有关压强的物理例题和解析空气的,液体的统统都要,复习提纲和例题解析统统都要,对了,我是初二的,
来源:学生作业帮助网 编辑:六六作业网 时间:2024/11/22 04:32:41
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有关压强的物理例题和解析
空气的,液体的统统都要,复习提纲和例题解析统统都要,对了,我是初二的,
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大气压强典型例题解析:
例1、
如图,A、B两个大理石柱,它们的高和截面积均不一样,hA>hB,SA
解析:因为截面积和高度均无具体数值,所以不好直接计算,我们可以先从一般情况来进行推导:设大理石的密度为ρ,那么圆柱的体积为hs,质量为ρv=ρhs,重力为mg=ρghs,所以对地...
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大气压强典型例题解析:
例1、
如图,A、B两个大理石柱,它们的高和截面积均不一样,hA>hB,SA
解析:因为截面积和高度均无具体数值,所以不好直接计算,我们可以先从一般情况来进行推导:设大理石的密度为ρ,那么圆柱的体积为hs,质量为ρv=ρhs,重力为mg=ρghs,所以对地面的压力 ,可见圆柱形大理石柱对地面的压强只与密度和高度成正比关系,因为hA>hB,所以PA>PB。
例2、
重为100N,边长为10cm的正方体被水平向左150N大小的力紧压在竖直墙上,正方体所受摩擦力为多少?正方体对墙面的压强是多大?
解析:如图所示,在竖直方向上,物块受的平衡力,所以物块应受到一个与G大小相等,方向相反的摩擦力,
因为重力G=100N,所以摩擦力的大小也为100N。再看水平方向,F=150N,通过物块传递垂直于墙面上,150N就是对墙面的压力,物块与墙面的接触面积为S=0.1×0.1m2=0.01m2,所以对墙面的压强:
。
例3、
在水平地面上竖立着A、B两个实心圆柱体,它们的底面积之比是2:3,对地面的压强分别为PA和PB,且PA:PB=1:3,把A叠放在B上面,B对地面的压强为PB',则PB与P B'之比是( )
(A)11:9 (B)9:11 (C)2:9 (D)9:2
解析:我们设圆柱体A和圆柱体B的密度、高度、截面积分别为ρA、ρB,hA、hB,SA、SB,它们的重力GA=ρAghASA,GB=ρBghBSB,它们对地面的压强分别为 ,当A叠放在B上,B对地面的压强 ,得 ,由题给条件SA:SB=2:3,可得SB=1.5SA,再代入上式,可得 ,因题给条件PB=3PA,得 ,故 ,正确答案为(B)项。
例4、
在如图所示的三种情况中,被水银柱所封闭的气体压强为(A)=_______(B)=_______(C)=_______。
(设大气压强为76cm水银柱高,管内水银柱为10cm)
解析:解此种题目一要利用力的平衡条件,二要会找参考面。水银柱既然处于平衡状态,必须受到平衡力(因为受力面积相等,所以由力的平衡转化为“压强的平衡”),在(A)和(B)中均画出参考面ab。对(A)水银柱,对参考面而言,向下受到大气压和水银柱本身产生的压强,向上受到气体的压强P1,所以有P0+ρgh=P1得:P1=76+10=86厘米水银柱高;对于(B)参考面,上方受到向下的压强为气体压强P2和水银柱产生的压强ρgh(这里用厘米水银柱做单位)参考面下方受到向上的压强为P0,P2+ρgh=P0得P2=P0-ρgh=76cmHg-10cmHg=66cmHg。对于(C)因为水银柱水平放置处于平衡,所以来自两面的压强应该相等,即P3=P0=76cmHg。
答案:(A):P1=76+10=86cmHg
(B):P2=76-10=66cmHg。
(C):P3= P 0=76cmHg。
例5、
如图,连通器粗管直径是细管直径的4倍,先在连通器内装入水银,然后在细管中注入70cm高的水。
求:
① 粗管内水银面上升多少?
② 细管内水银面下降多少?
③ 如果将这些水倒入粗管内,细管内水银面比粗管内水银面高多少?
