在压强的学习过程中经常遇到求固体压力、压强和液体压力、压强,或是对固体压力、压强和液体压力、压强进行比较的问题,同学们一般易把固体和液体的压力、压强混淆。下面总结了利用不同的压强公式进行计算、分析的一些规律性的知识,希望能帮助大家解决此类问题。
1 利用不同的压强公式进行计算、分析
(一)公式P=F/ S是压强的定义式,同时适用于计算固体、液体、气体的压强。
(二)固体、压力压强的问题:
用公式 P=F/ S 计算,求解的关键是确定受力面积的大小和弄清压力大小。
(1)计算压力、压强:一般先求(比较)压力F,再用P=F/S求(比较)压强大小。
(2)计算中应注意下列几点:
①公式中F是压力,而不是重力;只有放在水平面上的物体,物体对水平支持面的压力大小等于物体的重力大小,即F=G物。
②公式中S是受力面积,而不是其他面积。
③在国际单位制中压强单位是pa,用公式计算时,单位要统一,特别是面积单位必须用m2。
例1 小明观察家中的平底茶杯放在水平桌面时的情形,如***1所示。思考:将茶杯空着正放在桌面上对桌面的压力和压强分别为F1和P1,将它倒扣在同一桌面上对桌面的压力压强分别F2和P2,他猜想F1与F2和P1和P2间的关系如下,请你帮他判断,正确的是( )
A.F1>F2、P1=P2
B.F1=F2、P1>P2
C.F1<F2、P1=P2
D.F1=F2、P1<P2
思路解析 杯正放与倒扣在水平桌面上,对于这两种情况下,杯子对桌面的压力不变,都等于杯子的重力(因为是在水平桌面上,所以F=G),但是正放与倒扣的杯子跟水平桌面的接触面积不同,正放的杯子受力面积是杯底的表面积,而倒扣杯子的受力面积只是杯口边缘面积,远远大于倒扣杯子面积,这道题在于分析这两种放法的受力面积的变化,再用P=F/S判断出压强大小。答案选D。
(三)液体压力、压强的问题:
公式p=ρgh只适应于计算静止液体产生的压强大小和柱体对水平面的压强。
液体压力、压强的问题, 液体压强p只与液体的密度ρ,液体的深度h有关,与液体的重力、体积、形状等因素无关,所以在比较液体压强的大小时 ,要抓住液体的密度ρ和液体的深度h这两个量来分析,一般通常先利用公式p=ρgh找出压强,再确定受力面积S,利用F=PS求出压力大小。所以在解答时首先应分清楚是固体还是液体压强,确定先求压力F还是先求压强P。
(1)容器内(理解为液体压强):在计算液体对容器的压强和压力问题时,先用P=ρg h求出压强大小,再用F=PS求压力。
(2)容器外(理解为固体压强):在求解容器对水平支持面的压力F和压强P时,先用F=G1+G2+…求压力(即压力的大小等于容器和所装物体的总重力),再用P=F/S=G/S求压强大小。
(3)柱体对水平面的压强:也可用公式p= ρgh计算。
(4)利用公式计算液体压强计算中应注意下列几点:
①p= ρgh中ρ表示液体的密度,h表示液体的深度,g是常数;
②ρ 的单位一定要用kg/ m3 ,h的单位要用m,计算出的单位才是Pa;
③h表示深度,而不是高度。深度表示该点到自由液面的竖直距离,即深度是从上往下量的,高度是指液体中某点到底部的竖直距离,即高度是从下往上量的;
例2 如***2,3个容器所盛液体的重力相等。A和B中盛水,C中盛酒精,B和C中液面相平,那么,三个容器中液体对瓶底的压强PA、PB、PC相比较( )
A.PA=PB>PC B.PA>PB>PC
C.PA>PB=PC D.都相等
思路解析 液体压强p只与液体的密度ρ,液体的深度h有关。与液体的重力、体积、形状等因素无关。答案B。
例3 如***3,放在水平桌面的某容器内装有500mL的水,容器质量忽略不计,水面高h1为8cm,容器高h2为10cm,容器底面积为50cm2。
求:水对容器底的压力和压强、容器对水平桌面的压强(g取10N/kg)
思路解析 要计算出水对容器的压力(理解为容器内的压力压强问题), 必先求出容器受到水的压强p,由p=ρ gh可知,水对容器底产生的压强为p水=ρ 水gh1=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.08m=8×102Pa。水对容器底的压力为F水=p水S=8×102Pa×50×10-4m2=4N。
则容器对桌面的压强(理解为容器外的压力压强问题):因为放在水平桌面,所以F=G
答案:8×102Pa、4N、103Pa
题中的h2=10cm对本题的计算没有作用,是本题中的“干扰因素”,在解答计算题中要及时排除,要进行计算,不可盲目套用公式;分清容器内还是容器外压力压强问题,确定液体压强还是固体压强。
例4 (柱体对水平面压强)三个同种材料做成的圆柱体,竖直放在水平桌面上,如***,对桌面压强最大的是( )
A.甲 B.乙 C .丙 D .三个一样大
解:因为放在水平桌面上,所以F=G。由P=F/S得: P=FS =mgS=ρvgS =ρgh,且同种材料,则密度ρ相同,而丙的h最大,即压强也最大,选C。
思路解析 柱体压强p只与柱体的密度 ,柱体的高度h有关。
2 液体对容器底部的压力与液体重力的关系
液体对容器底部的压力F与液体压强p、受力面积S有关。在求解液体对容器的压强压力问题时 ,先求压强p(用p=ρ g h求出压强大小),再求压力(用F=pS)。容器内的液体的重力(G=mg)与液体对容器底部压力F是两个不同的力,大小通常不同:在重相同、底面积相等、外形不一样的甲、乙、丙三个容器中,装入同样高h的同一种液体,如***5所示,当如***乙的容器中时,则二者大小相同(F=G);***甲中,由于容器侧壁承担了一部分液体重力,则液体对容器底部压力F小于容器内液体重力(F<G);***丙中,由于容器侧壁对液体有向下的压力,则液体对容器底部压力F大于容器内液体重力(F>G)。
所以可得出一个规律:
上下粗细一样的容器,液体对容器底的压力等于液体本身的重力(F=G);
下端粗的容器,液体对容器底的压力比液体本身的重力大(F>G);
下端细的容器,液体对容器底的压力比液体本身的重力小(F<G)。
例5 如***6,置于桌面上甲、乙的两容器,甲底面积大于乙底面积,所盛水等重、同深,两容器的重力相等,则(1)容器对桌面的压力比较F甲__F乙;容器对桌面压强相比较P甲__P乙;(2)
水对容器底的压强相比较P甲__P乙;水对容器底的压力相比较F甲__F乙。(填<;=;>)
思路解析 题中(1)是固体压力压强问题,(2)是液体压力压强问题中。
答案:=;<;=;>
在压强这一部分知识的学习中,掌握一些规律,弄清以上问题对分析固体、液体压力压强有很大的帮助。
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