知识要点
♥§一、压力:
♦(一)压力的概念:
1、定义:垂直作用在物体表面上的力叫做压力。
2、压力产生的条件:物体之间相互接触且相互挤压;
3、压力的方向:压力的方向总是垂直于物体的受力面且指向受力物体内部;
4、压力的作用点:压力的作用点在被压物体的受力面上,(作用点等效作用在接触面中心)。
【说明】①压力并不都是由重力引起的,通常把物体放在桌面上时,如果不受其它力,则压力F=物体的重力G。
②固体可以按原来的方向大小不变地传递压力。
③重为G的物体在承受面上静止不动,下列情况下所受压力的大小为:
♦(二)实验:影响压力作用效果的因素:
1、实验原理:物体受到压力发生形变量越大,压力的作用效果越明显。
2、实验方法:
①运用控制变量法,分别控制压力和受力面积两个变量。保持受力面积不变,改变压力的大小,观察受压物体形变的大小;保持压力大小不变,改变受力面积大小,观察受压物体形变的大小。
②用海绵的凹陷程度来反映压力的作用效果,运用了转换法。
3、实验中应明确的问题:
①实验中,各器材的作用是什么?
海绵:通过海绵发生的形变显示压力作用的效果(这里运用了转换法)。
砝码:改变压力的大小。
小桌:改变受力面积。
②实验中,为什么选用海绵,而不选用木板?
因为这个实验是通过受力物体的形变程度来体现压力的作用效果,海绵之类的物体形变程度较明显,而木板等一些较硬的物体形变程度不明显,故选用海绵而不选木板。
♥§二、压强:
♦(一)压强的概念:
1、压强的定义:在物理学中,物体所受压力的大小与受力面积之比叫做压强。
2、压强的公式:通常用F表示压力,S表示受力面积,P表示压强,那么p=F/S。
3、压强的单位:在国际单位制中,力F的单位是N,面积S的单位是m²,所以压强P的单位是N/ m²,读作牛每平方米,它有一个专用的名称叫帕斯卡,简称帕,符号为pa. 1 pa=1 N/ m²,它表示每平方米面积上受到的压力为1N。
4、压强的物理意义:压强是用来表示压力作用效果的物理量。压强越大,压力产生的效果越明显。
5、对压强公式的几点说明:
① p=为压强的定义式,适用于所有物体间压强的计算(无论是气体、液体还是固体)。
②用此公式计算时,各物理量的单位必须统一,其单位分别是P——pa, F——N, S——m2。
♦(二)增大或减小压强的方法:
1、增大压强的三种方法:
①当压力一定时,减小受力面积;
②当受力面积一定时,增大压力;
③同时增大压力和减小受力面积。
2、减小压强的三种方法:
①当压力一定时,增大受力面积;
②当受力面积一定时,减小压力;
③同时减小压力和增大受力面积。
♥§三、液体的压强;
♦(一) 液体压强产生的原因:
1、液体由于受到重力作用,所以对支撑它的容器底产生压强;
2、液体由于具有流动性,所以对阻碍它流动的容器壁产生压强;
3、液体由于流动而在液体内部相互挤压,所以液体内部向各个方向都产生压强。
♦(二)液体压强的特点:
1、液体内部向各个方向都有压强;
2、液体的压强随深度的增加而增大;
3、在液体内部的同一深度,液体向各个方向的压强都相等;
4、液体内部压强的大小还跟液体的密度有关,在深度相同时,液体的密度越大,压强越大。
♦(三)液体压强的大小:
1、液体压强的公式P=ρgh。式中P为液体的压强,ρ为液体的密度,g取9·8N/kg或10N/kg,h为液体的深度。
2、对液体压强公式的几点说明:
①应用该公式时,各物理量统一用国际单位制中的单位,式中g取9·8N/kg或10N/kg,h的单位是m,ρ的单位是kg/m³,压强P的单位是pa.