(1)设两管中水银面的高度差为h水银,这个银柱产生的压强与70cm高的水柱产生的压强相等,则
p水=p水银
ρ水gh水=ρ水银gh水银
=5.14×10-2m=5.14cm ①
(2)细管中水银减少的体积等于粗管中水银增加的体积
ΔV1=ΔV2
S1Δh1=S2Δh2 ②
∵S1=1/4·πD12 S2=1/4·πD22 D2=4D1
∴S2=16S1代入②式中则有
Δh1=16Δh2 ③
∵两管水银面高度差等于两管水银面上升和下降高度之和
∴h水银=Δh1+Δh2 ④
联立①③④
解得 Δh1=4.84cm Δh2=0.3cm
(3)将水倒进粗管,由于水的体积V一定,S2=16S1,则
S1h1=S2h2
两边水银面高度差产生的压强p'水银等于倒入的水柱产生的压强p'水
p'水银=p'水
ρ水银gΔh'水银=ρ水gh'水
=0.32×10-2m
=0.32cm
答案:0.3cm 4.84cm 0.32cm
复习提纲和例题知识要点:
1、正确理解阿基米德原理:
浸在液体中的物体受到向上的浮力、浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力,这就是阿基米德原理,其数学表达式是:F浮=G排液=ρ液gV排。
对阿基米德原理及其公式的理解,应注意以下几个问题:
(1)浮力的大小由液体密度ρ液和排开液体的体积V排两个因素决定。浮力大小与物体自身的重力、物体的体积、物体的密度及物体的形状无关。浸没在液体中的物体受到的浮力不随深度的变化而改变。
(2)阿基米德原理对浸没或部分浸在液体中的物体都适用。
(3)当物体浸没在液体中时,V排=V物,当物体部分浸在液体中时,V排
(4)阿基米德原理也适用于气体,其计算公式是:F浮=ρ气gV排。
2、如何判断物体的浮沉:判断物体浮沉的方法有两种:
(1)受力比较法:
浸没在液体中的物体受到重力和浮力的作用。
F浮>G物,物体上浮;
F浮
(2)密度比较法:
浸没在液体中的物体,只要比较物体的密度ρ物和液体的密度ρ液的大小,就可以判断物体的浮沉。
ρ液>ρ物,物体上浮;
ρ液<ρ物,物体下浮;
ρ液=ρ物,物体悬浮;
对于质量分布不均匀的物体,如空心球,求出物体的平均密度,也可以用比较密度的方法来判断物体的浮沉。
3、正确理解漂浮条件:
漂浮问题是浮力问题的重要组成部分,解决浮力问题的关键是理解物体的漂浮条件F浮=G物。
(1)因为F浮=ρ液gV排,
G物=ρ物gV物,
又因为F浮=G物(漂浮条件)
所以,ρ液gV排=ρ物gV物,
由物体漂浮时V排
即物体的密度小于液体密度时,物体将浮在液面上。此时,V物=V排+V露。
(2)根据漂浮条件F浮=G物,
得:ρ液gV排=ρ物gV物,
V排= •V物
同一物体在不同液体中漂浮时,ρ物、V物不变;物体排开液体的体积V排与液体的密度ρ液成反比。ρ液越大,V排反而越小。
4、计算浮力的一般方法:
计算浮力的方法一般归纳为以下四种:
(1)根据浮力产生的原因F浮=F向上-F向下,一般用于已知物体在液体中的深度,且形状规则的物体。
(2)根据阿基米德原理:F浮=G排液=ρ液gV排,这个公式对任何受到浮力的物体都适用。计算时要已知ρ液和V排。
(3)根据力的平衡原理:将挂在弹簧秤下的物体浸在液体中,静止时,物体受到重力,浮力和竖直向上的拉力。这三个力平衡:即F浮=G物-F拉
(4)根据漂浮、悬浮条件:F浮=G物,这个公式只适用于计算漂浮或悬浮物体的浮力。
运用上述方法求浮力时,要明确它们的适用范围,弄清已知条件,不可乱套公式。
5、浮力 综合题的一般解题步骤:
(1)明确研究对象,判断它所处的状态。
当物体浸没时,V排=V物,
当物体漂浮时,V排+V露=V物,
(2)分析研究对象的受力情况,画出力的示意图,在图中标出已知力的符号、量值和未知力的符号。
(3)根据力的平衡原理列方程,代入公式、数值 、进行计算,得出结果。
典型例题解析:
例1、边长1dm的正方形铝块,浸没在水中,它的上表面离水面20cm,求铝块受的浮力?(ρ铝=2.7×103kg/m3)
解法一:上表面受到水的压强:
P上=ρ水gh上=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.2m=1.96×103Pa
上表面受到水的压力
F向下=P上•S=1.96×103Pa×0.01m2=19.6N
下表面受到水的压强
P下=ρ水gh下=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.3m=2.94×103Pa
下表面受到水的压力
F向上=P下•S=2.94×103Pa×0.01m2=29.4N
铝块所受浮力
F浮=F向上-F向下=29.4N-19.6N=9.8N
解法二:V排=V物=(0.1m)3=10-3m3
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×10-3m3=9.8N
答案:铝块所受浮力是9.8N。
说明:
(1)解法一适用于规则物体,解法二说明浮力大小只与ρ液、V排有关,与物体密度和深度无关。
(2)题中铝块密度是多余条件,用以检验对阿基米德原理的理解。
若误将ρ铝、代入公式,求出的将是物体重力。
在用公式求浮力时,要在字母右下方加上脚标。
例2、容积为1000m3的氢气球,吊篮和球壳的质量为150kg,在空气密度1.29kg/m3的条件下,这气球能载多少吨的物体停留在空中?现在需要载900kg的物体而保持平衡,应放掉多少立方米的氢气?(氢气密度为0.09kg/m3).
