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[!--downpath--]一、压力的概念
站在地面的人对地面的力跟杯子放在桌面上对桌面的力是类似的.
杯子对桌面有一个向上的斥力,这个力垂直作用在它所处物体的表面上,桌面是受力物体,一般被称为受力面,桌面所受的力称作压力。
杯子桌面受压力示意图
化学学中把垂直作用在物体表面上的力称作压力.
二、压力的三要素
1、压力的大小
(1)人站在地面上、茶杯置于桌面上,人对地面和杯子对桌面的压力都是重力形成的,压力的方向与重力的方向正好一致,所以,压力的大小跟重力的大小相等.即:F=G=mg
水平面上其它物体跟人站在地面上和杯子置于桌面上类似,压力的大小跟重力的大小也相等.
铁块桌面受压力示意图
(2)置于斜面上的物体,遭到要遭到重力、支持力、摩擦力三个力的作用.
同时物体对斜面同样也有压力,压力跟支持了是一对互相斥力,大小相等,但压力大于物体的重力.F<G
斜面受压力示意图
(3)在竖直墙壁上,外墙遭到压力方向跟物体遭到重力方向垂直,物体对墙壁的压力大小,取决于水平方向右手按压力的大小.F=F按
判定压力大小跟重力有没有关系,就要看受力面的受力情况来确定.
常见压力、重力的三种情况示意图
A、大小:压力不是重力。它们完全不是一回事!有时两者大小有一定关系,有时毫无关系。
2、压力的方向:跟受力面垂直.(做图时要标上垂足)
3、压力的作用点:在物体受力面上.
作用点:在受力物体的受力面上,不要画在施力物体上,通常情况下也不要画在受力物体的重心上。
三、压力的作用疗效
压力最常见的作用疗效就是使物体发生形变,因为受力面不同,形成的疗效有的很显著,有的不显著。
比如:冬天走在雪地上,会留下不同的痕迹,这种痕迹就是压力作用的疗效.
右图表明压力有时可以形成巨大的破坏力:
这个太厉害了!
实验表明压力的作用疗效不但跟压力的大小有关,还跟受力面积大小有关。
上图表示,压力能形成如何的疗效,只描述压力的大小还是不够的,只有同时考虑压力及受力面积能够决定形成哪些样的疗效。
实验采用了两种方式:
1、用海棉的凹坑程度来说明压力的作用疗效是转换法.
2、比较压力的作用疗效用控制变量法.
当受力面积相同时,压力越大,压力的作用疗效越显著。
当压力相同时,受力面积越小,压力的作用疗效越显著。
一、压强
1、压强的概念
在影响压力疗效的实验中,假如小桌对海棉的压力是12N,四条桌腿的面积是3cm²,每cm²的压力就是12N/3cm²=4N/cm².
为何要引入浮力这个概念呢?浮力这个概念是干哪些的呢?
浮力是拿来表示压力作用疗效的数学量。
如图所示:
假如小桌对海棉的压力是12N,桌面的面积是30cm²,每cm²的压力就是
12N/30cm²=0.4N/cm².
如图所示:
在化学学中,把物体所受的压力与受力面积之比称作浮力.
也就是说,浮力是物体单位面积上遭到的压力.
浮力表示压力的作用疗效.
2、压强公式:
p=F/S变式:F=pSS=F/p
3、符号的意义及单位
p——压强——帕斯卡(Pa)
F——压力——牛顿(N)
S——受力面积——平方米(m²)
4、压强单位的意义
由于:P=F/S所以,浮力单位是N/m²,
因为浮力的单位有专用的名称叫帕斯卡,简称帕。1Pa=1N/m²
所以:1N/m²称作1帕斯卡,也叫1帕.
比如:某物体遭到的浮力是100Pa,就表示物体每平方米的受力面积上遭到100N的压力。
用帕表示浮力的单位,是为了记念英国科学家帕斯卡.
帕斯卡
二、压强的估算
例题:
比较芭蕾舞艺人和小象对地面的浮力。
(1)芭蕾舞艺人体重475N,触地面积9.5cm²,估算芭蕾舞艺人对地面的浮力。
解:芭蕾舞艺人对地面的压力
F₁=G₁=475N,触地面积S₁=9.5cm²=9.5×10-4m²
按照浮力公式:
P₁=F₁/S₁=475N/9.5×10-4m²=5.
(2)小象体重,每只手掌的面积是600cm²,估算小象对地面的浮力.
