八年级物理专题三 压强与浮力 上海科技版(12页).doc

-初二物理专题三：压强与浮力上海科技版【本讲教育信息】一、教学内容：专题三：压强与浮力二、考点点拨：1. 掌握浮力，压强基本知识，进而形成系统的知识体系。2. 同学经过系统的学习，形成解答问题的基本思路。能够在解决实际问题时联系运用所学知识解答问题，提高解答问题的能力。三、跨域障碍1、浮力巨型的轮船为什么会漂在水平面上而不下沉，热气球为什么会腾空而起，这些现象都与浮力有关。液体和气体对浸入其中的物体有竖直向上的托力，物理学中把这个托力叫做浮力。浮力产生的原因：液体对物体向上和向下的压力差。，方向竖直向上2、阿基米德原理浸在液体里的物体受到竖直向上的浮力，浮力的大小等于被物体排开的液体受到的重力大小。表达式：   注意：公式 中， 是液体的密度，不是物体的密度；是物体排开的液体的体积，而不是物体的体积，仅当完全浸没时，才有 与，有关，当一定时，与物体的运动状态，形状，密度无关。阿基米德原理也不适用于气体，物体在气体中所受浮力的大小： 3、物体的浮沉（4）漂浮：F浮G物体的一部分浸入液体中说明：（1）物体上浮、下沉是运动过程，此时物体受非平衡力作用。下沉的结果是沉到液体底部，上浮的结果是浮出液面，最后漂浮在液面。（2）漂浮与悬浮的共同点都是浮力等于重力，在平衡力的作用下静止不动。但漂浮是物体在液面的平衡状态，物体的一部分浸入液体中。悬浮是物体浸没在液体内部的平衡状态，整个物体浸没在液体中。上面是物体的浮沉条件的一种表述合力表述；物体的浮沉条件还有另一种表述密度表述。结合合力所述与阿基米德原理，我们可以证明如下：（1）当物体漂浮时，F浮G物又因为F浮液gV排 G物物V物g所以液gV排 物V物g也就是液V排 物V物由于物体处于漂浮状态，其必然有一部分体积露出水面，也就是说V排V物，所以液物。（2）当物体上浮时，F浮G物又因为F浮液gV排 G物物V物g所以液gV排物V物g也就是液V排 物V物由于物体处于上浮状态，还没有露出液面外，其必然全部浸没有液体中，也就是说V排 V物，所以液 物。（3）当物体悬浮时，F浮G物又因为F浮液gV排 G物物V物g所以液gV排 物V物g也就是液V排 物V物由于物体处于悬浮状态，其必然全部浸没在液体中，也就是说V排 V物，所以液 物。（4）当物体下沉时，F浮G物又因为F浮液gV排 G物物V物g所以液gV排 物V物g也就是液V排 物V物由于物体处于下沉状态，其必然全部浸没在液体中，也就是说V排V物，所以液 物。如图所示，在盛水容器中，有4个体积完全相同的物体：A是一浮于水面的正方体木块；B是用线吊着浸没在水中的长方体铁块；C是悬浮在水中的空心钢球；D是圆台形石蜡块，它沉于容器底面并与容器底无缝隙紧密结合，试比较分析A、B、C、D所受浮力的情况. 点拨：A、B、C、D四个物体，虽然它们的形状不同，组成的物体种类不同，有的是实心的、有的是空心的，浸入水中的深度也不同，但这些不同条件跟浮力的大小均无关，所以无需加以考虑. 浮力的大小只跟液体的密度与排开液体的体积有关. 因为它们是浸在同一种液体中，所以浮力的大小由 而定，但D物体与容器底紧密结合，故浮力为零. 由此可知，此题中A、B、C、D四个物体所受浮力大小可以用下式来表示，即 。例2、体积相等的甲、乙两物体，其密度分别是0.8×103千克/米3和1.2×103千克/米3，同时投入水中，静止后所受浮力之比为_；如果甲、乙两物体的质量相等，则在水中静止后所受浮力之比为_.点拨：该题应首先分析判断密度不同的甲、乙两物体在水中静止所处的不同状态，然后根据不同状态下的不同特点，运用合适的公式求解.甲的密度r甲0.8 ×103千克/米3，小于水的密度，故甲投入水中后上浮直到静止后漂浮在水面，由浮体性质可知，甲所受的浮力与甲的重力相等，即F甲G甲.