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压力和压强
讲方法
一、压力和压强
1. 公式的应用
F
(1)压强的公式 p= 是一个通用公式, 可以用来求一切固体、 液体和气体的压强.
S
F
(2)压强的公式 p= =ρgh适用于横截面积一定的均匀规则实心物体 (正方体、长方体和圆柱体,体积
S
V=Sh),单独放在水平面上时求压强的大小.
2. 固体的叠放问题
G G +G
(1) 图3-2-1甲中, B对A的压强: p = B;A 对地的压强: p = A B;
B−A S A−其他 S
B A
G G +G
(2) 图3-2-1乙中, A对B的压强: p = A;B 对地的压强: p = λ B.
A−B S B→其他 S
B B
3. 容器对水平面的压力和压强
G +G
(1)F=G +G ;p= F = 全锥侧 ~ 浓适用于任何容器,放入液体时,容器对水平面的压力、压强大
棱锥侧 放∗ S S
小.
F G +G +(τ
(2)F=G +G +G ;p= = 棱锥侧 棱锥侧 3˚ 适用于任何容器,放入液体,放入物体时,且不受
浮解 浮 动水 S S
外界力时,容器对水平面的压力、压强大小, 如图3-2-2所示.
F G +G +G −F
(3)F=G +G ∗+G −F ;::ρ= = 汤 汤∗ 动水 10 适用于任何容器,放入液
汤 汤 动水 和 S S
体,放入物体时,且受到外界拉力时,容器对水平面的压力、压强大小,如图3-2-3所示.
F G +G +G +F
(4)F=G +G +G +F ;b= = 棱锥侧 底∗ 动∗ R 适用于任何容器,放入液体,
浮 动 动∗ 底 S S
放入物体时,且受到外界压力时,容器对水平面的压力、压强大小, 如图3-2-4所示.
二、液体压强
1. 柱形容器与非柱形容器的压力与压强
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(1) 固体、液体压力压强的求法:
F
①固体压力压强问题:一般先求压力 F =G (水平面上),然后用公式 p= 求压强.
E 8 S
②液体压力压强问题:由于液体对容器底部的压力并不一定等于液体的重力,所以在计算液体对容器底部的
压力压强时一般先用公式 p=ρ gh求压强, 然后用公式. F=pS求压力.
浓
只有当容器是柱形容器时,液体对容器底部压力等于液体重力,可以先求压力
F=G
后用公式求压强
吸
G
p= 浓.
S
(2)容器中液体对容器底的压力问题:
不规则容器中液体对容器底的压力问题解题思路:以容器底的两个端点为起点向上作垂线直至与液面相平,
容器底、两条辅助线和液面组成的封闭体积中全部装满液体,液体重力即为液体对容器底的压力, 如图3-2-5所
示.
(3)薄片脱落问题:
解题思路:中空且两端开口的玻璃筒,使用轻质的薄片挡住玻璃筒的下端后竖直插入某种液体中,往玻璃筒
中缓慢倒入另一种液体, 如图3-2--6所示,当玻璃筒内外两种液体对薄片产生的压强、压力相等时,薄片恰好脱
落,即 p =p ;F =F .
肉 外 肉 外
学思路
铺垫1
如图3-2-7所示,平底茶壶的质量是400g,底面积是40cm², 内盛0.6kg的开水, 放置在面积为 1m²的水平桌面
中央. g 取 10N/kg, 求: 茶壶对桌面的压强①.
铺垫2
如图3-2-8所示,往量杯中匀速注水直至注满.下列表示此过程中量杯底部受到水的压强p随时间t变化的曲
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线,其中合理的是 ( )
铺垫3
如图3-2-9所示,圆柱形容器中盛有适量的水,现把长方体物块A放入容器中,已知A的密度为(
1
0.6×10³kg/m³,高为 15cm, 底面积是容器底面积的 ,则物块A静止时浸入水中的深度为 cm,水对容器底
3
部产生的压强增加③ Pa (A 不吸水,g 取10N/kg).
压轴题
如图3-2-10所示,置于水平地面的薄壁容器上面部分为正方体形状,边长 l₁=4cm, 下面部分也为正方体形
状, 边长 l₂=6cm,容器总质量 m₁=50g,容器内用细线悬挂的物体为不吸水的实心长方体,底面积 S =9cm2,
肉
下表面与容器底面距离 l₃=2cm,上表面与容器口距离 l₄=1cm, 物体质量 m₂=56.7g.现往容器内加水,设水的质
量为 M, 已知 ρ =1.0×103kg/m3,g= 10N/kg.
水
(1) 当 M=58g时,水面还没有到达物体的下表面,求此时容器对水平地面的压强;
(2) 当 M=194g时,求水对容器底部的压力;
(3) 当 0≤M≤180g时,求出水对容器底部的压力F随M变化的关系式,并在图中作出F-M图象.