解:小象对地面的压力F₂=G₂=,触地面积S₂=600cm²×4=0.24m².
按照浮力公式:
P₂=F₂/S₂=/0.24m²=2.5×105Pa.
由于P₁>P₂
所以,芭蕾舞艺人对地面的浮力比小象对地面的压强悍。
面积单位的换算与浮力的估算
一、面积的单位换算不同于宽度,但与厚度单位的换算又有一定的关系。
首先要记忆面积的单位之间的换算关系:
由于:
1m=100cm=
所以:
(1m)2=(100cm)2=()2
=1m2==
以上关系一定要理解清楚,记忆牢靠。
二、我们不但要记好公式:p=F/s,
同时还要会进行公式变型(知二求一):
已知浮力与面积求压力:F=ps
已知浮力与压力求面积:s=F/p
浮力与生活
生活当中有时我们要减少浮力,有时要减小浮力,怎么减小或减少浮力呢?
想减小或减少浮力就要晓得浮力跟哪些有关(压力与受力面积)
按照浮力的大小与压力与受力面积都有关系,所以我们可以通过减小压力、减小受力面积的方式来减小浮力或通过减少压力、增大受力面积的方式来降低浮力。看一下,上、下这4幅图中各是用哪些方式来实现的?
视频:减小与减少浮力的方式
三、增大与减少浮力的方式
按照“影响压力作用疗效”的实验推论和浮力公式P=F/S可以晓得:
减小或减少浮力有两种方式:
1、增大或降低压力
2、增大或减小受力面积
在通常应用中,往往是在压力一定时,通过减小或减小受力面积,来减小或减少浮力。
比如:
铲车有厚实的轮式和锋利的土铲
厚实的轮式减小了与地面的面积,降低了对地面的浮力。
锋利的土铲减少了铲对土的受力面积,减小了对土的浮力。
书包被带宽而扁
通过减小受力面积来减少对人手臂的浮力,挎包时觉得舒适些。
啄木鸟旳喙
啄木鸟坚硬狭长旳喙,减小了对树冠的浮力,容易获得食物。
“沙漠之舟”骆驼
骆驼体重不到马的2倍,而手掌却是马蹄子的3倍多,厚实的脚减少了对沙地的浮力,使骆驼不会陷得太深。
任何物体能承受浮力都有一定的限度,超过这个限度,物体才会受损。
封冻河面超过了承受浮力限度
【预习新知】
山峡水坝是世界上最大的水力发电工程,坝高185米,试验蓄水最高175米,为水力发电提供了巨大的浮力.
山峡水坝
蛟龙号是用抗压能力很强的厚厚板制成,它可以承受着深度为7000多米深处海水的压力.
蛟龙号
潜泳爱好者不须要非常防护,在浅水中潜游自如.
潜泳者
工程师把拦河坝设计成下宽上窄的形状,来承受水对坝底的巨大浮力,确保水闸安全。
帕斯卡用了几杯水,才能把盛满水的木盆撑破.
,
生活中跟水的浮力有关的事例好多,只要留心观察生活,会发觉好多类似的事例.
后面我们学过的液体浮力和大气浮力,都是液体或二氧化碳不流动时形成的浮力,它们都是因为液体或二氧化碳的重力和流动性形成。
比如:杯子中的水会对杯壁、杯底形成浮力;静态的大气会对浸没的物体形成浮力。
水空气
因为液体、气体具有流动性,在化学学中,把液体和二氧化碳也称为流体。
当液体、气体时会形成另一种浮力,比如:
流动的空气产生了风,会形成不同于大气压的另一种流体浮力;
狂风龙卷风
流动的湖水或自来水也会形成与它在静态时不一样的浮力。
湖水漩涡
不流动液体内部浮力跟液体的密度和深度有关;大气浮力跟海拔高度和天气有关。
这么,处于流动状态的液体和二氧化碳的浮力又是如何呢?
一、液体形成浮力的诱因
在上面的学习中晓得,固体遭到重力作用,对支撑它的物体形成压力,压力作用在一定面积上形成的疗效被称为浮力。
估算公式:P=F/S=G/S=mg/S
跟固体一样,液体也遭到重力作用,但是液体还具有流动性,所以液体对盛它的容器有浮力。
【观察与实验一】
如右图,在两端开口的玻璃管上端,用橡皮膜密封并用细线扎牢,从玻璃管下端管口注入适量的水,发觉玻璃管上端橡皮膜凹入.
实验说明:
液体对容器底有浮力.