②公式中,h表示液体的深度,深度是由上往下量的,是指自由液面到计算压强的那一点之间的竖直距离。
③从液体压强公式P=ρgh可以看出,液体的压强只与液体的密度和深度h有关,而与液体的体积、质量、容器的形状及底面积的大小无关。
④公式P=ρgh只适用于静止液体,不适用于固体、气体和流动液体。
♦(四)液体压强计:
♦(五)连通器:
1、定义:上端开口,下端连通的容器叫连通器。
2、连通器原理:当连通器中装有同种液体(例如水)且不流动的时候,连通器各部分中的液面高度总是相同的。
【如果在连通器中装有同一种液体,那么在液体不流动时,各容器内在同一水平面的压强均相等】
连通器水面相平的原因:如图所示,
设想容器底部有一薄塑料片CD,当液体不流动时,薄片CD处于静止,则其受力平衡,即F左=F右,F左是薄片左边的液体对它的压力,F右是薄片右边的液体对它的压力。可知P左·S左=P右·S右,对于薄片CD,其受力面积一定,即S左=S右,故P左=P右,由液体压强公式得:ρ左gh左=ρ右gh右。当连通器里注入的是同种液体(例如水)时,ρ左=ρ右,得:h左=h右,即液面(水面)相平。
若连通器中装有不同种液体,则液体静止时,液面高度不一定相等。
这里有三种情况:①如果装入的两种液体密度大小相同,则液面最终会相平;②如果两种液体密度大小不同,但相互间可互溶,可构成均匀的混合液,则液面依然相平;③如果连通器里装有密度不同的且不混合的液体,连通器液面不相平。例如,如图所示,一U型管下端有一个阀门,阀门开始时关闭,U型管一侧装有煤油,另一侧装有水,并且两液面相平,那么当把阀门打开时,将会发现密度大的水将向密度小的煤油一方流动,直到阀门所受两边液体的压力(压强)相等。
当液体静止时,密度小的煤油的液面高、密度大的水的液面低。
3、连通器的应用非常广泛(略)。
♥§四、大气压强:
♦(一)大气压强产生的原因:空气像液体一样受到重力作用,且具有流动性,所以大气内部向各个方向都有压强。
♦(二)大气压强的定义:大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强,简称大气压。
♦(三)大气压的存在:马德堡半球实验有力的证明了大气压强的存在。
♦(四)大气压强的测量:托里拆利实验准确地测出了大气压的值。
1、托里拆利实验方法和原理:在长约1m、一端封闭的玻璃管里灌满水银,用手指将管口堵在,然后倒插在水银槽中,放开手指,管内水银面下降到一定高度时就不在下降,水银处于静止。玻璃管内水银面的上方是真空,管外水银面的上方是空气,此时的大气压强等于管内的水银柱产生的压强,因此只要测出管内外水银面的高度差,就可以求出大气压的数值。
2、对托里拆利实验的几点说明:
①管中要充满水银,不能混有气泡。若管中混入了少量空气,由于这部分空气也有压强,管内外水银面的高度差会减小,则测得的大气压强会偏小。
②水银柱的高度是指管内外水银面的竖直高度差。
③管内水银柱的高度只随外界大气压的变化而变化,而与管的粗细、长度、形状等均无关。
④玻璃管管口在水银槽内的深度不影响实验结果,稍稍上提或下按玻璃管,只能改变管内水银柱上方真空部分的体积,而水银柱的高度不变。
⑤用管内外水银面的高度差表示大气压强的大小,运用了转换法。
♦(五)大气压强的单位:帕斯卡(Pa);常用单位还有厘米水银柱(cmHg)、毫米水银柱(mmHg),标准大气压等。
通常把等于760mm水银柱产生的压强叫做标准大气压。1标准大气压=760mmHg=1.013
10⁵pa.
