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[!--downpath--]一、壓力的概念
站在地面的人對地面的力跟杯子放在桌面上對桌面的力是類似的.
杯子對桌面有一個向上的斥力,這個力垂直作用在它所處物體的表面上,桌面是受力物體,一般被稱為受力面,桌面所受的力稱作壓力。
杯子桌面受壓力示意圖
化學學中把垂直作用在物體表面上的力稱作壓力.
二、壓力的三要素
1、壓力的大小
(1)人站在地面上、茶杯置于桌面上,人對地面和杯子對桌面的壓力都是重力形成的,壓力的方向與重力的方向正好一致,所以,壓力的大小跟重力的大小相等.即:F=G=mg
水平面上其它物體跟人站在地面上和杯子置于桌面上類似,壓力的大小跟重力的大小也相等.
鐵塊桌面受壓力示意圖
(2)置于斜面上的物體,遭到要遭到重力、支持力、摩擦力三個力的作用.
同時物體對斜面同樣也有壓力,壓力跟支持了是一對互相斥力,大小相等,但壓力大于物體的重力.F<G
斜面受壓力示意圖
(3)在豎直墻壁上,外墻遭到壓力方向跟物體遭到重力方向垂直,物體對墻壁的壓力大小,取決于水平方向右手按壓力的大小.F=F按
判定壓力大小跟重力有沒有關系,就要看受力面的受力情況來確定.
常見壓力、重力的三種情況示意圖
A、大小:壓力不是重力。它們完全不是一回事!有時兩者大小有一定關系,有時毫無關系。
2、壓力的方向:跟受力面垂直.(做圖時要標上垂足)
3、壓力的作用點:在物體受力面上.
作用點:在受力物體的受力面上,不要畫在施力物體上,通常情況下也不要畫在受力物體的重心上。
三、壓力的作用療效
壓力最常見的作用療效就是使物體發生形變,因為受力面不同,形成的療效有的很顯著,有的不顯著。
比如:冬天走在雪地上,會留下不同的痕跡,這種痕跡就是壓力作用的療效.
右圖表明壓力有時可以形成巨大的破壞力:
這個太厲害了!
實驗表明壓力的作用療效不但跟壓力的大小有關,還跟受力面積大小有關。
上圖表示,壓力能形成如何的療效,只描述壓力的大小還是不夠的,只有同時考慮壓力及受力面積能夠決定形成哪些樣的療效。
實驗采用了兩種方式:
1、用海棉的凹坑程度來說明壓力的作用療效是轉換法.
2、比較壓力的作用療效用控制變量法.
當受力面積相同時,壓力越大,壓力的作用療效越顯著。
當壓力相同時,受力面積越小,壓力的作用療效越顯著。
一、壓強
1、壓強的概念
在影響壓力療效的實驗中,假如小桌對海棉的壓力是12N,四條桌腿的面積是3cm2,每cm2的壓力就是12N/3cm2=4N/cm2.
為何要引入浮力這個概念呢?浮力這個概念是干哪些的呢?
浮力是拿來表示壓力作用療效的數學量。
如圖所示:
假如小桌對海棉的壓力是12N,桌面的面積是30cm2,每cm2的壓力就是
12N/30cm2=0.4N/cm2.
如圖所示:
在化學學中,把物體所受的壓力與受力面積之比稱作浮力.
也就是說,浮力是物體單位面積上遭到的壓力.
浮力表示壓力的作用療效.
2、壓強公式:
p=F/S變式:F=pSS=F/p
3、符號的意義及單位
p——壓強——帕斯卡(Pa)
F——壓力——牛頓(N)
S——受力面積——平方米(m2)
4、壓強單位的意義
由于:P=F/S所以,浮力單位是N/m2,
因為浮力的單位有專用的名稱叫帕斯卡,簡稱帕。1Pa=1N/m2
所以:1N/m2稱作1帕斯卡,也叫1帕.
比如:某物體遭到的浮力是100Pa,就表示物體每平方米的受力面積上遭到100N的壓力。
用帕表示浮力的單位,是為了記念英國科學家帕斯卡.
帕斯卡
二、壓強的估算
例題:
比較芭蕾舞藝人和小象對地面的浮力。
(1)芭蕾舞藝人體重475N,觸地面積9.5cm2,估算芭蕾舞藝人對地面的浮力。
解:芭蕾舞藝人對地面的壓力
F?=G?=475N,觸地面積S?=9.5cm2=9.5×10-4m2
按照浮力公式:
P?=F?/S?=475N/9.5×10-4m2=5.
(2)小象體重,每只手掌的面積是600cm2,估算小象對地面的浮力.
