初中物理第十章 压强和浮力液体的压强学案
展开 10.2 液体的压强(考点解读)
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知识点讲解
1、液体压强的特点
(1)液体压强产生的原因是由于液体受重力的作用,若液体在失重的情况下,将无压强可言;
(2)液体压强具有以下几个特点:
①液体除了对容器底部产生压强外,还对“限制”它流动的侧壁产生压强,固体则只对其支承面产生压强,方向总是与支承面垂直;
②在液体内部向各个方向都有压强,在同一深度向各个方向的压强都相等,同种液体,深度越深,压强越大。
(3)容器底部受到液体的压力跟液体的重力不一定相等。
2、液体压强大小比较
液体内部的压强主要与液体的密度、深度有关,比较其大小一定采取控制变量法来分析,利用公式采用密度比较法和深度比较法。
3、液体压强的计算
(1)计算液体压强的公式是p=ρgh;
(2)液体压强的大小只取决于液体的种类(即密度ρ)和深度h,而和液体的质量、体积没有直接的关系;
(3)运用液体压强的公式计算确定深度时,要注意是指液体与大气(不是与容器)的接触面向下到某处的竖直距离,不是指从容器底部向上的距离(那叫“高度”)。
4、探究液体压强的特点实验
【实验目的、方法】
①实验目的:探究影响液体内部压强的因素有哪些;
②实验方法:控制变量法。
【实验猜想】
液体内部压强可能与液体深度,液体的密度,液体重力,方向等有关。
【实验器材】
压强计;烧杯;食盐;水;刻度尺。
【器材作用及图像】
①压强计:测量液体压强;
②烧杯:盛放水;
③食盐:改变液体密度;
④水:实验对象;
⑤刻度尺:测量压强计高度差。
【实验步骤】
步骤①将水倒入烧杯,如图甲,控制探头在水下深度不变,调节旋钮改变探头的朝向,观察并测出U形管中液面的高度差,将数据填入表格;
步骤②如图乙,控制橡皮膜的朝向不变,改变探头浸入水中的深度,观察并测出U形管中液面的高度差,将数据填入表格;
步骤③如图丙,控制探头在水和盐水下的深度相同,观察并测出U形管中液面的高度差,将数据填入表格。
【实验结论及应用】
液体内部向各个方向都有压强,压强随液体深度的增加而增加;同种液体在同深度的各处,各个方向的压强大小相等;不同的液体,在同一深度产生的压强大小与液体的密度有关,密度越大,液体的压强越大。
典例分析+变式训练
考点1 液体压强的特点
【典例1-1】(2022秋•雁塔区校级期末)如图,奶茶饮料平放在水平桌面上,若将该饮料倒置过来放在桌面上,则( )
A.杯内饮料对杯子底的压强减小 B.杯子对桌面的压力增大
C.杯子对桌面的压强增大 D.杯内饮料对杯子底的压强增大
【典例1-2】(2022秋•奉贤区期末)如图所示,将一个试管口扎上橡皮膜竖直浸入水中,第一次管口朝上,第二次管口朝下,两次试管浸没在水里的位置相同,发现橡皮膜都向管内凹陷,根据液体内部压强“ 相同时, ,液体内部压强越大”的特点可知第 次橡皮膜向管内凹陷的程度更明显。
【变式1-1】(2022春•仓山区期中)如图所示,容器侧壁开有三个小孔,水从小孔中喷出,下列四幅图正确的是( )
A. B. C. D.
【变式1-2】(2022春•新洲区期末)小明将电子秤放在水平桌面上并调零,然后将装满水的溢水杯放到电子秤上,用细线将50cm3铝块缓慢浸入溢水杯的水中,如图所示,铝块不与溢水杯接触,不考虑细线体积。铝块浸没在水中静止时与铝块未进入水中相比,水对溢水杯底压强将 (填“变大”“变小”或“不变”),电子秤示数将 (填“变大”“变小”或“不变”)。右边小杯中水的质量为 g。
考点2 液体压强大小比较
【典例2-1】(2023春•永兴县校级月考)如图所示,完全相同的圆柱形容器中,装有不同的两种液体甲、乙,在两容器中同一高度处分别有 A、B两点。若甲、乙两种液体对容器底部压强相等,则 A、B两点的压强关系是( )
A.pA>pB B.pA=pB C.pA<pB D.无法判断
【典例2-2】(2023•宜丰县校级开学)一未装满橙汁的密闭杯子,先正立放在桌面上(如图A),然后反过来倒立在桌面上(如图B),两次放置橙汁对杯底的压强分别是pA和pB,则pA pB;两次放置杯子对桌面的压强分别是pa和pb,则pa pb。(均选填“>”、“=”或“<”)
【变式2-1】(2023•江北区校级一模)如图所示,盛有水的容器中有A、B、C三点,它们受到水的压强分别为pA、pB和pC,则( )
A.pA=pB>pC B.pA>pB=pC C.pA<pB=pC D.pA<pB<pC
【变式2-2】(2022春•耒阳市期中)现有一装有水的容器如图所示(C平面处密封),待容器内液体处于平衡状态后,A、B、C三平面所受水的压强大小关系为 。
考点3 液体压强的计算
【典例3-1】(2022春•阳城县期末)一杯装满豆浆的杯子杯口密封后,先按照图甲所示的方式放在水平桌面,此时豆浆对杯底的压强为p1,杯子对桌面的压强为p1';然后将杯子倒放,按照图乙所示放在水平桌面,此时豆浆对杯底的压强为p2,杯子对桌面的压强为p2'。下列说法正确的是( )
A.p1>p2 B.p1<p2 C.p1'>p2' D.p1'<p2'
【典例3-2】(2022秋•永州期末)我国首台自主设计研发的载人深潜器“蛟龙号”在2012年6月27日进行了7000m海试,最大下潜深度达7062m,此处海水生产的压强约为
Pa,此时“蛟龙号”每0.5m2外表面受到海水的压力为 N(ρ海水为1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。
【变式3-1】(2023•普陀区一模)底面积不同的两个薄壁圆柱形容器放在水平桌面上,分别装有高度均为h的甲、乙两种液体。分别再加入等质量的甲、乙两种液体后,液面位置如图所示,此时两容器底受到液体的压力分别为F甲和F乙。若甲、乙液体的密度分别为ρ甲和ρ乙,下列关系正确的是( )
A.ρ甲>ρ乙,F甲>F乙 B.ρ甲>ρ乙,F甲<F乙
C.ρ甲<ρ乙,F甲<F乙 D.ρ甲<ρ乙,F甲>F乙
【变式3-2】(2023•江北区校级一模)小琪同学买了一只平底玻璃杯,经测算,玻璃杯的质量为0.3kg,底面积为2×10﹣3m2,放在水平桌面上。在玻璃杯内装有0.3kg的水,水深14cm,离杯底4cm处有一点A,如图所示。取g=10N/kg,通过计算回答:
(1)A点受到水的压强是多少Pa?