♦(六)影响大气压强的因素:【大气压强与空气的密度有关,密度越大,大气压强越大。】
1,大气压强是由于大气层受到重力作用而产生的,离地面越高的地方,大气层越薄,大气压强越小。在海拔3km以内,每升高10m,大气压强就约减小100 pa
2,大气压强还会随着湿度、温度、季节等因素的变化而变化,湿度越大,大气压强越小(因为水的分子量小于空气的平均分子量,在温度相同的情况下,所以湿度越大,空气的密度越小,大气压强越小);温度越高,大气压强越小(因为空气具有热胀冷缩性质,所以温度越高,空气的密度越小,大气压强越小)。
(七)大气压强的应用:
1、虹吸现象自动引水:如图所示是虹吸现象原理图(A容器中的水通过虹吸管自动流入B容器)。在管中取一竖直液片S,设液体对该液片的压强分别为p左与p右,p₀为大气压,则p左=p₀-ρ水gh左,p右=p₀-ρ水gh右,由于引水左管侧的水面比出水管一侧的水面高,故h左<h右所以p左>p右.即液片所受液体向右的压强大于向左的压强.从而液片向右流动.由于液片是任取的,故管中水在水平段自左向右运动,自动引水.入水管侧液面高于出水管侧液面,而且管子内始终充满水且不漏气,则管中的水流不会停止.
【注意】虹吸管在使用前必须充满水,否则两端管口都受大气压作用,而无法使水进入管中,当然水就无法流动起来了.
2、家禽自动喂水器:家禽自动喂水器盘子中的水面总能保持不变.
如图所示,把一个装满水的酒瓶倒立在装着水的盘子里,使瓶颈浸没在盘内水面下,就做成了一个简便家禽自动喂水器.它的工作原理是:瓶内水柱产生的压强远小于外界大气压,当瓶口浸入水中时,瓶口内外的压强相等,水不会流出
.当家禽饮水使盘子里的水面下降而水瓶口刚露出水面时,空气可以从瓶口进入瓶内,使瓶内压强大于外面大气压强,瓶内的水就会流出.升高盘里的水位,使瓶口重新没入水中,直至瓶口内外压强相等时,水就停止流出.所以只要瓶内有水,盘里的水就能自动地得到补充,实现家禽自动喂水.
3、牲畜自动饮水器:如图所示,是一种牲畜饮水用自动装置.
图中A为水箱底盖,B为一竖杆,C为一横杆,左端以铰链固定,D为浮子,E、F为饮水槽.底盖A平时顶住水箱出水口,一旦饮水槽中的水被牲畜饮用后,水位下降,浮子D随着下降,使底盖A下移打开槽内出水口,水自动流入饮水槽,使水位上升直至底盖A顶住出水口.
♥§五、流体压强与流速的关系:
♦(一)流体的概念:物理学中把具有流动性的液体和气体统称为流体。
♦(二)流体压强与流速的关系:在气体和液体中,流速越大的地方,压强越小。
♦(三)气体压强与流速的关系:
①在物体表面的空气的流速越大,物体受到的压强越小;物体表面的空气流速越小,物体受到的压强越大。
②对同一物体来说,物体相对的两个表面受到的压强不同时,它们受到的
压力也不同,物体就会向压强较小的一方运动。
♦(四)飞机的升力:飞机的机翼上表面弯曲,下表面比较平,当飞机飞行时,空气相对飞机向后运动,气流被机翼分成上下两部分,机翼上方气流速度较大,对机翼表面的压强较小;机翼下方气流的速度较小,对机翼下表面的压
强较大。这样机翼上下表面就存在着压强差,因而有压力差,这就在机翼上产生了向上的升力。所以,飞机起飞前要在跑道上加速滑行一段距离。
如果机翼的前缘稍向上仰,机翼上下方的压强差会更大,所产生的升力也会更大。
♥§六、压强的计算:
♦(一)计算液体产生的压力和压强时采用的方法步骤:先用P=ρgh求出压强,再用F=PS求出压力。
♦(二)计算固体产生的压力和压强时采用的方法步骤:一般是先求压力,再求压强。对于放在水平桌面上的物体,对桌面的压力F=G,用p=F/S求出压强。
注意:
①在装有液体的容器中,求液体对容器底部的压力、压强遵循液体压力、压强的规律,根据公式P=ρgh算出液体对容器底的压强,在根据F=PS算出液体对容器底部的压力;
②计算容器对水平桌面的压力、压强遵循固体压力、压强的规律,压力等于容器及所装液体的重量和,受力面积是容器底部和桌面的接触面积,压强用p=F/S求出。