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| 新课学习
一、液体的压强特点
问题1:液体对容器底有压强吗?
在一个两端开口的玻璃管底端扎好橡皮膜,逐渐加水观察现象。
现象:没加水时,橡皮膜是平的;当水倒入后,底部橡皮膜向外凸出。
结论:液体由于受到重力的作用,而对支撑它的容器底部有压强。
问题2:液体对容器底有压强,对容器侧壁也有压强吗?
在侧壁有开口的玻璃管上扎好橡皮膜,逐渐加水观察现象。
现象:没加水时,橡皮膜是平的;当水倒入后,侧壁的出水口处的橡皮膜向外凸出。
结论:液体由于具有流动性,会对阻碍它流散开的侧壁有压强。
实验结论:
(1)由于液体受到重力的作用,所以液体对容器底有压强;
(2)由于液体具有流动性,所以液体对容器侧壁也有压强。
问题3:液体对容器底和容器侧壁都有压强,它的大小与哪些因素有关呢?液体内部有没有压强?
液体从瓶子的侧壁孔中喷出 压强计
演示实验:探究液体内部压强的特点
1.实验器材:压强计、水、盐水、大烧杯、刻度尺
答:手压橡皮膜,保持一段时间压力不变,观察U形管两端液面高度差是否变化。
探头没有浸入水中,U形管内液面不平,应怎么处理?
答:从水中取出探头,剪掉胶管接头处,重新接好。
2.实验方法:控制变量法、转换法、等效替代法。
①控制变量法:液体内部的压强与多个因素有关,每次只能研究与一种因素的关系。
②转换法:将U形管压强计的探头放入液体中,根据U形管两管水面的高度差判断液体压强大小。
(3)等效替代法:液体的压强等效橡皮膜受到的压强。
3.实验步骤:
(1)把探头放进盛水的容器中,看看液体内部是否存在压强。保持探头在水中的深度不变,改变探头的方向,看看液体内部同一深度各方向的压强是否相等;
现象:观察到U形管两侧液面高度差__不变__。
结论:同种液体内部同一深度,向各个方向的压强都相等。
(2)增大探头在水中的深度,看看液体内部的压强和深度有什么关系;
现象:观察到U形管两侧液面高度差变大(选填“变大”或“变小”),经过多次实验,观察到同样的现象。
结论:同种液体内部压强,深度越深,压强越大。
(3)换用盐水,保持探头在清水和盐水中的深度相同,液体内部的压强是否与密度有关。
水 盐水
现象:观察U形管两侧液面高度差,在盐水 (选填“盐水”或“水”)中的高度差大。
结论:深度相同时,液体密度越大,液体内部压强越大。
4.实验结论:液体压强的特点:
(1)液体内部向各个方向都有压强;
(2)在同一液体内的同一深度,各个方向的液体压强大小相等;
(3)同种液体内部的压强随深度的增加而增大;
(4)在相同深度时,液体密度越大,液体压强越大。
5.应用:
(1)潜水员下潜深度为什么会有限制?
答:因为同种液体中液体压强随深度增大而增大,人下潜越深人受到的海水压强越大,当外部海水压强远大于人体内部压强,人会发生危险。
(2)拦河坝截面为什么设计成上窄下宽的梯形?
答:因为同种液体中液体压强随深度增大而增大,因此在水下深度越大对坝体的液体压强越大,深度大的地方需要修宽些以增加抗压能力。
(3)为什么深海鱼类被捕捞上岸后会死亡?
带鱼等深海鱼类长期生活在深海当中,内脏器官适应了深海中巨大的压强。一旦离开海洋,由于外界压强的忽然降低,内脏器官会爆裂而导致死亡
总结:液体压强有如下特点:
(1).液体对容器底部和侧壁有压强。2).同种液体内部同一深度,向各个方向的压强都相等。3).同种液体内部压强,深度越深,压强越大。(4).深度相同时,液体密度越大,液体内部压强越大。
问题:液体的深度核密度是如何影响液体压强的大小呢?
二、液体压强的大小
1.液体内部压强的大小:
通过上述实验探究,我们知道液体的压强与液体的密度和深度有关,那么液体内部压强到底怎么计算呢?
要想知道液面下某处的压强,可用模型法:设想该处有一个水平“平面”,这个平面以上的液柱对平面的压力等于液柱所受的重力。计算液柱对平面的压强。
设液体的密度是ρ,液柱截面积是S,液柱的高度为h.