(2)水对杯底的压力是多少N?
(3)玻璃杯对桌面的压强是多少Pa?
考点4 探究液体压强的特点实验
【典例4-1】(2022春•武汉期中)两只杯子分别盛有甲、乙两种液体,小刚利用微小压强计对它们进行以下操作,实验前出现图a情景,下列说法不正确的是( )
A.实验前出现图a情景,说明U形管左侧液面上方的气体压强大于当地环境大气压
B.实验前出现图a情景,为调节实验装置,可以取下软管,然后重新安装
C.压强计调节正常后,将探头分别放入甲、乙两液体中,若出现如图b、c情景,则说明ρ甲<ρ乙
D.ρ甲=ρ乙,压强计调节正常后,将探头分别放入两液体中,根据b、c情景可以探究液体内部压强与深度的关系
【典例4-2】(2023春•雨花区校级月考)如图所示是用压强计“探究影响液体内部压强大小的因素”的实验装置。
(1)在使用压强计前发现U形管左右两侧的水面有一定的高度差,如图甲,其调节的方法是 (选填“A”或“B”),使U形管左右两侧的水面相平。
A.将右侧支管中高出的水倒出 B.取下软管重新安装
(2)比较图中的乙图和丙图,可以得到液体的压强与 有关。
【变式4-1】(2022秋•通州区期末)如图所示,水平实验桌面上有满足实验要求的微小压强计、烧杯和水、刻度尺(图中未
画出),利用这些实验器材探究“水内部任意一点的压强p跟该点到容器底的竖直距离
L的关系”,实验中用微小压强计U形管两侧液面的高度差H表示水内部任意一点的压强。请回答如下问题:
(1)探究问题中的自变量是 ;
(2)探究问题中的控制变量是 ;
(3)水内部任意一点的压强不能直接测量,而是用微小压强计U形管两侧液面的
来表示的。
(4)画出实验数据记录表:
(5)小明探究过程的步骤为:
①调整好微小压强计,并按图组装实验器材。
②用刻度尺分别测量探头到烧杯底的竖直距离L、探头到水面的竖直距离h,读出压强计U形管两侧的液面高度差H,将相关数据记录在表格中。
③向烧杯中倒入适量的水,保持探头到烧杯底的竖直距离L不变,重复步骤②
A.小明的探究过程中存在的问题:
。
B.请你针对小明探究过程中存在的问题,写出改正措施:
。
【变式4-2】(2023•凤翔县一模)陕西安康水电站是兼有航运、防洪、养殖、旅游等综合效益的大型水电枢纽工程,如图1所示,大坝设计为“下宽上窄”。兴趣小组讨论认为这跟液体的压强有关,且液体压强大小与液体的深度有关。于是设计实验“探究液体压强大小与什么因素有关”,实验器材:压强计(U形管所装液体是水)、刻度尺、烧杯、适量水和盐水。
(1)同学们实验时发现无论怎么按压压强计金属盒的橡皮膜,U形管中的液面高度都没变化,说明压强计 (选填“漏气”或“不漏气”)。
(2)重新调试安装好压强计,进行了如图2所示的实验操作。分析比较图2乙、丙、丁三次实验现象可知,同一液体、同一深度,各个方向的液体压强 ;分析比较图2 两次实验现象可知,液体的深度越大,液体压强 ;分析比较图2丁、戊两次实验现象可知,同一深度,液体的 越大,液体压强越大。
(3)兴趣小组还通过本次实验测量出盐水的密度,在图2戊中,用刻度尺测得U形管左右两侧液面高度差h=5.1cm,压强计的金属盒距离盐水液面的高度为5cm,则压强计所测之处的盐水的压强是 Pa,盐水的密度为 kg/m3。(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
巩固训练
一、选择题。
1.(2022秋•通州区期末)如图所示的实验正在探究的是( )
A.液体内部的压强跟液体密度是否有关
B.液体内部的压强跟深度是否有关
C.液体内部向各个方向是否都有压强
D.在同一深度,液体向各个方向的压强大小是否相等
2.(2022春•盐池县校级期中)如图,容器中间用隔板分成左右两部分,隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封闭.在容器中倒入不同深度的液体,橡皮膜两侧压强不同时,形状会发生变化。下列图形符合实际的是( )
