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液體壓強大

教育 更新时间:2024-08-13 05:43:19

液體壓強是初中物理中的難點,也是中考必考的一個知識點。由于液體壓強涉及的知識點比較多,許多同學對此把握不夠準确,理解不夠深刻。鑒于此,我在此幫大家對液體壓強進行深入分析。

液體壓強及其本質

壓強是壓力的作用效果。因此,液體壓強的産生也來自于某種壓力。液體具有的流體特性決定了這種壓力包含兩個方面:

  • 液體重力産生的壓力。具有一定體積和質量的液體由于受重力作用,故對與其接觸的物體産生一種壓力。
  • 液體的流動性導緻的壓力。液體屬于流體的一種,具有流動性,故對阻礙其流動(散開)的物體産生一種壓力。

【注】上述兩種壓力不是孤立的,而是它們共同作用産生了液體壓強。

液體壓強的特點
  • 液體内部某一位置向各個方向産生的壓強均相等。這是由液體流動性所決定的特性。如圖1(a)所示,純水内部A點六個方向的壓強都相等。
  • 同一種液體,其内部壓強大小僅跟液體深度有關。這裡的“深度”指考察點到液面的豎直距離。如圖1(c)所示,計算液體對試管底部的壓強時應該根據h1,而不是h2。
  • 不同液體,在深度相同情況下,密度大的壓強也大。密度大的液體産生的壓力大,故其作用效果,即壓強也較大。如圖1(b)所示,鹽水密度較大,故B點壓強大于A點的壓強。

液體壓強大(物理博士給你剖析液體壓強)1

圖1 液體壓強特點示意圖

液體壓強的計算

1. 計算公式

液體壓強的計算公式有兩個,分别為:

① p=F/S; ② p=ρgh

其中,①式具有普适性,即可用于計算固體、液體和氣體的壓強;②式是由①式推導而來的,隻能用于計算液體和氣體壓強。

2. 公式②的物理意義

下面給出公式②的具體推導過程。如圖2所示,一容器内裝了一定量的某種液體,密度為ρ。現考察液體内K點處的壓強,設K點所處深度為h。

在此,選取一個形狀規則、底面積為S的豎直“液柱”(如,圓柱體、長方體等),其上底面位于液面,下底面恰好将K點包含在内,故該“液柱”高度也是h。根據液體壓強産生原理有:

p=F/S=(mg)/S=[ρ(S·h)g]/S=ρgh

由上,我們可得到以下結論:

(1) 公式②對應的物理模型是一個人為構造的形狀規則的豎直“液柱”,即液體内某點的壓強是由該“液柱”的重力産生的效果。

(2) 同一液體、同一深度處的壓強跟選取的“液柱”底面積大小無關。

液體壓強大(物理博士給你剖析液體壓強)2

圖2 液體壓強計算公式的"液柱"模型

典型習題舉例

如圖3所示,有三種不同形狀的容器内裝有同種液體,容器底面積均為S,液體高度均為h,設(a)、(b)、(c)三種容器内液體的重力分别為G1、G2、G3,液體對容器底的壓力分别為F1、F2、F3,試分析以下參數的大小關系:

(1) F1___F2 ;F2___F3; F1___F3

(2) F1___G1 ;F2___G2; F3___G3

液體壓強大(物理博士給你剖析液體壓強)3

圖3 (a)底小口大錐體;(b)圓柱體;(c)底大口小錐體

  • 解析:根據液體壓強計算公式p=ρgh可知,液體對三種容器底的壓強是相等的。又由p=F/S可知,液體對容器底的壓力F=p·S,故有F1=F2=F3。設三種容器液體體積分别為V1、V2、V3,則根據液體壓強公式的“液柱”模型可知,V1>S·h、V2=S·h、V3<S·h。上述關系式兩邊均乘以“ρg”得,F1<G1、F2=G2、F3>G3。
  • 答案:(1) =、=、= ; (2) <、=、>。
總結
  • 學習液體壓強,一定要把液體壓強産生的原因、兩個計算公式的使用範圍和條件理解透徹。
  • 液體壓強大小跟裝液體的容器形狀沒有關系,但在計算液體對容器底的壓力時,需考慮容器的形狀,此時采用“液柱”模型法分析即可。

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