压力和压强

压力和压强是初中物理的重点内容之一,它一方面和前面学过的密度、力、二力平衡等知识联系紧密,另一方面与后面的浮力联系较大.所以历来是同学们学习的难点.压强的概念较为抽象,为让同学们较好地理解本章的知识,观察好各种实验是关键.现将本章的主要内容和部分典型例题归纳如下,相信能使同学们有所收获.

一、压强、固体的压强

(一)压力

1.垂直作用在物体表面上的力叫压力.当两个物体相互接触并且发生挤压作用时就有压力产生.

2.压力的方向总是指向受力的物体并垂直于被压物体表面.

3.压力不是重力,它们是性质不同的两种力.

(1)压力是由于相互接触的两个物体互相挤压发生形变而产生的;而重力是由于地面附近的物体受到地球的吸引而产生的.

(2)压力的方向可以向上,可以向下,也可以沿水平方向,即只要指向物体表面并垂直于物体表面即可;而重力的方向总是竖直向下.

(3)压力可以由重力产生,也可以与重力无关,当物体放在水平面上且无其他外力作用时,压力的大小在数值上等于物重.

(二)压强

1.压强的定义:物体单位面积上受到的压力叫压强.压强是用来比较压力作用效果大小的物理量.“单位面积”应理解为“单位受力面积”,是指施加压力的物体与受压力的物体互相接触并挤压的面积.

2.压强的定义式p=F/S,适用于固体、液体和气体.压强的单位符号是Pa,1Pa=1N/m2.用该公式分析问题时切忌不能单纯用数学观点去分析得出压强与压力成正比,与受力面积成反比的错误结论,应注意当满足压力F不变这一条件时,压强与受力面积成反比才成立.

3.增大和减小压强的方法:在压力一定时,用增大(或减小)受力面积的方法来减小(或增大)压强;在受力面积一定时,用增大(或减小)压力的方法来增大(或减小)压强.

二、液体的压强

1.液体的压强是由于液体受重力的作用且液体有流动性产生的.但液体压强的大小与液体重力大小无关,即一定重力大小的液体可以产生不同的压力、压强.

2.液体对容器底部和侧壁都有压强,液体内部向各个方向都有压强、液体的压强随深度的增加而增大;在同一深度,液体向各个方向的压强都相等;不同液体的压强还跟它的密度有关.

三、气体的压强

(一)大气压

大气对浸没在它里面的物体产生的压强叫做大气压.马德堡半球实验证明了大气压的存在,而且很大.

(二)大气压的测定及测定仪器

1.测定出大气压数值的实验是托里拆利实验.

2.常用水银气压计、金属盒气压计(无液气压计)测定大气压.

(三)大气压的单位

除了用国际单位制中压强的单位帕斯卡来表示外,压强单位还常用厘米汞柱、毫米汞柱和标准大气压来表示.1标准大气压

=76cmHg=760mmHg=1.01×105Pa.

(四)大气压的变化及对沸点的影响

1.大气压随高度的增加而减小,但减小是不均匀的.

2.大气压随天气而变化,一般说来晴天的大气压比阴天高,冬天的大气压比夏天高.

3.一切液体的沸点都是气压减小时降低,气压增大时升高.

(五)大气压的应用

活塞式抽水机和离心式水泵都是利用大气压的作用来工作的.

(六)气体压强跟体积的关系

在温度不变时,一定质量的气体体积越小,压强越大;体积越大,压强越小.

四、流体的压强和流速的关系

液体和气体统称为流体,流体的流速越大,压强越小.

五、例题解析

例1已知木块重力为G,所受作用力F,问在图中支持面MN所受压力各为多大?

解析在图a中,MN所受的压力Fa=G,b中MN所受的压力Fb=F+G,c中MN所受的压力Fc=F.

评注压力和重力是两种不同的力,压力和重力在数值上不一定相等,在有些情况下压力和重力相等(如图a),有些情况下压力大于重力(如图b),有些情况一下压力小于重力(如放在斜面上的物体对斜面的压力),有些情况下甚至与重力毫无关系(如图c).