提能力
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1. 甲、乙、丙三个实心正方体分别放在水平地面上 (已知 V >V >V ),它们对地面的压强相等,若分别在
甲 z 丙
三个正方体上表面中央施加一个竖直向上、大小相等的力 F (力 F 小于物体重力),则三个正方体对水平地面的压
强关系是 ( )
A.p
p >p
甲 z 丙 甲 z 丙
C.p =p =p D.p =p >p
甲 Z 丙 甲 z 丙
2. 如图3-2-11所示,甲、乙两个正方体分别放置在水平地面上,它们各自对地面的压强相等.若分别在两个正
方体的上部,沿水平方向截去相同体积后,则甲、乙的剩余部分对地面的压力 F ' 和 F '、压强 p ' 和 p ' 的关系
甲 z 甲 z
是 ( )
A.F '>F ',p '>p '
甲 z 甲 z
B.F '>F ',p '=p '
甲 z 甲 z
C.F '>F ',p '
p '
甲 Z 甲 z
3. 在水平桌面上放有甲、 乙、丙、 丁四个底面积均为 0.01m²的薄壁空杯,其中甲图为柱形空杯,四个空杯
子对桌面的压强均为 100Pa,当在其中一个空杯中装入0.9kg的水后,水对杯底产生的压强为900Pa;则这个杯子
的形状可能是下图中的 (g取 10N/kg) ( )
4.如图3-2-12所示,两个底面积不同的圆柱形容器内分别盛有深度不同的液体,已知距容器底部均为h的A、
B两点的压强相等. 现将实心金属球甲、乙分别浸没在左右两液体中,均无液体溢出,此时A点的压强大于B点的
压强,则一定成立的是 ( )
A. 甲球的质量小于乙球的质量
B. 甲球的质量大于乙球的质量
C. 甲球的体积小于乙球的体积
D. 甲球的体积大于乙球的体积
5. 如图3﹣2﹣13所示,两个完全相同的细颈瓶,放置在水平桌面上, 甲瓶装水, 乙瓶装与水质量相等的盐
水,且都未溢出,则两瓶底受到液体压强的关系正确的是 ( )
A. p甲>pz
B. p甲pz
B.p p (ρ =0.8×103 kg/m³).
底 可逆 可逆
10. 在一个圆柱形容器内放入质量为640g、体积为 320cm³的实心圆柱形物体.现不断向容器内注入某种液
体,并测量注入液体的总质量m和所对应液体对容器底产生的压强p,多次测量的结果如下表所示.已知圆柱形物
体与容器底部不密合且不溶于液体,g 取 10N/kg,则液体的密度为 kg/m³.
m/g 50 100 150 200 250 300
p/Pa 1250 2500 2750 3000 3250 3500
11. 如图3-2-17 所示某豆浆机的主要结构由“机头”和外筒组成: 中间部位是一个带动刀头的电动机、一个
金属网和,一个金属圆环形状的电热管, 以上部分统称为“机头”. 外筒简化为空心圆柱体,不计筒壁厚度,截面
积 S₁=160cm², 深度 h₁=25cm.将刀头和电热管简化成一个实心圆柱体,如图所示,其截面积为 S₂=80cm²,
高为 h₂=20cm;此豆浆机工作时要求不超过最高水位线,最高水位线对应的容量为 1000mL.某次在豆浆机中装入
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一定量的水,当把机头安放好后发现水面刚好与最高水位线相平,则安放机头前,水对筒底的压强是
Pa(g=10N/kg).
12. 如图3-2-18甲所示,将U型管底C处阀门关闭,左右两边均灌些水,A、B两处水面的高度分别是
h₁、h₂(h₁⟩h₂),在打开阀门的瞬间,将看到的现象是:水将从左边流向右边,设想在C处有一竖直的薄液片,若
薄液片的面积为S,U型管左边水对薄液片的压力为 F₁,右边水对薄液片的压力为 F₂ (如图3-2-18乙), 试推证:
F₁>F₂.
13.如图3-2-19甲所示, 一个足够大、 粗细均匀的U形管,先在A管中注入密度为ρA的液体,再往B管中
l
注入密度为ρB 的液体. 当两管的液面高度差为 ρ 时 (l 为 B 液体液柱长度),管内液体处于平衡状态,如果再
B 2
1
往A管中注入液体C,已知 ρ = ρ ,欲使液体平衡时两管的液面恰好相平,应该注入液体C的液柱长度为多少?