乙的密度r乙1.2×103千克/米3，大于水的密度，故乙投入水中后下沉直至静止在容器底部，运用阿基米德原理可求出其所受的浮力：F乙r水gv排甲所受浮力：F甲G甲r甲gV甲乙所受浮力：F乙r水gV排r水gV乙而甲、乙的体积相等：V甲V乙，甲、乙所受浮力之比为：如果甲、乙两物体不是体积相等而是质量相等，则根据同样的分析方法可解得：甲所受浮力：F甲G甲m甲g乙所受浮力：F乙r水gV排r水g 而甲、乙质量相等，即m甲m乙，所以甲、乙所受浮力之比：即：应填4:5 ; 6:5.例3、如图所示，在烧杯中漂浮着一块冰，冰中夹着一小块石子。当冰完全熔化为水时，水面将如何变化？点拨：冰化成水，原来冰所排开水的体积被水占据，只要分析清楚冰未化成水前占有的体积V1、冰化成水的体积V2之间的关系，即可得知水面的变化情况。若V1V2，水面不动；V1V2，水面上升；V1V2，水面下降。如果水面漂浮的是纯净的冰块，它的重力G冰gV，排开水的体积为V1，有冰gV水gV1；冰化为水后，水的重力等于冰的重力，有冰gV水gV2。可以看出V1V2。冰化为水后水面既不上升也不下降，液面高度不变。4、压力物理学中将垂直作用在物体表面上的力叫做压力。例如：物体放置在水平面上时，物体对地面的压力垂直于两个物体接触的表面当物体放置在斜面上时，此时物体受到的压力也是垂直两个物体接触的表面。注意压力的大小并不一定等于重力5、压强压强：物理学中，把单位面积上所受到的压力大小叫做压强即 物理上用p表示压强，用F表示压力，用S表示受力面积。压强的单位为力和面积的单位合成，在国际单位制中，力的单位是“牛顿”，面积的单位是“米2”，压强的单位是“牛米2”。该单位读作“牛顿每平方米”，也叫做帕斯卡，简称帕，用字母“Pa”来表示。1帕=1牛米2，表示“每平方米面积上受到的压力是1牛顿”。从中我们可以发现影响压力作用效果即压强的因素是压力大小和受力面积6、增大和减小压强的途径与方法生活中往往会有增大压强和减小压强的实际应用例如：图钉做的针很尖，菜刀很薄。刀子很锋利，这都是通过减小受力面积增大压强；再如用力大和用力小时，图钉进入墙的难易程度不同。用力大时，压强大。通过以上增大压强的例子，我们发现，减小受力面积，增大压力可以增大压强。同理如果减小压强的话，也就从这两个方面考虑。例如：修建高楼大厦，必须加宽地基，以减小楼房对地面的压强。7、液体压强由于液体有重力，所以液体内部向下存在压强，由于液体具有流动性所以液体向气体方向也具有压强。由实验可知：液体内部向各个方向都有压强；压强随深度的增加而增大；但在同一深度，液体向各个方向的压强相等。液体内部压强可由下式计算：pgh应用这个公式时要注意以下三个问题：（1）该公式只计算静止的液体所产生的液体内部的压强，不包括液面上大气所产生的压强。（2）公式中为液体的密度，h表示液体的深度（指研究点到液面的距离）而不是距容器底部的高度。（3）使用此公式时，只有h用米做单位，以千克/米3做单位，求出的压强单位才是帕斯卡，（g为常数，等于9.8牛顿/千克）。8、连通器里如果只有一种液体，在液体不流动的情况下，各容器中的液面总保持相平，如果连通器里装有密度不同的两种液体，当液体不流动时，密度大的液体的液面总是低于密度小的液体的液面。9、帕斯卡原理及其应用液压机是由两个大小不同的液缸组成的，两个液缸里各有一个可以滑动的活塞，如果在小活塞上加一定值的压力，根据帕斯卡定律，小活塞将这一压力通过液体的压强传递给大活塞，将大活塞顶上去。设小活塞的横截面积是S1，加在小活塞上的向下的压力是F1。于是，小活塞对液体的压强为。根据帕斯卡定理：能够大小不变地被液体向各个方向传递”。大活塞所受到的压强必然也等于p。若大活塞的横截面积是S2，压强p在大活塞上所产生的向上的压面积是小活塞横截面积的倍数。