A. B. C. D.
3.(2023•金乡县一模)如图所示为长江某水坝的示意图,水坝左侧水面高,B和C两点处于同一高度。A和C两点到各自液面的距离相等。水在A、B和C三点产生的压强分别为pA、pB和pC,则( )
A.pA<pB=pC B.pA=pC>pB C.pA>pB=pC D.pA=pC<pB
4.(2023•定远县校级一模)两个用同一种材料制成且完全相同的密闭圆台形容器一正一反放置在同一水平桌面上,容器内装有质量和深度均相同的液体,如图所示,若它们分别在水平方向拉力F1和F2的作用下沿桌面做匀速直线运动,速度分别为v和2v,容器底部受到液体的压强分别为p1和p2,下列关系正确的是( )
A.p1=p2、F1=F2 B.p1>p2、F1<F2
C.p1<p2、F1>F2 D.p1>p2、F1=F2
5.(2022秋•金山区期末)如图所示,盛有一定量水的圆柱形容器A和B分别置于水平面。现将甲、乙两实心球分别浸没在A、B容器的水中,容器中均无水溢出。此时,水对两容器底部的压强增加量相等,两容器对水平地面的压强增加量也相等。则甲、乙实心球的质量m甲、m乙和密度ρ甲、ρ乙的关系是( )
A.m甲一定大于m乙,ρ甲一定大于ρ乙 B.m甲可能小于m乙,ρ甲一定小于ρ乙
C.m甲可能大于m乙,ρ甲可能大于ρ乙 D.m甲一定大于m乙,ρ甲可能小于ρ乙
6.(2023•绵阳模拟)如图甲所示为边长为20cm的薄壁正方体容器(质量不计)放在水平桌面上,将质地均匀的实心圆柱体竖直放在容器底部,其横截面积为200cm2、高为10cm。向容器内缓慢注入某种液体,圆柱体始终竖直,圆柱体对容器底部的压力与注入液体的质量关系如图乙所示。下列判断正确的是( )
A.圆柱体的密度小于液体的密度
B.当注入液体质量为2kg时,圆柱体所受的浮力为10N
C.当液体对容器底的压强与容器对桌面的压强之比为1:3时,物体未浸没
D.当液体对容器底的压强与容器对桌面的压强之比为1:3时,注入液体质量为4.5kg
7.(2022春•成都期中)如图所示,在研究液体压强的实验中,将压强计的金属盒放在水中,下列做法能够使压强计U形管两边的液面高度差增大的是( )
A.将压强计的金属盒水平向左或向右移动一段距离
B.将压强计的金属盒向上移动一段距离
C.将压强计的金属盒在原处转动180°
D.将压强计的金属盒改放在同样深度的浓盐水中
8.(2023春•宛城区校级月考)在如图所示的装置中,不是利用连通器原理工作的是( )
①牲畜自动饮水机
②拦河大坝
③洗手盆的下水管
④液压机模型
A.①② B.② C.④ D.②④
二、填空题。
9.(2022春•重庆期中)如图所示,它说明了液体的压强随深度的增加而 。(填“增大”或“减小”)
10.(2022春•新建区校级期中)如图甲所示,装满水的密闭容器置于水平桌面上,此时水对容器底部的压强为p1、水对容器底部的压力为F1;把容器倒置过来,如图乙所示,此时水对容器底部的压强为p2、水对容器底部的压力为F2,p1 p2,F1 F2。(均选填“>”、“<”或“=”)
11.(2023春•无为市月考)如图所示,两端开口的玻璃管底部用橡皮膜封住,放入水中,已知玻璃管底部距离水面8cm,现向玻璃管中缓缓注入密度为0.8×103kg/m3的酒精,则玻璃管内注入的酒精高度为 cm时,橡皮膜恰好不发生形变。(ρ水=1.0×103kg/m3)
12.(2022秋•闵行区期末)用比管口稍大的薄塑料片堵在玻璃管的下端,将玻璃管竖直插入水槽中,其深度为h,如图(a)所示。再将高为h、密度为1×103千克/米3的圆柱体轻轻放在玻璃管底的塑料片上,塑料片不掉落,如图(b)所示。将圆柱体取出后,向玻璃管中沿着管壁缓缓倒入水,当管内外水面相平时塑料片恰好掉落,如图(c)所示。
(1)某同学认为塑料片恰好掉落是由于受到向上、向下的压强相等。你认为他的观点是否正确,请简要阐述理由:
。
(2)若要使图(b)中的塑料片掉落,下列方法中可能实现的是 。
A.换一个横截面积更小的玻璃管
B.将玻璃管向下移动一段距离
C.换一个质量更大的圆柱体
三、实验探究题。
13.(2023春•天心区校级月考)如图是用压强计“探究影响液体内部压强大小的因素”的实验装置。
(1)在使用压强计前,发现U形管左右两侧的水面有一定的高度差,如图甲,其调节的方法是 (选填“A”或“B”),使U形管左右两侧的水面相平。
A.将右侧支管中高出的水倒出
B.取下软管重新安装
(2)通过比较丙、丁两图可知,在液体内部的同一深度,液体的 越大,压强越大。
(3)通过比较乙图与 图可知三峡大坝设计成上窄下宽的原因。
四、计算题。
14.(2023•涡阳县校级一模)如图甲所示,水平台面上有一底面积为50cm2的圆柱形薄壁容器(容器足够高),装有适量的水,水深15cm。将一长方体物块悬挂在弹簧测力计上,缓慢浸入水中,弹簧测力计的示数F与长方体浸入水中的深度h的关系图像如图乙所示。水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,求:
(1)物块的密度;
(2)物块浸没时水对容器底部压强。
典例分析+变式训练
考点1 液体压强的特点
【典例1-1】(2022秋•雁塔区校级期末)如图,奶茶饮料平放在水平桌面上,若将该饮料倒置过来放在桌面上,则( )
A.杯内饮料对杯子底的压强减小 B.杯子对桌面的压力增大
C.杯子对桌面的压强增大 D.杯内饮料对杯子底的压强增大
【答案】A。
【解答】解:AD、由图可知,杯子上粗下细,正放时,杯中饮料的深度较大,根据p=ρgh可知,正放时饮料对杯底的压强较大,即p正>p倒,即杯内饮料对杯子底的压强减小,故A正确,D错误;
BC、杯子对桌面的压力等于杯子与饮料的重力之和,无论正放,还是倒放杯子与饮料的重力不变,对桌面的压力不变,即F正=F倒;倒放后,受力面积增大,根据p=可知,杯子对桌面的压强减小,故BC错误。
故选:A。
【典例1-2】(2022秋•奉贤区期末)如图所示,将一个试管口扎上橡皮膜竖直浸入水中,第一次管口朝上,第二次管口朝下,两次试管浸没在水里的位置相同,发现橡皮膜都向管内凹陷,根据液体内部压强“ 液体密度 相同时, 液体越深 ,液体内部压强越大”的特点可知第 二 次橡皮膜向管内凹陷的程度更明显。
【答案】液体密度;深度越深;二。
【解答】解:由于液体的压强随深度的增加而增大,第一次管口朝上,第二次管口朝下,则第二次管口在水里的深度较大,橡皮膜受的压强较大,所以第二次橡皮膜向内凹陷的程度更明显。
故答案为:液体密度;深度越深;二。
【变式1-1】(2022春•仓山区期中)如图所示,容器侧壁开有三个小孔,水从小孔中喷出,下列四幅图正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】B。
【解答】解:向容器中倒入水后,水从小洞中喷出,越靠下部的小孔深度越大,水产生的压强越大,所以水喷射的也越远,由图可知选项A、C、D不正确。只有选项B符合实际。
故选:B。