【观察与实验二】
如右图,在啤酒瓶中注入黄色液体,分别在啤酒瓶侧壁不同的高度开一小孔,发觉黑色液体从啤酒瓶侧壁小孔喷吐,且小孔距液面越深液体喷吐就越远.
实验说明:
液体对容器侧壁有浮力;侧壁深度越大,液体的浮力就越大.
二、液体浮力规律
从后面实验中晓得,因为液体的重力和流动性,使液体对容器底和容器侧壁有浮力。
这么,液体内部会不会也有浮力呢?
为了探究液体内部是否有浮力大气压强的测量原理,实验室有专门的探究液体内部浮力的专用仪器:浮力计.
●认识浮力计
(1)构造如图
【温馨提示】
浮力计不是连通器.
浮力计是一端开口,另一端封闭的U形管、导管和用橡皮膜密封的探头构成;
连通器是下端开口上端连通的几个容器组成。
连通器
(2)工作原理
当探头橡皮膜遭到浮力作用时,U形管左右两边液面会形成高度差,液面高度差的大小反映了薄膜所受浮力的大小.这是学习数学学常用的“转换法”。
(3)浮力计的作用
浮力计是检测液体内部浮力的仪器.
【观察与实验三】
探究液体浮力与什么诱因有关.
●实验过程
(1)把探头放进盛水的容器中,发生了哪些现象?这说明了哪些问题?
(2)保持探头在水底的深度不变,改变探头的方向,发生了哪些现象?这说明了哪些问题?
(3)减小探头在水底的深度,瞧瞧液体内部的浮力和深度有哪些关系?
(4)换用其他液体(比如盐水、煤油),瞧瞧在深度相同时,液体内部的浮力是否与密度有关.
●实验反省
1.实验方式:
实验用控制变量法和转换法探究液体浮力规律.
2.实验前用拇指按压探头橡皮膜时,若U形管液面出现高度差且变化灵敏,说明实验装置配置合格,可以进行实验;
如右图所示:
当用拇指按压探头橡皮膜时,若U形管液面没有出现高度差或U形管液面高度差不显著,说明实验装置漏水,难以进行实验。
如右图所示:
2.液体内部浮力规律
(1)液体内部向各个方向都有浮力.
如右图所示:
(2)同种液体同一深度液体向各个方向的浮力都相等.
如右图所示:
(3)液体的浮力随深度的降低而减小.
如右图所示:
(4)液体的浮力与液体的密度有关.
如右图所示:
液体内部浮力的特征
探究:研究液体内部的浮力特征
器材的使用原理:假如液体内部存在浮力,置于液体里的薄膜都会变型,U形管的左侧液面都会形成高度差。
因为液体遭到重力的作用,而且具有流动性,所以液体不但会对容器的顶部形成浮力,并且会对容器的侧壁形成浮力,同时液体内部向各个方向都存在浮力。
影响液体浮力大小的诱因
请注意观察压力大小、橡皮膜的形状、深度的变化
实验表明:液体内部存在浮力,但是:
一、用液体内部浮力计可以侦测液体内浮力与液体的深度有关,深度越大,形成的浮力越大;
二、而且同一深度的情况下,液体的密度越大,形成的浮力也越大。
三、在同种液体的同一深度液体向各个方向的浮力都相等。
液体浮力的公式
一、那液体形成的浮力怎么估算呢,我们就要引出液体浮力的公式:
高中数学微课思路是这样的:先假定瓶子里的密度为ρ的液体中存在一个底面积为s、高度为h、且上表面与杯中液体液手相平的一个小液柱。如右图,我们把它当做一个固体来看待大气压强的测量原理,这么就可以借助固体的浮力公式进行估算浮力:
使用本公式时一定要注意单位要统一使用国际基本单位:
浮力p:pa密度ρ:kg/m3常数:g=9.8N/Kg深度h:m
二、还要注意的问题是:
要弄清“深度”一词的含意:某位置所处液体的深度是指该位置与自由液面之间的竖直高度差。如图所示:
本实验结合液体的浮力公式表明:物体遭到液体的浮力只与液体的密度和物体所处的深度有关,与液体的多少没有关系。
典型例题
如图所示,底面积和质量都相同的A、B两容器,装有质量相同的不同液体,置于水平桌面上,则液体对容器顶部的浮力pApB,容器对桌面的浮力pA′pB′。(均选填“大于”“等于”或“小于”)
【解析】
本题考查液体浮力的知识。由图知,VA>VB,质量相同,故ρA