10、空气对浸在它里面的物体所产生的压强叫大气压强，简称大气压。（1）大气压强的实验测定：托里拆利实验。（2）标准大气压值：在纬度45°的海平面上，温度是0时，相当于76厘米水银柱高的大气压，叫标准大气压。76厘米汞柱（760毫米汞柱）1.01×105帕斯卡（国际单位）1.013千克/厘米3（工业大气压）（3）大气压强随高度升高而减小，大约每升高12米，大气压强降低1毫米汞柱，这是由于空气的密度随高度升高而减小的缘故。（4）由于大气的深度h不可测定，且大气的密度又随高度而变化，所以大气的压强不能用液体压强的关系式来计算。常用气压计来测量。（5）一切液体的沸点，都是气压减小时降低，气压增大时升高。例4、将图所示的长方体，从中间切开变成完全相同的两块，并将一块按照图中所示放在另一块的上面。若长方体放在水平桌面上，则长方体对桌面的前、后两次压强之比P1：P2为（    ）A. 2：1                 B. 1：2              C. 1：1              D. 1：4点拨：切开前后，长方体对桌面的压力不变，均等于重力G。切开前，长方体压桌面时的受力面积为S；切开后，长方体只有一半压桌面，受力面积减为S/2。由此可知，p1G/S；p22G/S；p1p212。选项B正确。若分析切开后两块长方体之间的压强，则受力面积只是相互接触的一部分，比S/2还要小。当然，此时压力也为G/2。应当注意：受力面积是物体承受压力的实际面积，而不是受压物体的总面积。例5、如图所示的托里拆利实验装置中，下列哪种情况能使玻璃管内外水银面的高度差发生变化（  ）. A. 将管倾斜B. 将玻璃管变粗C. 向水银槽中加入少量水银D. 外界大气压发生变化点拨：管内水银柱产生的压强和外界大气压相等。当外界大气压不变化时，管内外水银面的高度差h就不会发生变化，所以，当管倾斜时，管内水银虽然增多，但管内外水银面的高度差不会变化；向水银槽中加入少量水银后，槽中水银面和管内水银面同时升高，管内外水银面高度差仍然不变；只有当外界大气压发生变化时，管内外水银面的高度差才会发生变化，所以答案为D. 例6、在如图所示的质量相等的三个容器中，分别装入高度相同的同种液体。已知三个容器的下底面积相同。则容器底部受到水的压力的关系为F甲_F乙，F乙_F丙，F丙_F甲。点拨：由液体内部压强公式pgh可知，三个容器内装有同种液体，相同；液体的高度相同，也就是下底的深度h相同。结论是三个容器底部的压强p相同，压力Fp·S也相同。很容易看出，底面积相同而形状不同的容器内，装有液体的质量、重力是不同的。甲容器内的液体重力G甲最大，丙容器内的液体重力G丙最小。为什么G甲G乙G丙，而F甲F乙F丙呢？由下图可以看出，容器乙的侧壁是直立的，其底部受到的压力F乙p乙SghS。容器乙内液体的重力G乙gV乙，V乙hS。所以乙容器下底受到的压力与液体的重力相等。容器甲下底受到的压力F甲p甲SghS。容器甲内液体的重力G甲gV甲。hS为虚线内的体积，V甲hS，所以G甲F甲。从物理的角度讲，虚线外部的液体压在侧壁上，使下底部承受的压力比液体的重力小。容器丙下底受到的压力为F丙p丙SghS。容器丙内液体的重力G丙gV丙。可以看出hSV丙，所以G丙F丙。从物理的角度讲，侧壁对水有斜向下的压强，使下底受到的压力加大。 【模拟试题】（答题时间：60分钟）1、我国的道路交通安全法已于2004年5月1日正式实施. 据交通管理部门的统计. 有70的道路交通安全事故是由于车辆超限超载引发的，车辆超限超载还是造成公路受损严重的原因之一. 根据以上情况请回答： （1）由于汽车超载，使得汽车对路面的 增大，而汽车与路面的接触面积几乎不变，因而所产生的 增大而导致路面容易损毁. （2）要对机动车进行限速原因是 。2、一块长方体橡皮，重为0.3N，侧放于水平桌面上时，它与桌面的接触面积是1×103m2，如图所示。