【变式1-2】(2022春•新洲区期末)小明将电子秤放在水平桌面上并调零,然后将装满水的溢水杯放到电子秤上,用细线将50cm3铝块缓慢浸入溢水杯的水中,如图所示,铝块不与溢水杯接触,不考虑细线体积。铝块浸没在水中静止时与铝块未进入水中相比,水对溢水杯底压强将 不变 (填“变大”“变小”或“不变”),电子秤示数将 不变 (填“变大”“变小”或“不变”)。右边小杯中水的质量为 50 g。
【答案】不变;不变;50。
【解答】解:(1)由于溢水杯中装满水,铝块浸没在水中静止时与铝块未进入水中相比,溢水杯中水的深度不变,根据p=ρgh可知,水对溢水杯底压强将不变;
(2)由于溢水杯中装满水,铝块浸入水中静止时,由阿基米德原理可知铝块受到的浮力等于排开水的重力(溢出水的重力),而铝块对水的压力大小与浮力相等(即该压力等于溢出水的重力),
F=G杯+G水,F=G杯+G水﹣G排+F浮,
所以溢水杯对电子秤的压力不变,则电子秤示数不变;
(3)右边小杯中水的体积V水=V=50cm3,
根据ρ=可得,右边小杯中水的质量:m=ρ水V水=1g/cm3×50cm3=50g。
故答案为:不变;不变;50。
考点2 液体压强大小比较
【典例2-1】(2023春•永兴县校级月考)如图所示,完全相同的圆柱形容器中,装有不同的两种液体甲、乙,在两容器中同一高度处分别有 A、B两点。若甲、乙两种液体对容器底部压强相等,则 A、B两点的压强关系是( )
A.pA>pB B.pA=pB C.pA<pB D.无法判断
【答案】C。
【解答】解:液体对容器底的压强:p甲=p乙,液体对容器底的压强p==,故两种液体的质量相等;
因为完全相同的容器中,分别盛有质量相等的两种液体甲、乙,由图知V甲<V乙,利用密度计算公式可知ρ甲>ρ乙,
因为A、B两点到容器底的距离相等,
所以根据p=ρgh可知,A、B两点以下的液体压强pA下>pB下;
又因为两种液体对对容器底的总压强相同,
根据p上=p﹣p下可知,pA<pB,故C正确。
故选:C。
【典例2-2】(2023•宜丰县校级开学)一未装满橙汁的密闭杯子,先正立放在桌面上(如图A),然后反过来倒立在桌面上(如图B),两次放置橙汁对杯底的压强分别是pA和pB,则pA > pB;两次放置杯子对桌面的压强分别是pa和pb,则pa > pb。(均选填“>”、“=”或“<”)
【答案】>;>。
【解答】解:由于杯子是上宽下窄,所以倒立时,杯中液面的高度要小于正立时的液面高度,根据p=ρgh可知,当倒立时,深度变小,橙汁对杯底的压强变小,即pA>pB;
水平面上物体的压力和自身的重力相等,所以两种放置方式中,这杯橙汁的质量不变,重力不变,压力不变,即Fa=Fb;倒置后,受力面积变大,根据p=可知,pa>pb。
故答案为:>;>。
【变式2-1】(2023•江北区校级一模)如图所示,盛有水的容器中有A、B、C三点,它们受到水的压强分别为pA、pB和pC,则( )
A.pA=pB>pC B.pA>pB=pC C.pA<pB=pC D.pA<pB<pC
【答案】A。
【解答】解:公式p=ρ液gh中的h(深度)是指液体与大气直接接触的液面即“自由液面”到研究点所在的水平面的距离;由图知:hA=hB>hC,因此液体密度一定时,pA=pB>pC。
故选:A。
【变式2-2】(2022春•耒阳市期中)现有一装有水的容器如图所示(C平面处密封),待容器内液体处于平衡状态后,A、B、C三平面所受水的压强大小关系为 pA=pB<pC 。
【答案】pA=pB<pC。
【解答】解:根据图片可知,A、B平面的深度为0,C平面的深度不为0;水的密度不变,根据p=ρgh可知,三个平面所受的压强的大小关系为:pA=pB<pC。
故答案为:pA=pB<pC。
考点3 液体压强的计算
【典例3-1】(2022春•阳城县期末)一杯装满豆浆的杯子杯口密封后,先按照图甲所示的方式放在水平桌面,此时豆浆对杯底的压强为p1,杯子对桌面的压强为p1';然后将杯子倒放,按照图乙所示放在水平桌面,此时豆浆对杯底的压强为p2,杯子对桌面的压强为p2'。下列说法正确的是( )
A.p1>p2 B.p1<p2 C.p1'>p2' D.p1'<p2'
【答案】C。
【解答】解:
(1)不论正立还是倒立,杯中装的都是豆浆,液体密度相同,且深度不变,根据p=ρgh可知,豆浆对杯底的压强不变,即p1=p2;故AB错误;
(2)杯子静止放在水平桌面上,对桌面压力等于杯子的总重力,总重力不变则压力不变;正立时受力面积小,根据p=可知,正立时杯子对桌面的压强大于倒放时杯子对桌面的压强,即p1'>p2';故C正确、D错误。
故选:C。
【典例3-2】(2022秋•永州期末)我国首台自主设计研发的载人深潜器“蛟龙号”在2012年6月27日进行了7000m海试,最大下潜深度达7062m,此处海水生产的压强约为 7.062×107 Pa,此时“蛟龙号”每0.5m2外表面受到海水的压力为 3.531×107 N(ρ海水为1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。
【答案】7.062×107;3.531×107。
【解答】解:(1)7062m深度受到海水的压强为:
p=ρ海水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×7062m=7.062×107Pa;
(2)由p=得,“蛟龙号”每0.5m2外表面受到海水的压力:
F=pS=7.062×107Pa×0.5m2=3.531×107N。
故答案为:7.062×107;3.531×107。
【变式3-1】(2023•普陀区一模)底面积不同的两个薄壁圆柱形容器放在水平桌面上,分别装有高度均为h的甲、乙两种液体。分别再加入等质量的甲、乙两种液体后,液面位置如图所示,此时两容器底受到液体的压力分别为F甲和F乙。若甲、乙液体的密度分别为ρ甲和ρ乙,下列关系正确的是( )
A.ρ甲>ρ乙,F甲>F乙 B.ρ甲>ρ乙,F甲<F乙
C.ρ甲<ρ乙,F甲<F乙 D.ρ甲<ρ乙,F甲>F乙
【答案】C。
【解答】解:由图可知分别再加入等质量的甲、乙两种液体后,ΔV甲>ΔV乙,根据ρ=可知ρ甲<ρ乙,
未加入液体前,容器中液体的高度相同,
容器的底面积不变,两液体质量相等时,甲的高度大于乙的高度,则两液体高度相等时,甲的质量小于乙的质量,根据G=mg可知G甲<G乙,
加入等质量的甲、乙两种液体后,根据G=mg可知甲容器中液体的重力仍然小于乙容器中液体的重力,
此时两容器底受到液体的压力等于两容器中液体的重力的大小,则F甲<F乙,故ABD错误,C正确。
故选:C。
【变式3-2】(2023•江北区校级一模)小琪同学买了一只平底玻璃杯,经测算,玻璃杯的质量为0.3kg,底面积为2×10﹣3m2,放在水平桌面上。在玻璃杯内装有0.3kg的水,水深14cm,离杯底4cm处有一点A,如图所示。取g=10N/kg,通过计算回答:
(1)A点受到水的压强是多少Pa?
