等、外形不一樣的甲、乙、丙三個容器中,裝入同樣高h(yuǎn)的同一種液體,如圖5所示,當(dāng)如圖乙的容器中時,則二者大小相同(F=G);圖甲中,由于容器側(cè)壁承擔(dān)了一部分液體重力,則液體對容器底部壓力F小于容器內(nèi)液體重力(F<G);圖丙中,由于容器側(cè)壁對液體有向下的壓力,則液體對容器底部壓力F大于容器內(nèi)液體重力(F>G)。
所以可得出一個規(guī)律:
上下粗細(xì)一樣的容器,液體對容器底的壓力等于液體本身的重力(F=G);
下端粗的容器,液體對容器底的壓力比液體本身的重力大(F>G);
下端細(xì)的容器,液體對容器底的壓力比液體本身的重力小(F<G)。
例5 如圖6,置于桌面上甲、乙的兩容器,甲底面積大于乙底面積,所盛水等重、同深,兩容器的重力相等,則(1)容器對桌面的壓力比較F甲__F乙;容器對桌面壓強相比較P甲__P乙;(2)
水對容器底的壓強相比較P甲__P乙;水對容器底的壓力相比較F甲__F乙。(填<;=;>)
思路解析 題中(1)是固體壓力壓強問題,(2)是液體壓力壓強問題中。
答案:=;<;=;>
在壓強這一部分知識的學(xué)習(xí)中,掌握一些規(guī)律,弄清以上問題對分析固體、液體壓力壓強有很大的幫助。
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