解析:由阿基米德原理可知,气球受到的浮力为:
F浮=ρgV=1.29kg/m3×9.8N/kg×103m3=1.264×104N
分析它们的受力,气球能载的物重应是浮力与它自身重量之差:
即在空中能载的物重为:G1=F浮-G=1.264×104N-150×9.8N=11.17×103N
它的质量为:
它现在多载的物体的质量为:△m=1140kg-900kg=240kg
即:△F=240×9.8N=2352N
这一个力也是由气球产生的浮力,如果放掉了一部分的氢气后,体积变小浮力也变小,所以应放掉的氢气体积为:
例3、如图3所示,底面积为80cm2的容器中盛有深30cm的水。将一质量为540g的实心铝球投入水中。问:
(1)铝球浸没在水中时受到的浮力是多大?
(2)投入铝球后,水对容器底部的压强增加了多少?
(3)若用一根最多能承受4N拉力的细绳系住铝球缓慢向上拉,当铝球露出水面的体积为多大时绳子会拉断?(已知ρ铝=2.7×103kg/m3,取g=10N/kg)。
解析:(1)根据阿基米德原理,铝球在水中受到的浮力为F浮=ρ水•g•V排
由题意可知,V排= ,得V排=0.2×10-3m3
所以,F浮=1×103kg/m3×10N/kg×0.2×10-3m3=2N
(2)设投入铝球后水面上升的高度为H,则:
H=V/S=0.2×103m3/80×10-4m2=0.025m
水对容器底部增加的压强是:
P=ρ水•g•H=1×103kg/m-3×10N/kg×0.025m=2.5×102Pa
(3)设当铝球露出水面的体积为V露时,绳子会断,此时的浮力为F浮',则:F浮'=G-F拉
即ρ水•g•V排'= G-F拉
V排'= =1.4×10-4m3
V露=V-V排'=0.2×10-3m3-1.4×10-4m3=0.6×10-4m3
例4、如图4所示的直筒形容器的底面积为100cm2,筒内有用密度不同的材料制成的a、b两实心小球。已知a球的体积为80cm3,是b球体积的3.4倍。两球用细线相连能悬浮在水中。现剪断细线,a球上浮,稳定后水对容器底的压强变化了40Pa。试求:
(1) 细线被剪断前后水面的高度差。
(2) a、b两球的密度。(本题g取近似值10N/kg)
解析:
(1)分析容器底部的压强变化的原因,是因为剪断细线后,a球上浮,由悬浮变为了漂浮,排开水的体积变小,液面下降,由p=ρgh可知应有:Δp=ρgΔh
故液面下降高度为:Δh= =0.004(m)=0.4(cm)
(2)经分析可知a球露出水面的体积应为液体下降的体积,所以,a球漂浮时露出部分的体积V露=ΔhS=0.4×100=40(cm3)
此后球排开水的体积为:V排=Va-V露= Va
应用阿基米德原理,对a来考虑,a球漂浮时有:ρ水gV排=ρagVa,故,ρa= ρ水=0.5×103kg/m3
把a、b看作一个整体来考虑,a、b一起悬浮时有:ρ水g(Va+Vb)=ρagVa+ρbgVb
将Va=3.4Vb代入解得:ρb=4.4ρ水-3.4ρa=2.7×103kg/m3
说明:例3与例4都是浮力与压强结合的题目,解这一类问题时,一定要抓住液体压强的变化,是因为液体中的物体浮力发生了变化,引起液体的深度的变化,才引起了压强的变化。另外 ,例4还有一个整体与局部的关系。
例5、一木块在水中静止时,有13.5cm3的体积露出水面,若将体积为5cm的金属块放在木块上,木块刚好全部浸在水中,求:金属块密度?
解析:这是两个不同状态下的浮力问题,分析步骤是:
(1)确定木块为研究对象,第一个状态是木块漂浮在水面,第二个状态是木块浸没水中,金属块与木块作为整体漂浮在水面。
(2)分析木块受力,画出力的示意图。
(3)根据力的平衡原理列方程求
甲图中:F浮=G木…………(1)
乙图中:F浮'=G木+G金…………(2)
(2)式-(1)式得:F浮'- F浮= G金
代入公式后得:ρ水gV木-ρ水g(V木-V露)=ρ金gV金
ρ水V露=ρ金V金
ρ金= •ρ水= ×1.0×103kg/m3=2.7×103kg/m3
答案:金属块的密度是2.7×103kg/m3。
说明:
(1)涉及两种物理状态下的浮力问题,往往要对两个不同状态下的物体分别进行受力分析,再根据力的平衡原理列出两个方程,并通过解方程求出结果来。
(2)本题的另一种解法是:木块增大的浮力等于金属块重,即ΔF浮=G金,
代入公式:ρ水gΔV排=ρ金gV金
其中ΔV排=13.5cm3,(它等于没有放上金属块时木块露出水面的体积。)
液体压强习题
http://wenku.baidu.com/view/6cf0f84e767f5acfa1c7cde2.html
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