C 2 B
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学思路
铺垫 1
答案 解:茶壶的重力: G =m g=400×10−3 kg×10N/kg=4N,
$ 全
水的重力:G水 =mxg=0.6kg×10N/kg=6N,茶壶对水平桌面的压力:
F=G +G =6N+4N=
10N;
水 吸
壶底面积: S=40cm²=40×10⁻⁴m²=4×10⁻³m²,茶壶对水平桌面的压强:
F 10N
p= = =2.5×103Pa.
S 4×10−3m2
答:茶壶对桌面的压强为2.5×10³Pa.
铺垫2
答案 B
解析 据图可知,木桶的形状是上宽下窄,所以在向木桶中倒水时,相同时间倒入相同质量的水,但水在木桶
中的增加的高度越来越小,所以根据p=ρgh可知,木桶底部所受的液体的压强的增加量也会越来越小,故 B是正
确的.
铺垫3
答案 9; 300
解析 (1)由题意知,A的密度小于水的密度,故 A 静止时漂浮,则 F =G,设 A 的底面积为S, A静止时浸入
浮
m
水中的深度为h₁, 由G=mg、 ρ= 和 F =ρgV 可得: ρ gSh =ρ gSh,即1
V 肉 和 水 1 A
.0×10³kg/m³×10N/kg×Sh₁=0.6×10³kg/rn³×10N/kg×S×0.15m,解得 h₁=0.09m=9cm;
(2)容器中水增加的深度:
1 1
h= h = ×0.09m=0.03m,
3 1 3
△p=ρg△h=1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.03m= 300Pa.
压轴题
答案解: (1) 当 M=58g时, 水面还没有到达物体的下表面,此时水可看做是柱体,
此时容器对水平地面的压力F=G= (M+m₁) g= (0.058kg+0.05kg) ×10N/kg=1.08N,容器的底面积
S₁=6cm×6cm=36cm²=3.6× 10⁻³m²,
F 1.08N
p= = =300Pa;
此 时 容 器 对 水 平 地 面 的 压 强
S 3.6×10−3m2
1
(2) 物体高度 h = (4cm + 6cm) - 1cm - 2cm=7cm,
物体体积 V =Sh=9cm²×7cm=63cm³,
m 56.7g
物体密度 ρ= 2= =0.9g/cm3=0.9×103 kg/m³,小于水的密度,物体在水里应处于漂浮状态;
V 63cm3
m m 194g
由 ρ= 得: 注入水的体积 V = = =194cm³,
V ρ 1g/cm3
容器下方正方体能够注水的体积: V =6cm× 6cm×6cm−9cm²×(6cm−2cm)=180cm³,所以容器中上
F
方正方体中水的体积 V =V −V =194cm³−180cm³=14cm³,
k T
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V 14cm3
容器中上方正方体中水的深度
h'= k = =2cm,
S −S 4cm×4cm−9cm2
± 梯
物体浸入水中的深度h"= (6cm- 2cm) + 2cm=6cm,
V ρ 0.9g/cm3 9 h h
如果物体完全漂浮, F =G,即 ρ gV =ρgV ,所以 动= = = = 差= 吸 ,
丙 水 和 V ρ 1g/cm3 10 h 7cm
水
解得h漫=6.3cm, 所以物体不会完全漂浮起来,容器中的水深 h =h +h'=6cm+2cm=8cm,水对容器底的
水 Γ
压强 p=ρ gh =1×103kg/cm3×10N/kg×0.08m=800Pa,
水 κ
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F
由 p= 得:
S
水对容器底的压力 F=pS₁=800Pa×3.6×10⁻³ m²=2.88N;
(3)当水面恰好达到物体下表面时,水的体积V=6cm×6cm×2cm=72cm³,
水的质量 m=ρV =1×10³kg/m³×7.2×10⁻⁵m³= 7.2×10⁻²kg,
当水的质量0gV >V ,可知地面受力面积 S >S >S ,现在三个正方体上表面中央施加一个竖直向
甲 z 丙 甲 z 丙
上、大小相等的力,压强的变化量: p p >p . 故选 B.
甲 z 丙
2. 答案 A
【解答】地面上放置的正方体物体,地面受到的压强:p=pgh,
因为两物体对水平面的压强相同,由图知h甲>hz,所以 ρ <ρ ;
甲 z
由沿水平方向截去相同体积△V后, S >S ,由V=Sh可知截去的高度关系: h p ';
甲 z
因为 F=pS, S甲>Sz,所以剩余的物体对水平面的压力: F '>F '.
甲 z
3.答案A
解析 水对杯底的压力 F=pS=9N,杯中水的重力G=9N,杯中水对底面的压力等于自身的重力,只有 A选项满
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足条件.