设该平面在液面下的深度为h,平面的面积为S,则:
液柱的体积 : <Object: word/embeddings/oleObject1.bin>;
液柱的质量: <Object: word/embeddings/oleObject2.bin>
液柱对平面的压力: <Object: word/embeddings/oleObject3.bin>
平面受到的压强: <Object: word/embeddings/oleObject4.bin>
因此,液面下深度为 h 处液体的压强为:
液体压强的计算公式:p=ρgh ,其中“ρ”是液体的密度,“h”是物体所处液体中的深度。
注意:深度是指被研究点到液面的垂直距离,从液面往下看;而高度是指从视觉平面往上看。[来2.液体压强公式:<Object: word/embeddings/oleObject5.bin>的的理解和运用:
(1)只适用于静止的液体内部压强的计算
(2)液体的压强只与液体的密度和深度有关,而与液体的质量、体积、重力、容器的底面积、容器形状均无关。
(3)计算时要统一单位:p---Pa;ρ---kg/m3;g---9.8N/kg;h---m。
3.计算液体对容器底的压力和压强问题:
一般方法:首先确定压强<Object: word/embeddings/oleObject6.bin>;其次确定压力<Object: word/embeddings/oleObject7.bin>
特殊情况:压强:对直柱形容器可先求F,用<Object: word/embeddings/oleObject8.bin> ;对直柱形容器<Object: word/embeddings/oleObject9.bin>
压强公式p=F/S与p=ρgh的比较
三、连通器
1.连通器:上端开口、下端连通的容器叫做连通器。
2.连通器的特点:连通器里装同种液体,当液体不流动时,连通器各部分中的液面总是相平的。
思考:为什么当液体静止时,连通器中的各个部分液面总是相平的。
在连通器中,设想在容器底部连通的部分有一“液片AB”:
液体不流动时:液片AB 处于平衡状态
液片两侧受到压力相等:F1=F2 而F1=P1S ; F2=P2S
所以液片两侧受到压强相等:p1=p2
又因p1 =ρgh1 p2 =ρgh2; ρgh1 =ρgh2
所以h1=h2 。 即:两管液面相平。
3连通器的应用:茶壶、锅炉水位计、乳牛自动喂水器、船闸等都是根据连通器的原理来工作的。
过路涵洞 喷泉 洗手盆水管
茶壶的壶嘴与壶体组成连通器 乳牛自动喂水器 锅炉外面的水位计组成连通器
三峡船闸——世界上最大的人造连通器
三峡双线五级船闸,规模举世无双,是世界上最大的船闸。
三峡的人字闸门宽20.2m,高38.5m,重8.67×105Kg,是目前世界上最大的巨型闸门。船闸运行过程中,闸门要在36m深的水中转动,需要克服2.7×1036N的阻力。这扇巨型闸门的开合,是利用液压技术实现的。
五级船闸 闸门 闸室
讨论交流:一艘轮船由上游通过船闸往下游
甲:打开上游阀门A,闸室 乙:闸室水面上升到和上游水面相平
和上游水道构成了一个连通器. 后,打开上游闸门,船驶入闸室.
丙:打开下游阀门B,闸室和 丁:闸室水面下降到跟下游水面相
下游水道构成了一个连通器. 平后,打开下游闸门,船驶向下游.
