如何计算液体的压强?
◇学生提问
如图所示,桌面上放有甲、乙两个鱼缸,同学们观察、比较后提出下列说法,其中正确的是( )
A.鱼缸甲对桌面的压力小,缸中鱼受到水的压强大
B.鱼缸甲对桌面的压力大,缸中鱼受到水的压强小
C.鱼缸乙对桌面的压力小,缸中鱼受到水的压强小
D.鱼缸乙对桌面的压力大.缸中鱼受到水的压强大 老师,我能判断出鱼缸甲对桌面的压力大,因为鱼缸甲中的水多;但两缸中鱼的深度是否一样,怎样计算并比较水的压强呢? ◇问题探究
深度h是指从自由液面竖直向下到某点的距离(重要性:★★) 老师:别急,一般情况下,计算液体压强可利用专用公式,但前提是要搞清楚什么是深度。
学生:嗯,这个知识点我就有点晕!从图中我能看出,两条鱼处于同一水平高度;它们与鱼缸底之间的距离相等;它们与水面之间的距离却不相等。是根据鱼的水平高度来确定深度,还是根据鱼到缸底或水平的距离来确定深度呢?
老师:你分析得很细致,深度的确是我们初学液体压强时容易混淆的一个概念。简单地说,深度表示的距离是指液面以下某个位置,比(与空气接触的)自由液面低了多少,即深度是指从自由液面竖直向下到某点的距离。我们往往把某点比容器底高出的距离当成深度了,这是要特别注意的地方!
液体压强的计算公式是p??gh(重要性:★★★★) 学生:嗯,我明白了,乙鱼缸中的鱼与水面之间的距离大于甲鱼
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缸中的鱼与水面之间的距离,是乙鱼缸中的鱼深度深。那老师,涉及深度的压强公式在第22讲中您让我推导出了一个p??hg,是用来简单计算规则固体的,是这个公式吗?
老师:液体压强的专用公式形式上与你说的推导式类似。
学生:哦,那就是说,液体压强公式是通过另一途径得来的?我想知道这个公式是怎么得来的。
老师:好,我们一块来推理!如图所示,假设在水面以下深度为h处有一水平圆液片,其面积为S。你想想,这个液片受到的竖直向下的压力有多大?
学生:这个压力是它正上方的液体产生的吧?大小应该等于它正上方一直到液面的液体所受的重力。哦!老师,我发现这部分液体相当于一个圆柱体呀!
老师:对!你能推导出压力的表达式吗?
学生:液片受到的压力可用上面液体的重力计算出
F?G?mg??Vg??Shg
老师:很好,那你再用压强定义公式算算压强。 学生:液片受到的压强
p?F?Shg???hg SS老师:你真棒!液体的压强公式就是这样推导出来的,一般写作
p??gh。这也与液体压强的规律相吻合,即液体压强的大小只跟液体的密度和在液体中的深度有关!
学生:老师,我通过计算两压强的比值就能比较甲、乙两缸中鱼受到的压强!
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p甲p乙??gh甲h甲=<1 ?gh乙h乙所以选项B正确
老师:非常好!你不光学会了怎样计算压强,还悟出了通过计算某个物理量的比值,来比较这个物理量大小的方法!
你再来看看下面这道题目,用液压公式p??gh好不好比较? 如图所示,两只相同的烧杯分别装有质量相等的煤油和水,则两只杯子底部受到液体的压强应该是( )
A.p甲>p乙 B.p乙>p甲
C.p甲=p乙 D.无法判断
学生:能是能,但太麻烦了,有简单些的方法吗?
老师:你想想,由于烧杯中的液体是圆柱体,烧杯内受到的压力与液体的重力有什么关系?你能想出新办法吗?
学生:噢!我知道了,象这种柱形容器中的液体,对容器底的压力就等于液体的重力!那比较或计算液体的压强也能用压强的定义公式p?F! SF甲p甲G甲mgS????1,所以两只杯子底部受到液体的压强
Fp乙G乙mg乙S相等!
◇学生笔记
计算液体的压强,一般利用公式p??gh;若能获知压力与受力面积,也可利用压强定义公式p?
F。 S3
注意事项:深度是指从自由液面竖直向下到某点的距离! ◇要点训练
1.如图一个装有水的容器放置在水平桌面上,下列关于液体压强的说法正确的是(g取
10N/kg)( )
A、a点所受的压强是200Pa B、b所受的压强是200Pa
C、a点所受的压强与容器底部所受的压强之比是1:4 D、b点所受的压强与容器底部所受的压强之比是4:5 答案:A、D
解析:a点的深度为2cm,所受的压强
pa??gha?1.0?103kg/m3?10N/kg?0.02m?200Pa
b点的深度为10cm-2cm=8cm,所受的压强
pb??ghb?1.0?103kg/m3?10N/kg?0.08m?800Pa
容器底的深度为10cm,所受的压强
p底??gh底?1.0?103kg/m3?10N/kg?0.1m?1000Pa
所以a点所受的压强与容器底部所受的压强之比为1:4 b点所受的压强与容器底部所受的压强之比为4:5 2.小华同学通过实验探究某液体内部的压强与深度的关系,根据实验数据绘出了如图所示的图像。
(1)该液体50cm深处的压强是___Pa。
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(2)该液体的密度是_____kg/m。
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答案:(1)6×10Pa;(2)1.2×10kg/m 解析:(1)由于该液体内部的压强与深度成正比,可从曲线图中选出曲线与网格相
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