例2把一 长10cm、宽10cm、厚 5cm的铁块,平放在 1m2的水平桌面上,求桌面受到的压强.如果把铁块沿着如图所示的虚线纵向锯掉一半(并取走),那么铁块对桌面的压强和压力有何变化?如果将铁块水平横向截去一半(并取走),情况又如何?

解析铁的密度ρ=7.8×103kg/m3.

所以铁块的质量m=ρV=7.8×103kg/m3

×0.1m×0.1m×0.05m=3.9kg,

铁块对桌面的压力F=G=mg=3.9kg

×9.8N/kg=38.22N,

压强p=F/S=38.22N/(0.1m×0.1m) =3.822

×103Pa.

把铁块沿虚线纵向锯掉一半,铁块的重力减少一半,对桌面的压力也减小一半,铁块的体积减小一半,它与桌面的接触面积也减小一半,根据公式p=F/S,其对桌面的压强不变.

把铁块水平横向截去一半,铁块的重力减小一半,对桌面的压力也减小一半,但它与桌面的接触面积未变,根据公式p=F/S,其对桌面的压强亦减小一半.

例3向墙壁上按图钉,已知图钉帽的面积是1cm2,图钉尖的面积是0.05mm2,手对图钉帽的压强是2×105Pa,求图钉尖对墙壁的压强.

解析手对图钉帽的压力F帽=p帽・S帽=2

×105Pa×10-4m2=20N.

手对图钉帽的压力等于图钉尖对墙壁的压力,即 F尖=F帽=20N,

从而,图钉尖对墙壁的压强

p尖=F尖/S尖=20N/(0.05×10-6m2)=4×108Pa.

例4封冻的江河水面能够承受的最大压强是7×105Pa,一辆20t的坦克能够在冰面上行驶吗?(每条履带跟地面的接触面积是2m2)

解析坦克对冰面的压力F=G=mg

=1.96×105N,

受力面积S=2m2×2=4m2,

对冰面的压强p=■=■=4.9

×104Pa

例5如图所示,甲、乙、丙三个完全相同的圆柱体竖放在水平地面上,若把乙、丙中的阴影部分切除后,试比较甲、乙、丙对水平地面的压强大小.

解析圆柱体对地面的压强p=■=■

=■=ρgh.

从上式可知截面积不变的柱体对水平支承面的压强与柱体的体积粗细、柱重等无关,只与柱体的高度、密度有关.

甲、乙、丙是同种物质,密度相同,高度相同,由p=ρgh可知甲、乙对地面的压强相等,丙中的柱体(部分)bcde产生的压强与甲、乙相等,但acde部分产生的压强大于bcde部分产生的压强.由此可知p甲=p乙

例6如图所示的容器内装有水,试比较A、B、C各点由液体产生的压强pA、pB、pC的大小.

解析由于液体的密度相同,本题关键是弄清A、B、C各点的深度.深度是指从自由液面到该处的竖直距离,从图中可知

hA=15cm-5cm=10cm=0.1m,

hB=15cm=0.15cm,

hC=15cm-10cm=5cm=0.05m,

故pB>pA>pC.

例7如图所示,平底茶壶的质量是0.4kg,它的底面积是4×10-3m2,内盛0.6kg的开水,水面高度在图中已标出,放置在面积为1m2的水平桌面中央.试求:(1)由于水的重力而使水对茶壶底部产生的压力.(2)茶壶对桌面的压强.(g=10N/kg)

解析水对容器底部的压强和压力本质是液体的压强和压力,应该分别用公式p

=ρ液gh、F=pS,而茶壶对桌面的压强和压力本质是固体的压强和压力,应该分别用公式,p=F/S,F=G.

(1)p=ρ液gh=1000kg/m3×10N/kg×0.12m

=1.2×103Pa,

F=pS=1.2×103Pa×4×10-3m2=4.8N.

(2)F ′=G总=(0.4kg+0.6kg)×10N/kg=10N,

p′=F ′/S=10N/4×10-3m2=2500Pa.