(2)水对杯底的压力是多少N?
(3)玻璃杯对桌面的压强是多少Pa?
【解答】解:(1)A点的深度为:
hA=14cm﹣4cm=10cm,
A点受到水的压强为:
pA=ρ水ghA=1×103kg/m3×10N/kg×10×10﹣2m=1000Pa;
(2)水对杯底的压强:
p水=ρ水gh水=1×103kg/m3×10N/kg×14×10﹣2m=1400Pa,
水对杯底的压力为:
F水=p水S=1400Pa×2×10﹣3m2=2.8N;
(3)杯对桌面的压力为:
F=G总=(m水+m杯)g=(0.3kg+0.3kg)×10N/kg=6N,
杯对桌面的压强为:
p===3×103Pa。
答:(1)A点受到水的压强是1000Pa;
(2)水对杯底的压力是2.8N;
(3)玻璃杯对桌面的压强是3×103Pa。
考点4 探究液体压强的特点实验
【典例4-1】(2022春•武汉期中)两只杯子分别盛有甲、乙两种液体,小刚利用微小压强计对它们进行以下操作,实验前出现图a情景,下列说法不正确的是( )
A.实验前出现图a情景,说明U形管左侧液面上方的气体压强大于当地环境大气压
B.实验前出现图a情景,为调节实验装置,可以取下软管,然后重新安装
C.压强计调节正常后,将探头分别放入甲、乙两液体中,若出现如图b、c情景,则说明ρ甲<ρ乙
D.ρ甲=ρ乙,压强计调节正常后,将探头分别放入两液体中,根据b、c情景可以探究液体内部压强与深度的关系
【答案】C。
【解答】解:
A、当压强计的橡皮膜没有受到压强作用时,U形管中两侧液面应是相平的,而由图(a)可知,此时U形管中左侧液面高度低于右侧液面高度,U形管右端上方是和大气相通的,等于大气压强,就说明U形管左支管液面上方的气压大于大气压,只要取下软管重新安装,让U形管左端液面和大气相同,这样U形管两端的液面就是相平的,故AB正确;
C、比较b、c两图可知,c图中U形管两侧的液面高度差较大,说明c图中橡皮膜在液体中所受液体压强较大,但没有控制深度相同,根据p=ρgh不能说明ρ甲<ρ乙,故C错误;
D、控制液体的密度相同,b、c两图中探头深度不同,可以探究液体压强与深度的关系,故D正确。
故选:C。
【典例4-2】(2023春•雨花区校级月考)如图所示是用压强计“探究影响液体内部压强大小的因素”的实验装置。
(1)在使用压强计前发现U形管左右两侧的水面有一定的高度差,如图甲,其调节的方法是 B (选填“A”或“B”),使U形管左右两侧的水面相平。
A.将右侧支管中高出的水倒出
B.取下软管重新安装
(2)比较图中的乙图和丙图,可以得到液体的压强与 深度 有关。
【答案】(1)B;(2)深度。
【解答】解:(1)若在使用压强计前,发现U形管内水面已有高度差,只需要将软管取下,再重新安装,这样U形管中两管上方的气体压强就是相等的(都等于大气压),当橡皮膜没有受到压强时,U形管中的液面就是相平的,故选:B;
(2)比较图中的乙图和丙图,液体密度相同而深度不同,可以得到液体的压强与深度有关。
故答案为:(1)B;(2)深度。
【变式4-1】(2022秋•通州区期末)如图所示,水平实验桌面上有满足实验要求的微小压强计、烧杯和水、刻度尺(图中未
画出),利用这些实验器材探究“水内部任意一点的压强p跟该点到容器底的竖直距离
L的关系”,实验中用微小压强计U形管两侧液面的高度差H表示水内部任意一点的压强。请回答如下问题:
(1)探究问题中的自变量是 水内部任意一点到容器底的竖直距离L ;
(2)探究问题中的控制变量是 水的密度和水的深度 ;
(3)水内部任意一点的压强不能直接测量,而是用微小压强计U形管两侧液面的 高度差H 来表示的。
(4)画出实验数据记录表:
(5)小明探究过程的步骤为:
①调整好微小压强计,并按图组装实验器材。
②用刻度尺分别测量探头到烧杯底的竖直距离L、探头到水面的竖直距离h,读出压强计U形管两侧的液面高度差H,将相关数据记录在表格中。
③向烧杯中倒入适量的水,保持探头到烧杯底的竖直距离L不变,重复步骤②
A.小明的探究过程中存在的问题: 步骤③中,没有保持探头到水面的竖直距离不变,没有改变自变量L 。
B.请你针对小明探究过程中存在的问题,写出改正措施: 步骤③改为:向烧杯中倒入适量的水,保持探头到水面的竖直距离h不变,用刻度尺测量探头到烧杯底的竖直距离L,读出压强计U形管两侧的液面高度差H,并将L、H数据记录在表格中 。
【答案】(1)水内部任意一点到容器底的竖直距离L(2)水的密度和水的深度;
(3)高度差H;(4)如上表所示;(5)A.步骤③中,没有保持探头到水面的竖直距离不变,没有改变自变量L;B.步骤③改为:向烧杯中倒入适量的水,保持探头到水面的竖直距离h不变,用刻度尺测量探头到烧杯底的竖直距离L,读出压强计U形管两侧的液面高度差H,并将L、H数据记录在表格中。
【解答】解:(1)根据实验目的,探究“水内部任意一点的压强p跟该点到容器底的竖直距离L的关系”,探究问题中的自变量是水内部任意一点到容器底的竖直距离L;
(2)根据控制变量法,探究问题中的控制变量是水的密度和水的深度;
(3)根据转换法,水内部任意一点的压强不能直接测量,而是用微小压强计U形管两侧液面的高度差H来表示的;
(4)要记录水内部任意一点到容器底的竖直距离L和U形管两侧液面的高度差H,为得出普遍性的结论,要多次测量,如下表所示:
L/cm
H/cm
(5)研究“水内部任意一点的压强p跟该点到容器底的竖直距离”,要控制液体的密度和这点的深度保持不变,只改变该点到容器底的竖直距离L;
A.故小明的探究过程中存在的问题:
步骤③中,没有保持探头到水面的竖直距离不变,没有改变自变量L。
B.针对小明探究过程中存在的问题,改正措施:
步骤③改为:向烧杯中倒入适量的水,保持探头到水面的竖直距离h不变,用刻度尺测量探头到烧杯底的竖直距离L,读出压强计U形管两侧的液面高度差H,并将L、H数据记录在表格中。