4. 答案 D
解析 设A 点到液面的距离是hA,B 点到液面的距离是hB,由图知: h >h , 因为 A、B两点的压强相等, 由
A B
p=ρgh, 得: ρ gh =ρ gh ,ρ h =ρ h ,因为 h >h ,所以 ρ <ρ ,金属球甲、乙分别浸没在A、B两液体中,
A A B B A A B B A B A B
设液面上升的高度分别为: △hA、△hB, A 点的压强大于 B 点的压强, 即: ρ g(h +h ) >ρ g(h '+h ), 因为
A A A B B B
ρ h =ρ h ,ρ <ρB, 所以. h >h ,由图知两容器的底面积 S >S ,两球浸没在液体中,液面上升的体积,即两球
A A B B A A B A μ
排开液体的体积 S h >S h ,因为两球排开液体的体积等于它们自身的体积,所以 V >V ,球的质量m=ρV,因为
A A B B 甲 z
不知道两球的密度关系,所以不能判断两球的质量关系.
故选 D.
5. 答案 A
解析 截去细瓶两侧半圆,那么细颈瓶可看作圆柱体和两个半圆这两部分,因为截去的半圆体积相等,但水的
密度小于盐水的密度,所以有水的半圆的质量小于有盐水的半圆的质量.因为他们总的质量相等,所以有水的圆柱
体的质量大于有盐水的圆柱体的质量,即 F甲>Fz,又因为 S =S ,所以说.p甲>pz.
甲 z
6. 答案 B
解析 铝块,铁块分别浸没在水和酒精中后液体的深度分别为 h甲和hz, 根据 p=ρ液gh,
p =p ,ρ gh =ρ gh ,将两金属块取出后, 因为两金属块体积相等,量筒完全相同,所以两液面下降的高
甲 z1 水 甲 汤 z
1
度相同设为h.这时液体压强分别为: p =ρ g(h −h)=ρ gh − ρ gh=p −ρ gh,p =ρ g(h −h)=ρ
甲 底 甲 水 甲 ∗ 甲 ∗ z 浮 z 汤
gh −ρ gh=p −ρ gh,因为P甲1= pz1, ρ水>ρ酒, 所以p甲p ,由公式p=T/s可得:
水 可逆
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(m −m)g (m −m)g (4kg−m)g (2.4kg−m)g
浓 > 追 , 代入数据得: > ,整理可得: △m>0.8kg;
S S 0.02m2 0.01m2
衣 可逆
抽出液体的质量范围: 0.8kg<Δm<2.4kg.
10.答案 1.25×10³
p 2500Pa
解析 由p=km可得 k= = =2.5 ×10⁴Pa/kg,,液体压强公式 p=pgh进行比较整理得
m 0.1kg
S
全
−S
φ
=S
浓
=gk=10N/kg×2.5× 10⁴Pa/kg=4×10⁻⁴m², (1) 由第3、4次试验的数据可知,液体对容器底
m g 0.5N
的压强增大了250Pa, 则 p= 差 =250Pa,所以 S = =2×10−3m2,(2) 由 (1) 得 S =S
S 浮 250Pa 外 合
合
V 3.2×10−4m3
−4×10⁻⁴m²=2×10⁻³m²−4×10⁻⁴m²=1.6 ×10⁻³m², h = = =0.2m.因为第二次注入
外 S 1.6×10−3m3
液体时,物体恰好浸没在液体中,则有 h =h =0.2m,则由液 体压强公式 p₂=ρ液 gh液,
放 外
2.5×103Pa
ρ = =1.25×103kg/m3.
放 10N/kg×0.2m
11. 答案 562.5Pa
解析 机头到筒底距离为 h =h −h =25cm-20cm=5cm, 外筒底部的容水体积为
下 1 2
S h =160cm2×5cm=800cm3,机头及周围的空间体积为 V =V −V =1000cm3− 800cm³=200cm³,机
1 下底 ± 丁
头周围的容水体积为 V =12V =12×200cm3=100cm3,所以整筒水的体 积为 V =V +V =800cm3+
上底 ⟂ F 上底
V 900cm3
100cm³=900cm³,拔出机头时水的深度为h = = =5.625cm=0.05625m,所以外筒底部受到的压强为
S 160cm2
1
p = ρgh = 1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.05625m=562.5Pa.
12. 答案 因为 h₁>h₂,由液体压强p = ρ液 gh,可得 ρ gh >ρ gh ,所以小液片左右两边的压强p₁>p₂, 由
水 1 底 2
F
p= 得:液体压力.F= pS,而同一个小液片左右面积相等,所以小液片左右两边所受水的压力 F₁>F₂.
S
2
13. 答案 l
3
l
解析 由题意可知: ρ ×g× =ρ ×g×l即: ρ =2ρ .如图乙所示,要使左右两管液面相平,则注入的液柱
A 2 B A B
1 2
长度为x,则有:ρB ×g×l=ρ ×gx(l−x)+ρ ×g×x. 又: ρ = ρ . 解得: x= l.
A c C 2 B 3
11