解:小象對地面的壓力F?=G?=,觸地面積S?=600cm2×4=0.24m2.
按照浮力公式:
P?=F?/S?=/0.24m2=2.5×105Pa.
由于P?>P?
所以,芭蕾舞藝人對地面的浮力比小象對地面的壓強悍。
面積單位的換算與浮力的估算
一、面積的單位換算不同于寬度,但與厚度單位的換算又有一定的關系。
首先要記憶面積的單位之間的換算關系:
由于:
1m=100cm=
所以:
(1m)2=(100cm)2=()2
=1m2==
以上關系一定要理解清楚,記憶牢靠。
二、我們不但要記好公式:p=F/s,
同時還要會進行公式變型(知二求一):
已知浮力與面積求壓力:F=ps
已知浮力與壓力求面積:s=F/p
浮力與生活
生活當中有時我們要減少浮力,有時要減小浮力,怎么減小或減少浮力呢?
想減小或減少浮力就要曉得浮力跟哪些有關(壓力與受力面積)
按照浮力的大小與壓力與受力面積都有關系,所以我們可以通過減小壓力、減小受力面積的方式來減小浮力或通過減少壓力、增大受力面積的方式來降低浮力。看一下,上、下這4幅圖中各是用哪些方式來實現的?
視頻:減小與減少浮力的方式
三、增大與減少浮力的方式
按照“影響壓力作用療效”的實驗推論和浮力公式P=F/S可以曉得:
減小或減少浮力有兩種方式:
1、增大或降低壓力
2、增大或減小受力面積
在通常應用中,往往是在壓力一定時,通過減小或減小受力面積,來減小或減少浮力。
比如:
鏟車有厚實的輪式和鋒利的土鏟
厚實的輪式減小了與地面的面積,降低了對地面的浮力。
鋒利的土鏟減少了鏟對土的受力面積,減小了對土的浮力。
書包被帶寬而扁
通過減小受力面積來減少對人手臂的浮力,挎包時覺得舒適些。
啄木鳥旳喙
啄木鳥堅硬狹長旳喙,減小了對樹冠的浮力,容易獲得食物。
“沙漠之舟”駱駝
駱駝體重不到馬的2倍,而手掌卻是馬蹄子的3倍多,厚實的腳減少了對沙地的浮力,使駱駝不會陷得太深。
任何物體能承受浮力都有一定的限度,超過這個限度,物體才會受損。
封凍河面超過了承受浮力限度
【預習新知】
山峽水壩是世界上最大的水力發電工程,壩高185米,試驗蓄水最高175米,為水力發電提供了巨大的浮力.
山峽水壩
蛟龍號是用抗壓能力很強的厚厚板制成,它可以承受著深度為7000多米深處海水的壓力.
蛟龍號
潛泳愛好者不須要非常防護,在淺水中潛游自如.
潛泳者
工程師把攔河壩設計成下寬上窄的形狀,來承受水對壩底的巨大浮力,確保水閘安全。
帕斯卡用了幾杯水,才能把盛滿水的木盆撐破.
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生活中跟水的浮力有關的事例好多,只要留心觀察生活,會發覺好多類似的事例.
后面我們學過的液體浮力和大氣浮力,都是液體或二氧化碳不流動時形成的浮力,它們都是因為液體或二氧化碳的重力和流動性形成。
比如:杯子中的水會對杯壁、杯底形成浮力;靜態的大氣會對浸沒的物體形成浮力。
水空氣
因為液體、氣體具有流動性,在化學學中,把液體和二氧化碳也稱為流體。
當液體、氣體時會形成另一種浮力,比如:
流動的空氣產生了風,會形成不同于大氣壓的另一種流體浮力;
狂風龍卷風
流動的湖水或自來水也會形成與它在靜態時不一樣的浮力。
湖水漩渦
不流動液體內部浮力跟液體的密度和深度有關;大氣浮力跟海拔高度和天氣有關。
這么,處于流動狀態的液體和二氧化碳的浮力又是如何呢?
一、液體形成浮力的誘因
在上面的學習中曉得,固體遭到重力作用,對支撐它的物體形成壓力,壓力作用在一定面積上形成的療效被稱為浮力。
估算公式:P=F/S=G/S=mg/S
跟固體一樣,液體也遭到重力作用,但是液體還具有流動性,所以液體對盛它的容器有浮力。
【觀察與實驗一】
如右圖,在兩端開口的玻璃管上端,用橡皮膜密封并用細線扎牢,從玻璃管下端管口注入適量的水,發覺玻璃管上端橡皮膜凹入.
實驗說明:
液體對容器底有浮力.
