浮力與壓強易錯點和常考點 中學物理

浮力與壓強易錯點和常考點  中學物理


壓力和重力

(1)壓力和重力是兩個性質完全不同的物理量,比較如下:


浮力與壓強易錯點和常考點  中學物理

(2)壓力一般不等於重力,壓力和重力的大小沒有必然的聯繫,只有當物體放在水平支持面上時,並且沒有外力時,壓力和重力的大小才相等。如圖中壓力情況:


浮力與壓強易錯點和常考點  中學物理

壓力分別為(a)G; (b)G-F; (c)F; (d)F; (e)F-G。

受力面積和底面積

受力面積是指物體間相互接觸並相互擠壓部分的面積,這個面積不一定等於底面積(如圖所示)。

(a)圖中甲對乙的受力面積為S乙;

(b)圖中甲對地的受力面積為S甲(甲對地壓力為G甲+G乙);

(c)圖中甲對乙的受力面積為a2。

(1)阿基米德原理內容及公式:

①內容:浸在液體裡的物體受到液體豎直向上的浮力,浮力的大小等於它排開的液體受到的重力。

②公式:F浮=G排=m排g=ρ液gV排,式中ρ液表示液體的密度,V排是被物體排開的液體的體積,g取9。8N/kg。

(2)阿基米德原理的五點透析:

①原理中所說的“浸在液體裡的物體”包含兩種狀態:一是物體的全部體積都浸入液體裡,即物體浸沒在液體裡;二是物體的一部分體積浸入液體裡,另一部分露在液麵以上。

②G排指被物體排開的液體所受的重力,F浮= G排表示物體受到的浮力的大小等於被物體排開的液體的重力。

③V排是表示被物體排開的液體的體積,當物體全部浸沒在液體裡時,V排=V物;當物體只有一部分浸入液體裡時,則V排

④由F浮=G排=m排g=ρ液gV排可以看出,浮力的大小隻跟液體的密度和物體排開液體的體積這兩個因素有關,而跟物體本身的體積、密度、形狀、在液體中的深度、液體的多少等因素無關。

⑤阿基米德原理也適用於氣體,但公式中ρ液應該為ρ氣。

計算壓強的兩個公式

(1)壓強公式p=F/s是壓強定義的表達式,它表示壓強與壓力、受力面積三者的關係,是適應於固體、液體和氣體的一般公式。 p=ρgh是液體壓強公式,適用於計算液體壓強,是在p=的基礎上推導出來的。

(2)應用公式p=計算壓強時,注意F為垂直作用在物體表面上的力,不是物體的重力,S是受力面積,是指物體間相互接觸並互相擠壓部分的面積,不一定等於物體的底面積也不一定等於支撐面的面積。將公式變形為F=pS或S=可以計算壓力和受力面積。

(3)應用p=ρgh計算液體壓強時,注意h是從液麵向下的垂直深度,不是到底部的高度。

(4)注意液體對容器底部壓力的大小不一定等於液體的重力,計算壓力時應該用液體對底面的壓強乘以受力面積,只有柱形容器中液體對容器底部的壓力才等於液體的重力。

【典例】 在一個重8N,底面積為0。02m2的容器裡裝56N的水,容器中水的深度為0。2m。把它放在水平桌面上,如圖所示(g=10N/kg)。求:

(1)水對容器底部的壓強和壓力;

(2)容器對桌面的壓力和壓強。

【解析】

(1)根據p=ρ液gh可得水對容器底部的壓強為:

p1=1。0×103kg/m3×10N/kg×0。2m=2 000Pa。

則根據壓力的定義式F=pS得水對容器底部的壓力:F1=2 000Pa×0。02m2=40N。

本問題典型錯解:水對容器底部的壓力為F=G液=56N,由p=求得水對容器底部的壓強為p==2 800Pa。

(2)容器對桌面的壓力F2=G容器+G液=8N+56N=64N,由p=得容器對桌面壓強為p==3 200Pa。

本問題典型錯解:容器對桌面的壓力為F=F1+G容器=40N+8N=48N,因此由p=求得水對容器底部的壓強誤求為p==2 400Pa。

【點評】p=F/s是壓強的定義式,即適用於任何情況(固、液、氣)。尤其要注意F是指壓力,S是指受力面積(即壓力的作用面積)。對於液體壓強來說,p=ρ液gh對液體壓強的求解來說是絕對正確的,可以放心大膽的應用;p=也適用液體,但使用時要注意上述錯例中提到的問題。

固體、液體和氣體中的壓強特點

(1)固體可以沿力的方向大小不變地傳遞壓力,如在釘釘子時,加在釘帽上的壓力可以大小不變地傳遞到釘子尖端。

(2)帕斯卡原理:加在被密封液體上的壓強能被液體大小不變地向各個方向傳遞,也就是說液體具有流動性,在密閉容器中,液體可以大小不變地傳遞壓強。比如在液壓機的大小活塞上的液體壓強相同,但由於活塞面積不同,在兩個活塞上的壓力卻不同。

(3) 由於大氣的密度不均勻,因此大氣壓強只能通過測量得到。若已知大氣壓強p0和麵積S可以根據F=p0S計算大氣壓力的大小。對於一定質量的氣體,其壓強越大,體積就越小;壓強越小,體積越大。

求浮力的方法

稱重法:用彈簧測力計測出物體的重力G,再用彈簧測力計測出物體浸在液體中的示數G',則物體在液體中受到的浮力F=G-G';

壓差法:F浮=F上-F下,F上為物體受到的液體對它向上的壓力,F下為物體受到的液體對它向下的壓力。

阿基米德原理:F浮=G排液=ρ液gV排

平衡法:F浮=G;當物體懸浮或漂浮時,物體只受重力和浮力作用,且處於靜止狀態,此時浮力與重力相平衡。

應用浮力的知識計算或測量物體的密度

應用浮力的知識測量密度的方法有以下幾種:

(1)利用懸浮的條件(ρ物=ρ液),如醫院裡常用這種方法測量血液的密度;

(2)利用稱重法,用彈簧測力計稱出物體的重力和受到的浮力,根據物體的重力計算出物體的質量,根據受到的浮力和液體的密度計算出物體的體積,再計算物體的密度;

(3)利用量筒(或溢水杯等)測出物體的體積和漂浮時排開液體的體積,根據漂浮條件F浮=G物,計算出物體的質量,再計算出物體的密度;

(4)直接利用密度計測量液體的密度。

物體受力情況分析

(1)漂浮或懸浮的物體受兩個力,重力和浮力,且二力平衡,即F浮=G;

(2)物體在拉力的作用下浸沒在液體中靜止時,物體受到三個力的作用,分別是重力、浮力和拉力,它們的關係為:F浮+F拉=G;

(3)物體靜止在容器底部(不是緊密接觸)時,物體受到三個力的作用,分別是重力、浮力和支持力,它們的關係為:F浮+N=G。


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