故答案为:(1)水内部任意一点到容器底的竖直距离L(2)水的密度和水的深度;
(3)高度差H;(4)如上表所示;(5)A.步骤③中,没有保持探头到水面的竖直距离不变,没有改变自变量L;B.步骤③改为:向烧杯中倒入适量的水,保持探头到水面的竖直距离h不变,用刻度尺测量探头到烧杯底的竖直距离L,读出压强计U形管两侧的液面高度差H,并将L、H数据记录在表格中。
【变式4-2】(2023•凤翔县一模)陕西安康水电站是兼有航运、防洪、养殖、旅游等综合效益的大型水电枢纽工程,如图1所示,大坝设计为“下宽上窄”。兴趣小组讨论认为这跟液体的压强有关,且液体压强大小与液体的深度有关。于是设计实验“探究液体压强大小与什么因素有关”,实验器材:压强计(U形管所装液体是水)、刻度尺、烧杯、适量水和盐水。
(1)同学们实验时发现无论怎么按压压强计金属盒的橡皮膜,U形管中的液面高度都没变化,说明压强计 漏气 (选填“漏气”或“不漏气”)。
(2)重新调试安装好压强计,进行了如图2所示的实验操作。分析比较图2乙、丙、丁三次实验现象可知,同一液体、同一深度,各个方向的液体压强 相等 ;分析比较图2 甲乙 两次实验现象可知,液体的深度越大,液体压强 大 ;分析比较图2丁、戊两次实验现象可知,同一深度,液体的 密度 越大,液体压强越大。
(3)兴趣小组还通过本次实验测量出盐水的密度,在图2戊中,用刻度尺测得U形管左右两侧液面高度差h=5.1cm,压强计的金属盒距离盐水液面的高度为5cm,则压强计所测之处的盐水的压强是 510 Pa,盐水的密度为 1.02×103 kg/m3。(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
【答案】(1)漏气;(2)相等;甲乙;大;密度;(3)510;1.02×103kg/m3。
【解答】解:(1)同学们实验时发现无论怎么按压压强计金属盒的橡皮膜,U形管中的液面高度都没变化,说明压强计漏气;
(2)重新调试安装好压强计,进行了如图2所示的实验操作。分析比较图2乙、丙、丁三次实验现象可知,液体深度相同,根据转换法可知液体产生压强相同,故得出:同一液体、同一深度,各个方向的液体压强相等;研究液体产生压强与深度的关系,要控制密度相同,分析比较图2甲、乙两次实验现象可知,液体的深度越大,液体压强大;分析比较图2丁、戊两次实验,盐水密度大,根据转换法可得出,同一深度,液体的密度越大,液体压强越大;
(3)橡皮管内压强与外界大气压强之差为:
p=ρ水gh水=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.051m=510Pa;
故压强计所测之处的盐水的压强是510Pa;
盐水产生的压强与水产生的压强相等,根据液体压强p=ρgh公式有:
ρ水gh水=ρ盐水gh盐水;
盐水的密度为:
ρ盐水==1.02×103kg/m3
故答案为:(1)漏气;(2)相等;甲乙;大;密度;(3)510;1.02×103kg/m3。
巩固训练
一、选择题。
1.(2022秋•通州区期末)如图所示的实验正在探究的是( )
A.液体内部的压强跟液体密度是否有关
B.液体内部的压强跟深度是否有关
C.液体内部向各个方向是否都有压强
D.在同一深度,液体向各个方向的压强大小是否相等
【答案】A。
【解答】解:由图示实验可知,压强计金属盒朝向相同,浸入液体的深度相同、压强计U形管两侧液面高度差不同,说明液体压强不相等,所以探究的是液体内部的压强跟液体密度是否有关。
故选:A。
2.(2022春•盐池县校级期中)如图,容器中间用隔板分成左右两部分,隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封闭.在容器中倒入不同深度的液体,橡皮膜两侧压强不同时,形状会发生变化。下列图形符合实际的是( )
A. B. C. D.
【答案】D。
【解答】解:A、图中隔板左右两侧都是水,且液面相平,根据液体压强公式p=ρgh可知,两边压强相等,橡皮膜不应有凹陷,故A错误;
B、图中隔板左右两侧都是水,且右边的液面高于左边,根据液体压强公式p=ρgh可知,右边压强大于左边,橡皮膜应向左凹陷,故B错误;
C、图中隔板左边是水,右边是盐水,液面相平,因为盐水的密度大于水的密度,根据液体压强公式p=ρgh可知,右边压强大于左边,橡皮膜应向左凹陷,故C错误;
D、图中隔板左边是水,右边是盐水,液面相平,因为盐水的密度大于水的密度,根据液体压强公式p=ρgh可知,右边压强大于左边,橡皮膜应向左凹陷,故D正确。
故选:D。
3.(2023•金乡县一模)如图所示为长江某水坝的示意图,水坝左侧水面高,B和C两点处于同一高度。A和C两点到各自液面的距离相等。水在A、B和C三点产生的压强分别为pA、pB和pC,则( )
A.pA<pB=pC B.pA=pC>pB C.pA>pB=pC D.pA=pC<pB
【答案】D。
【解答】解:由图知:A、B、C三点处的深度为hA=hC<hB,由于水的密度确定,由p=ρgh可知,三点的压强关系为:pA=pC<pB。
故选:D。
4.(2023•定远县校级一模)两个用同一种材料制成且完全相同的密闭圆台形容器一正一反放置在同一水平桌面上,容器内装有质量和深度均相同的液体,如图所示,若它们分别在水平方向拉力F1和F2的作用下沿桌面做匀速直线运动,速度分别为v和2v,容器底部受到液体的压强分别为p1和p2,下列关系正确的是( )
A.p1=p2、F1=F2 B.p1>p2、F1<F2
C.p1<p2、F1>F2 D.p1>p2、F1=F2
【答案】D。
【解答】解:
容器内装有质量和深度均相同的液体,由图知两液体的体积关系为V1<V2,根据ρ=可知,ρ1>ρ2;
由p=ρ液gh可知,p1>p2;