它对桌面的压强是 Pa。若沿ab方向竖直向下切去一块，则剩余部分对桌面的压强 （填“变大”或“变小”或“不变”）、橡皮的密度 （填“变大”或“变小”或“不变”）。 3、如下图，A为边长10厘米的正方体，重5牛顿，B为粗糙水平面，F为竖直作用在A上的力，大小为6牛顿，则图甲中B受到的压强是_帕斯卡，图乙中B受到的压力为_牛顿。4、设长方体砖块的三条棱长之比为124，如果将两块砖A、B按下图方式置于水平地面上，则砖块A对砖块B的压强与它们对地面的压强之比pApB_；砖块A对砖块B的压力与它们对地面的压力之比FAFB_。5. 一个边长为L米的正方体没入水中，其上表面离水面h米，那么水对这个正方体上、下表面的压强差等于_帕斯卡。6. 三个直径相同的木球、铜球、铁球放入水中，静止后的位置如图所示，则受到浮力最小的是_球，可以肯定_球是空心的。7. 把三个体积相同的铁球，分别放入煤油、水和水银中，受浮力最大的是在_中的铁球；受浮力最小的是在_中的铁球。二、选择题1. 如图所示，小鱼口中吐出的气泡在升至水面的过程中，体积会逐渐变大，则气泡受到的浮力和气泡内气体压强的变化情况是（ ）A. 浮力不变，压强不变 B. 浮力变小，压强变小C. 浮力变大，压强变大 D. 浮力变大，压强变小2. 如图所示，打捞江底的沉船，下面采取的措施，不合理的是（ ）A. 使沉船与水底淤泥尽量分离B. 使用费力的机械把沉船拉起来C. 清除船体中的泥沙，使船变轻D. 将浮筒与船绑在一起，再排出浮筒内的水 3. 把一只空玻璃杯的杯口朝下，竖直按入水中，在杯子按入水中的过程中则（ ）A. 杯内充满水 B. 水不能进入杯内C. 水进入杯中，杯中空气压强越来越小D. 水进入杯中，杯中空气压强越来越大4. 潜水艇在海底航行时排水量为m1kg，在海面上航行时排水质量为m2 kg，设海水的密度为kgm3，试确定下列说法哪些正确（ ） A. 它在海底航行时所受浮力等于（mlm2）g N B. 它在海底航行时所受的压力差是（m1m2）g NC. 当潜艇在海面上航行时，水中部分的体积为 m3D. 要使潜艇潜入海水中要充入（m1m2）kg的海水5. 如图所示，将系于绳端质量相等的铁桶和实心铁球同时浸没在水中，静止在图示位置，绳子对它们的拉力F1和F2的大小关系是：（ ）A、F1 F2 B、F1F2 C、F1F2D、无法确定6. 如图所示，在水平桌面上的盛水容器中漂浮一个质量分布均匀的正方体木块，若将木块露出水面的部分截去并取走，那么（    ）A. 木块余下部分下沉，容器底所受水的压强增大B. 木块余下部分上浮，容器底所受水的压强减小C. 木块余下部分上浮，容器对桌面的压强不变D. 木块余下部分不上浮也不下沉，容器对桌面的压强不变7. 如图所示，悬挂着的金属球A依次浸没在清水和浓盐水中，则A球两次所受浮力相比较是（    ）A. 两次的浮力一样大                   B. 浸没在盐水里受的浮力较大C. 浸没在清水里受的浮力较大     D. 条件不足，无法判断8. 把一根比重计先后放入三种不同的液体中，静止时如图所示，那么比重计在三种液体中受到的浮力（    ）A. 甲最大                           B. 乙最大C. 丙最大                                  D. 甲、乙、丙一样大9. 甲、乙两个实心金属球，它们的质量相同，其密度分别是5×103千克/米3和10×103千克/米3。甲球挂在甲弹簧秤下，乙球挂在乙弹簧秤下，并且让金属球全部没入水中，这时（    ）（多选题）A. 甲乙两球所受浮力之比是21B. 甲乙两球所受浮力之比是12C. 甲乙两弹簧秤示数之比是89D. 甲乙两弹簧秤示数之比是111210. 