课堂小结
课堂练习
1.(2020株洲)竖直放置一矿泉水瓶子,并在侧壁钻A、B、C、D四个一样大小的小孔,打开瓶盖,往瓶中注满水,水将从瓶孔喷出。水喷出速度最大的是从哪一个小孔喷出的( )
A.A孔 B.B孔 C.C孔 D.D孔
【答案】D
【解析】根据液体压强的特点p=ρgh,密度一定时,深度越深压强越大,故D孔水喷出速度最大,故ABC不符合题意,D符合题意。故选D。
2.(2020 毕节)下列说法中,错误的是( )
A. 小轿车使用安全带和安全气囊是为了减小惯性
B. 鞋底做有凹凸不平的花纹是为了增大有益摩擦
C. 高压锅煮食物熟得快是因为锅内气压高液体沸点高
D. 学校食堂的锅炉和其外面的水位计组成一个连通器
【答案】A
【解析】A.惯性大小只与物体的质量有关,人的质量不变,其惯性不变,故使用安全带和安全气囊不是为了减小惯性,而是为了减小由于惯性带来的危害,故A错误,符合题意;
B.鞋底刻有凹凸不平的花纹是为了在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大有益摩擦,故B正确,不符合题意;
C.水的沸点与气压有关,气压增大时,水的沸点升高;煮食物时高压锅的气压比普通锅内的气压高,所以水沸腾时高压锅内的温度高于普通锅内的温度,温度越高,食物熟得越快,故C正确,不符合题意;
D.水位计上端和锅炉炉身的上端都是开口的,底部是连通的,所以锅炉与外面的水位计组成一个连通器,故D正确,不符合题意。故选A。
3.(2020遂宁)三峡大坝是集防洪、航运、发电于一体的世界最大水利枢纽,坝体高185m,最大蓄水深度175m,坝体建有多个泄洪深孔,每个泄洪深孔大小为63m2,通过开启闸门泄洪,蓄满水时深孔距水面平均深度30m,则每个泄洪深孔的闸门受到水的压力是______N(g=10N/kg)。
【答案】1.89×107
【解析】由题意知,通过开启闸门泄洪,蓄满水时深孔距水面平均深度30m,此时泄洪深孔受到海水的压强为
<Object: word/embeddings/oleObject10.bin>
因为,坝体建有多个泄洪深孔,每个泄洪深孔大小为63m2,则每个泄洪深孔的闸门受到水的压力是:<Object: word/embeddings/oleObject11.bin>
4.(2020北京)如图所示,用隔板将容器分成左、右两部分,隔板下部有一个圆孔用薄橡皮膜封闭。当在容器左、右两部分注入不同深度的水时(水面位置如图中虚线所示),橡皮膜发生了形变,形变情况是向______侧凸起;产生这种现象的原因是______。
【答案】(1)左 (2).液体压强随深度的增加而增大
【解析】 [1]由图可知,到橡皮膜位置右侧水的深度比左侧水的深度大,橡皮膜向左凸起。
[2]根据p=ρgh,因为水的密度相等,右侧水深度大,所以右侧水对橡皮膜的压强大,根据F=pS,因为受力面积相等,右侧水对橡皮膜的压强大,所以右侧水对橡皮膜的压力大,使得橡皮膜向左侧凸起。
5.(2020宜昌)如下图所示,一个空塑料药瓶,瓶口扎上橡皮膜,瓶口朝下竖直地浸入水中,橡皮膜受到了水向_____的压强,大小为_____Pa。(g=10N/kg,ρ水=1×103kg/m3)。
【答案】 (1). 上 (2). 1000
【解析】[1]液体内部向各个方向都有压强,瓶口朝下竖直地浸入水中时,橡皮膜就受到了水向上的压强。
[2]根据液体压强公式,可知此处液体压强的大小为:<Object: word/embeddings/oleObject12.bin>
6.(2020天水)在“探究液体压强的特点”实验中,小明进行了如下的猜想:
猜想一:液体内部压强大小可能与液体深度有关。
猜想二:液体内部压强大小可能与液体密度有关。
猜想三:液体内部压强大小可能与方向有关。
为了验证以上猜想,小明进行了如图所示的操作:
(1)实验过程中探头受到的液体压强大小是通过_______________________反映的。
(2)为了验证猜想一,应选择________两组实验对比,可初步验证出猜想一是正确的。
(3)探究液体压强与液体密度的关系时,对比乙、丙两组实验,小明可得出的结论是:当液体深度相同时,液体的密度越大,液体的压强就越________。
【答案】 (1). <Object: word/embeddings/oleObject13.bin>形管两边液面的高度差 (2). 甲、乙 (3). 大
【解析】(1)[1]根据转换法,实验过程中探头受到的液体压强大小是通过<Object: word/embeddings/oleObject14.bin>形管两边液面的高度差反映的。
(2)[2]为了验证猜想一,即研究液体内部压强大小可能与液体深度有关,要控制液体密度相同,故应选择甲、乙两组实验对比,可初步验证出猜想一是正确的。
(3)[3]探究液体压强与液体密度的关系时,对比乙、丙两组实验,丙中<Object: word/embeddings/oleObject15.bin>形管两边液面的高度差大,小明可得出的结论是:当液体深度相同时,液体的密度越大,液体的压强就越大。
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