由题可知两容器的质量相同,装有液体的质量相同,则它们的总重力相等,它们对水平桌面的压力相等,又容器材料相同(接触面的粗糙程度相同),所以两容器受到摩擦力的大小相等;因为在水平方向拉力F1和F2的作用下容器沿桌面做匀速直线运动,所以拉力与摩擦力平衡,则F1=F2=f。
由上分析知,ABC错误,D正确。
故选:D。
5.(2022秋•金山区期末)如图所示,盛有一定量水的圆柱形容器A和B分别置于水平面。现将甲、乙两实心球分别浸没在A、B容器的水中,容器中均无水溢出。此时,水对两容器底部的压强增加量相等,两容器对水平地面的压强增加量也相等。则甲、乙实心球的质量m甲、m乙和密度ρ甲、ρ乙的关系是( )
A.m甲一定大于m乙,ρ甲一定大于ρ乙
B.m甲可能小于m乙,ρ甲一定小于ρ乙
C.m甲可能大于m乙,ρ甲可能大于ρ乙
D.m甲一定大于m乙,ρ甲可能小于ρ乙
【答案】D。
【解答】解:水对两容器底部的压强增加量相等,根据液体压强公式p=ρgh可知两容器内水面上升的高度相同,根据体积公式可得Δh==﹣﹣﹣﹣﹣﹣①,
由图可知SA>SB,所以V甲>V乙;
两容器对水平地面的压强增加量也相等,两容器对水平地面的压力增加量等于两球的重力,根据p=可得=﹣﹣﹣﹣﹣﹣②,SA>SB,所以G甲>G乙;
根据G=mg可得甲、乙实心球的质量m甲>m乙,
可得=,
根据G=mg,ρ=可知ρ甲=ρ乙。
故选:D。
6.(2023•绵阳模拟)如图甲所示为边长为20cm的薄壁正方体容器(质量不计)放在水平桌面上,将质地均匀的实心圆柱体竖直放在容器底部,其横截面积为200cm2、高为10cm。向容器内缓慢注入某种液体,圆柱体始终竖直,圆柱体对容器底部的压力与注入液体的质量关系如图乙所示。下列判断正确的是( )
A.圆柱体的密度小于液体的密度
B.当注入液体质量为2kg时,圆柱体所受的浮力为10N
C.当液体对容器底的压强与容器对桌面的压强之比为1:3时,物体未浸没
D.当液体对容器底的压强与容器对桌面的压强之比为1:3时,注入液体质量为4.5kg
【答案】D。
【解答】解:A、由图乙可知,当注入液体质量大于2kg时,圆柱体对容器底部的压力不变,说明此时圆柱体浸没在液体中,即圆柱体沉底了,由浮沉条件可知,圆柱体的密度大于液体密度,故A错误;
B、由题意知,圆柱体的底面积为:S柱=200cm2=0.02m2,
其高为h=10cm=0.1m,则圆柱体的体积:V柱=S柱h=0.02m2×0.1m=2×10﹣3m3;
正方体容器的底面积S容=0.2m×0.2m=0.04m2;
圆柱体刚好浸没时,液体的体积为:V液体=(S容﹣S柱)h=(0.04m2﹣0.02m2)×0.1m=2×10﹣3m3;
由图乙可知,圆柱体刚好浸没时,注入液体的质量为2kg,
则液体的密度:
ρ液===1.0×103kg/m3;
根据阿基米德原理可得,当圆柱体刚被浸没时,它受到的浮力:
F浮=ρ液gV排=ρ液gV柱=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣3m3=20N,故B错误;
C、由B知,圆柱体刚好浸没时注入液体的质量为2kg;
当注入液体质量m1小于或等于2kg时,容器内液体的深度:
h′=,
又因为ΔS=S容﹣S柱=0.04m2﹣0.02m2=0.02m2,
则液体对容器底部的压强:
p1=ρ液g×=﹣﹣﹣﹣﹣①,
由图乙可知,当没有注入液体时圆柱体对容器底的压力为150N,即圆柱体的重力为150N,
则注入液体后,容器对桌面的压力为:F=150N+m1g,
容器对桌面的压强:
p2==﹣﹣﹣﹣﹣②,
已知p1:p2=1:3﹣﹣﹣﹣﹣﹣③,
将①②代入③解得:m1=3kg,因m1=3kg>2kg,所以圆柱体一定浸没,故C错误;
D、当注入液体的质量大于2kg时,即注入液体的深度大于10cm,
因液体体积与圆柱体体积之和等于容器底面积乘以液体的深度,即V液+V柱=S容h′,
且根据ρ=可得液体的体积V液=,
所以 +V柱=S容h′,
则此时液体的深度h′=,
此时液体对容器底部的压强:
p液=ρ液gh′=ρ液g×=,﹣﹣﹣﹣﹣﹣④
容器对桌面的压强:
p容==﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑤,
已知p液:p容=1:3,
所以 :=1:3,
即:(mg+ρ液gV柱):(150N+mg)=1:3,
代入数据可得:
m=4.5kg,故D正确。
故选:D。
7.(2022春•成都期中)如图所示,在研究液体压强的实验中,将压强计的金属盒放在水中,下列做法能够使压强计U形管两边的液面高度差增大的是( )
A.将压强计的金属盒水平向左或向右移动一段距离
B.将压强计的金属盒向上移动一段距离
C.将压强计的金属盒在原处转动180°
D.将压强计的金属盒改放在同样深度的浓盐水中
【答案】D。
【解答】解:使压强计U形管两边的液面高度差增大,需要增大探头所处位置的压强,根据p=ρ液gh知,要增大压强,需增大液体的密度或橡皮膜所处的深度,故D正确。
故选D。
8.(2023春•宛城区校级月考)在如图所示的装置中,不是利用连通器原理工作的是( )
①牲畜自动饮水机
②拦河大坝
③洗手盆的下水管
④液压机模型
A.①② B.② C.④ D.②④
【答案】D。
【解答】解:①③牲畜自动饮水机、下水道存水管在工作时,符合上端开口、底部连通的特点,属于连通器;
②拦河大坝上窄下宽,是利用液体压强随深度的增加而增大,不属于连通器,
④液压机两端都封闭,是利用帕斯卡原理工作的,与连通器无关;
故选:D。
二、填空题。
9.(2022春•重庆期中)如图所示,它说明了液体的压强随深度的增加而 增大 。(填“增大”或“减小”)
【答案】增大。
【解答】解:由图可知,潜水员下潜到海水中不同深度,需要使用抗压能力不同的潜水服,说明液体的压强随深度的增加而增大。
故答案为:增大。