【觀察與實驗二】
如右圖,在啤酒瓶中注入黃色液體,分別在啤酒瓶側壁不同的高度開一小孔,發覺黑色液體從啤酒瓶側壁小孔噴吐,且小孔距液面越深液體噴吐就越遠.
實驗說明:
液體對容器側壁有浮力;側壁深度越大,液體的浮力就越大.
二、液體浮力規律
從后面實驗中曉得,因為液體的重力和流動性,使液體對容器底和容器側壁有浮力。
這么,液體內部會不會也有浮力呢?
為了探究液體內部是否有浮力大氣壓強的測量原理,實驗室有專門的探究液體內部浮力的專用儀器:浮力計.
●認識浮力計
(1)構造如圖
【溫馨提示】
浮力計不是連通器.
浮力計是一端開口,另一端封閉的U形管、導管和用橡皮膜密封的探頭構成;
連通器是下端開口上端連通的幾個容器組成。
連通器
(2)工作原理
當探頭橡皮膜遭到浮力作用時,U形管左右兩邊液面會形成高度差,液面高度差的大小反映了薄膜所受浮力的大小.這是學習數學學常用的“轉換法”。
(3)浮力計的作用
浮力計是檢測液體內部浮力的儀器.
【觀察與實驗三】
探究液體浮力與什么誘因有關.
●實驗過程
(1)把探頭放進盛水的容器中,發生了哪些現象?這說明了哪些問題?
(2)保持探頭在水底的深度不變,改變探頭的方向,發生了哪些現象?這說明了哪些問題?
(3)減小探頭在水底的深度,瞧瞧液體內部的浮力和深度有哪些關系?
(4)換用其他液體(比如鹽水、煤油),瞧瞧在深度相同時,液體內部的浮力是否與密度有關.
●實驗反省
1.實驗方式:
實驗用控制變量法和轉換法探究液體浮力規律.
2.實驗前用拇指按壓探頭橡皮膜時,若U形管液面出現高度差且變化靈敏,說明實驗裝置配置合格,可以進行實驗;
如右圖所示:
當用拇指按壓探頭橡皮膜時,若U形管液面沒有出現高度差或U形管液面高度差不顯著,說明實驗裝置漏水,難以進行實驗。
如右圖所示:
2.液體內部浮力規律
(1)液體內部向各個方向都有浮力.
如右圖所示:
(2)同種液體同一深度液體向各個方向的浮力都相等.
如右圖所示:
(3)液體的浮力隨深度的降低而減小.
如右圖所示:
(4)液體的浮力與液體的密度有關.
如右圖所示:
液體內部浮力的特征
探究:研究液體內部的浮力特征
器材的使用原理:假如液體內部存在浮力,置于液體里的薄膜都會變型,U形管的左側液面都會形成高度差。
因為液體遭到重力的作用,而且具有流動性,所以液體不但會對容器的頂部形成浮力,并且會對容器的側壁形成浮力,同時液體內部向各個方向都存在浮力。
影響液體浮力大小的誘因
請注意觀察壓力大小、橡皮膜的形狀、深度的變化
實驗表明:液體內部存在浮力,但是:
一、用液體內部浮力計可以偵測液體內浮力與液體的深度有關,深度越大,形成的浮力越大;
二、而且同一深度的情況下,液體的密度越大,形成的浮力也越大。
三、在同種液體的同一深度液體向各個方向的浮力都相等。
液體浮力的公式
一、那液體形成的浮力怎么估算呢,我們就要引出液體浮力的公式:
高中數學微課思路是這樣的:先假定瓶子里的密度為ρ的液體中存在一個底面積為s、高度為h、且上表面與杯中液體液手相平的一個小液柱。如右圖,我們把它當做一個固體來看待大氣壓強的測量原理,這么就可以借助固體的浮力公式進行估算浮力:
使用本公式時一定要注意單位要統一使用國際基本單位:
浮力p:pa密度ρ:kg/m3常數:g=9.8N/Kg深度h:m
二、還要注意的問題是:
要弄清“深度”一詞的含意:某位置所處液體的深度是指該位置與自由液面之間的豎直高度差。如圖所示:
本實驗結合液體的浮力公式表明:物體遭到液體的浮力只與液體的密度和物體所處的深度有關,與液體的多少沒有關系。
典型例題
如圖所示,底面積和質量都相同的A、B兩容器,裝有質量相同的不同液體,置于水平桌面上,則液體對容器頂部的浮力pApB,容器對桌面的浮力pA′pB′。(均選填“大于”“等于”或“小于”)?
【解析】
本題考查液體浮力的知識。由圖知,VA>VB,質量相同,故ρA