甲、乙两物体体积之比为21，它们都浮在水面上，浸入水中部分的体积之比为12，那么它们的密度之比及质量之比分别为（    ）A. 甲乙21，m甲m乙11B. 甲乙12，m甲m乙12C. 甲乙41，m甲m乙21D. 甲p乙14，m甲m乙1211. 同一木球漂浮在不同液面上，那么（    ）A. 浸没的体积较大时受浮力较大B. 露在液面上的体积较大时所受浮力较大C. 不论浸没的体积多大，所受的浮力一样大D. 不知木球是实心的还是空心的，因而无法判断浮力的大小三. 实验探究题1、小明同学用U形管压强计研究甲、乙两种液体内部的压强规律，记录实验数据如下表所示。（液体甲的密度小于液体乙的密度）液体甲液体乙实验序号金属盒深度/U形管两侧液面高度差/实验序号金属盒深度/U形管两侧液面高度差/1106410722011520133301563018（1）分析比较实验序号1、2、3（或4、5、6）的数据及相关条件，可得出的初步结论是： 。（2）分析比较实验序号 的数据及相关条件，可得出的初步结论是：在相同的深度处，液体的密度越大，液体的压强也越大。2、图甲中，小药瓶装满水，沉入水中；图乙中，小药瓶装有适量的水，停留在瓶里任何深度处（悬浮）；图丙中，小药瓶装有少量的水，放入杯底后，它上浮至水面。（1）图甲中，因为_，所以小瓶下沉。（2）图乙中，因为_，所以小瓶悬浮。（3）图丙中，因为_，所以小瓶上浮，直至水面。四、计算题1、把一块表面很干净的10×10cm2厚的玻璃板挂在弹簧测力计的下面，测得示数为2.5N，手持弹簧秤的上端，把玻璃板往下全部放入水中一定深度处，测得弹簧秤示数为1.5N，再慢慢提起弹簧秤，当玻璃板即将离开水面时，弹簧测力计的示数如图，玻璃板完全脱离水面后，弹簧秤示数回到2.5N。试回答下列问题：（1）玻璃板浸没在水中时受到的浮力是_N，玻璃板的密度为_ _。（2）小明发现，玻璃板即将离开水面时，弹簧秤的示数比玻璃板的重力大_N，这说明此时玻璃还受到方向向_的一个力。（3）关于这个力的来历，小明开展了探究。一开始小明猜想所受的是大气压力，但他很快否定了自己的想法，原因是玻璃板上表面所受的大气压力约为_N，但上、下表面受到的大气压力平衡。（4）小明仔细观察了玻璃板即将离开水面时，玻璃板与水面的接触情况，如图所示，由此他想到这个力可能是 。2、如图所示，用细绳竖直系住体积为3分米3的M物体，使它全部浸入水中而静止，此时绳对M的拉力为14.7牛顿，求：（1）物体受到多大的浮力？（2）M物体的密度为多大？【试题答案】1. （1）压力，压强。（2）在质量不变时，速度降低从而动能减小。汽车动能小，在相同制动力的作用下才容易刹车。2. 300 不变 不变 3. 1100    14. 21    125. 9800L6. 木    铜7. 水银   煤油二、选择题1、D 2、B 3、D 4、D 5、B 6. B              7. B              8. D9. AC               10. D             11. C   三、实验题1、（1） 压强随着深度的增加而增大（2）1与4或2与5或3与6均可2、（1）小药瓶所受重力大于它所受的浮力（2）小药瓶所受重力等于它所受的浮力（3）小药瓶所受的浮力大于它所受的重力。四、计算题1、（1）1、2.5×103/；（2）0.7、下；（3）1000；（4）分子间的引力2、（1）29.4牛顿     （2）1.5×103千克/米3提示：（1）物体所受浮力等于它排开液体的重力，根据它排开水的体积和水的密度即可求出所受浮力的大小；（2）因物体M全部浸入水中而静止，所以物体的重力等于浮力与拉力之和，有了物体的重力就可知其质量，再根据计算密度的公式即可求出密度。GF浮+F44.1（牛顿）-第 12 页-