10.(2022春•新建区校级期中)如图甲所示,装满水的密闭容器置于水平桌面上,此时水对容器底部的压强为p1、水对容器底部的压力为F1;把容器倒置过来,如图乙所示,此时水对容器底部的压强为p2、水对容器底部的压力为F2,p1 = p2,F1 > F2。(均选填“>”、“<”或“=”)
【答案】=;>。
【解答】解:(1)水对容器底部的压强属于液体压强,而液体压强的大小只与液体的密度和深度有关,两只容器中装的是同种液体,读图可知,它们的深度也相同,所以根据p=ρgh可知,水对容器底部的压强p是相同的;
(2)甲是上窄下宽的形状,所以甲中水对容器底部的压力大于重力;乙是上宽下窄的形状,所以水对容器底部的压力小于重力,所以F1>F2。
故答案为:=;>。
11.(2023春•无为市月考)如图所示,两端开口的玻璃管底部用橡皮膜封住,放入水中,已知玻璃管底部距离水面8cm,现向玻璃管中缓缓注入密度为0.8×103kg/m3的酒精,则玻璃管内注入的酒精高度为 10 cm时,橡皮膜恰好不发生形变。(ρ水=1.0×103kg/m3)
【答案】10。
【解答】解:当水产生的对橡皮膜向上的压强与酒精产生的向下的压强相等时,橡皮膜恰好不发生形变,
则p=ρ水gh=ρ酒精gh′,
酒精的高度:
h′==×8cm=10cm。
故答案为:10。
12.(2022秋•闵行区期末)用比管口稍大的薄塑料片堵在玻璃管的下端,将玻璃管竖直插入水槽中,其深度为h,如图(a)所示。再将高为h、密度为1×103千克/米3的圆柱体轻轻放在玻璃管底的塑料片上,塑料片不掉落,如图(b)所示。将圆柱体取出后,向玻璃管中沿着管壁缓缓倒入水,当管内外水面相平时塑料片恰好掉落,如图(c)所示。
(1)某同学认为塑料片恰好掉落是由于受到向上、向下的压强相等。你认为他的观点是否正确,请简要阐述理由: 正确;塑料片由于受到向上、向下的压强相等,二者相互抵消,塑料片在重力的作用下恰好掉落 。
(2)若要使图(b)中的塑料片掉落,下列方法中可能实现的是 AC 。
A.换一个横截面积更小的玻璃管
B.将玻璃管向下移动一段距离
C.换一个质量更大的圆柱体
【答案】(1)正确;塑料片由于受到向上、向下的压强相等,二者相互抵消,塑料片在重力的作用下恰好掉落。(2)AC。
【解答】解:(1)他的观点正确;
塑料片由于受到向上、向下的压强相等,二者相互抵消,塑料片在重力的作用下恰好掉落。
(2)若要使图(b)中的塑料片掉落,应该使塑料片受到向下的压强大于向上的压强。
A.换一个横截面积更小的玻璃管,塑料片上方的物体压力等于重力不变,由于塑料片只受水向上的压力部分的面积减小,因而向上的压力减小,则塑料片会下落;
B.将玻璃管向下移动一段距离,塑料片受到向下的压强小于向上的压强,不能使图(b)中的塑料片掉落;
C.换一个质量更大的圆柱体,塑料片受到的向下的压力变大,压强变大,大于向上的压强,能使图(b)中的塑料片掉落。
故应选C。
故答案为:(1)正确;塑料片由于受到向上、向下的压强相等,二者相互抵消,塑料片在重力的作用下恰好掉落。(2)AC。
三、实验探究题。
13.(2023春•天心区校级月考)如图是用压强计“探究影响液体内部压强大小的因素”的实验装置。
(1)在使用压强计前,发现U形管左右两侧的水面有一定的高度差,如图甲,其调节的方法是 B (选填“A”或“B”),使U形管左右两侧的水面相平。
A.将右侧支管中高出的水倒出
B.取下软管重新安装
(2)通过比较丙、丁两图可知,在液体内部的同一深度,液体的 密度 越大,压强越大。
(3)通过比较乙图与 丙 图可知三峡大坝设计成上窄下宽的原因。
【答案】(1)B;(2)密度;(3)乙丙。
【解答】解:(1)若在使用压强计前,发现U形管内水面已有高度差,只需要将软管取下,再重新安装,这样U形管中两管上方的气体压强就是相等的(都等于大气压),当橡皮膜没有受到压强时,U形管中的液面就是相平的,故选:B;
(2)比较丙、丁两图可知,液体密度不同,深度相同,密度越大的液体中压强越大,故在液体内部的同一深度,液体的
密度越大,压强也越大;
(3)比较乙、丙两图可知,在同种液体中,深度越大,压强也越大,故三峡大坝设计成上窄下宽的原因。
故答案为:(1)B;(2)密度;(3)乙丙。
四、计算题。
14.(2023•涡阳县校级一模)如图甲所示,水平台面上有一底面积为50cm2的圆柱形薄壁容器(容器足够高),装有适量的水,水深15cm。将一长方体物块悬挂在弹簧测力计上,缓慢浸入水中,弹簧测力计的示数F与长方体浸入水中的深度h的关系图像如图乙所示。水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,求:
(1)物块的密度;
(2)物块浸没时水对容器底部压强。
【解答】解:
(1)由图象知,当物块浸入深度h=0时,测力计的示数为9N,此时弹簧测力计的示数等于物块的重力,则物块的重力G=9N,
物块完全浸没在水中时,弹簧测力计的示数F拉=5N,
则物块浸没在水中时受到的浮力:F浮=G﹣F拉=9N﹣5N=4N;
物块完全浸没在水中时,排开水的体积等于的体积,
由F浮=ρ水gV排可知,物块的体积:V=V排===4×10﹣4m3,
由G=mg可知,物块的质量:m===0.9kg,
物块的密度:ρ===2.25×103kg/m3;
(2)物块浸没时水上升的高度h′===0.08m,
水的深度h=h0+h′=0.08m+m=0.23m,
物块浸没时水对容器底部压强p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.23m=2300Pa。
答:(1)物块的密度为2.25×103kg/m3;
(2)物块浸没时水对容器底部压强为2300Pa。
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