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文档简介

专题03压强和浮力问题

"必断识"

一、必备知识

(1)压强

1、定义:物体单位面积上受到的压力叫压强。;物理意义:压强是表示压力作用效果的物理量;公

式p=F/S其中各量的单位分别是:p:帕斯卡(Pa);F:牛顿(N)S:米2(小)。

2、使用该公式计算压强时,关键是找出压力尸(一般尸=G=〃zg)和受力面积S(受力面积要注意两

物体的接触部分)。

3、特例:对于放在桌子上的直柱体(如:圆柱体、正方体、长放体等)对桌面的压强p=pg/7

(2)压强的计算与判断

方法1切割模型

1对于质地均匀、形状规则的柱体,竖切时,对地面压强不变,可以用p=pgh判断。

2对于质地均匀、形状规则的柱体,横切或斜切时,分别分析压力F、受力面积S的变化情况,

再根据判断与计算。

方法2叠加问题

1.如图所示,A、B两物体叠加后放在水平面上,求水平面受到的压强时,物体对水平面的压力

F=GA+GB,水平面的受力面积为下面物体的底面积。

A

2.求上面物体对下面物体的压强时,压力大小等于上面物体的重力,受力面积取较小物体的底

面积,如甲、乙两图中受力面积均为A物体的底面积。

3.容器装液体、人骑自行车、车装货物等,求对水平地面的压强,都可以看成叠加模型。

(3)液体的压强

1、液柱体积V=Sh;质量m=pV=pSh

2、液片受到的压力:F=G=mg=pShg.

3、液片受到的压强:p=FN=pgh

4、液体压强公式p=pg〃说明:A、公式适用的条件为:液体;B、公式中物理量的单位为:p:

Pa;g:N/kg;h:m;C、从公式中看出:液体的压强只与液体的密度和液体的深度有关,而与液

体的质量、体积、重力、容器的底面积、容器形状均无关。著名的帕斯卡破桶实验充分说明这一

点。

区分液体对容器底的压强、压力与容器对水平支持面的压强、压

方法L液体对容器底的压强与压力

⑴求液体对容器底的压强和压力时,一般先用公式p=Pgh求出液体对容器底的压强,再根据F=pS

求液体对容器底的压力。

(2)液体对容器底的压力F与液体重力G液的关系:

①只有当容器是柱体时,液体对容器底的压力大小才等于液体的重力(如图甲)。

②底小口大的容器底受到的压力小于液体的重力(如图乙)。

③底大口小的容器底受到的压力大于液体的重力(如图丙)

方法2.容器对水平支持面的压强与压力

求容器对水平支持面的压强和压力时,应先根据受力平衡求出容器对支持面的压力F=G液+G霹,再根

据p=F/S。求容器对支持面的压强。

(4)浮力

对阿基米德原理的理解仍浮=3排或/停和液gV排)

1、原理中“浸入液体里的物体”指两种情况。

2、能区分G物与G排;V物与V排;物与〃浓的意义。

3、明确此公式的适用条件:既用于液体也适用于气体。

4、由此式理解决定浮力大小的因素。即:物体浸在液体中所受浮力的大小跟液体(气体)的密度和物

体排开液体(气体)的体积有关,而跟物体本身的体积、密度、形状以及物体浸没在液体(气体)中的深

度等无关。因此,在用下浮=〃渣gV排计算或比较浮力大小时,关键是分析液体的密度〃液和排开液

体的体积vr排的大小。

5、判断物体的浮沉条件及浮沉的应用

物体的浮沉条件(浸没在液体里的物体若只受重力和浮力的作用,由力运动的关系可知:)

当产浮>3物(p双>p硼)时,物体上浮一>■漂浮(F浮=G物)。

当F浮=G物(0液=〃物)时,物体悬浮。

当尸浮<G物(p滋物)时,物体下沉一沉底(尸浮+尸支=6物)。

(5)浮力计算的几种方法

方法1求浮力大小的几种方法的选择

1.阿基米德原理法:F»=Ga=m#g=PagVa,知道物体排开液体的体积或质量时常用。

2称重法:F祈G物-F拉,用弹簧测力计测浮力时常用。

3.平衡法:当物体悬浮或漂浮时,F,¥=G物,知道浮沉情况时常用。

4.压力差法:F^=F向上-F向下,知道液体对物体上下表面的压力时常用。

方法2连体问题的解法

一般要对物体进行受力分析,可以对每个物体单独受力分析,也可对整体受力分析。求外部对整体

的力时,整体受力分析更方便。

方法3液面变化类问题的解法

在一固定的容器中,向容器注水、从容器中排水或将物体浸入(提起)会引起液面高度变化,随之

物体排开液体的体积V排、物体受到的浮力F浮、容器底部受到的液体压强p等发生变化,常常为

解题方便,会用到变化量公式:△p=Pg^h、△F浮=PiSg△V、△丫排=$/k11(适用于形状规则柱状容

器)

"考查明星"探究

[例题1](2024•长沙)有一个质量为4kg,底面积为500cm2的足够高的薄壁柱形容器放在水平地

面上。g取10N/kgo

(1)容器受到的重力是多大?

(2)容器对水平地面的压强是多大?

(3)科技小组利用这个容器来研究物体的浮沉,他们将同种材料制成的不吸水的正方体A和长

方体B放在容器中,如图甲所示。向容器内缓慢加水,A、B始终保持竖直,水深h与加水体积

V的关系如图乙所示。当水深为3瓦时,取出其中一个物体,水面下降2cm。当水深为3ho时,

水对容器底部的压强是多少帕?(不考虑取出物体的过程中带出的水,p水=1.0Xl()3kg/m3)

[例题2](2024•河北)A为质量分布均匀的长方体物块,质量为300g,边长如图甲所示。B为内部

平滑的圆柱形薄壁容器,底面积为300cm2,高为15cm,如图乙所示。A、B均静置于水平地面

±o水的密度为1.0Xl()3kg/m3,g取10N/kg。

(1)求A的密度;

(2)图甲中A对地面的压强为pi,将A放入B后,B对地面的压强为p2,且pi:p2=5:2,求

B的质量;

(3)将A放入B后,向B中缓慢加水,在A对B底部的压力恰好最小的所有情况中,分析并

计算水对容器底部的最小压力。

[例题3](2024•淄博)如图甲所示,水平放置的长方体容器中水深16cm,用细线将沉在容器底的

圆柱体物块竖直向上匀速提升。从物块刚刚离开容器底到拉出水面的过程中,拉力F与物块下

表面到容器底的距离h的关系如图乙所示(细线的质量、体积及物块带走的水均忽略不计,p水

=1.0X103kg/m3,g取10N/kg)。求:

(1)物块浸没在水中时受到的浮力;

(2)物块取出后,水对容器底的压强;

(3)容器中水的质量。

"命题热点"突破

1.(2024•泰安)古代有一种计时器称为“漏刻”,其计时原理是通过漏壶或箭壶中水量的均匀变

化来度量时间。图甲为我国国家博物馆收藏的西汉时期的计时工具青铜漏壶。图乙为某同学设

计的计时工具箭壶模型,该模型由薄壁圆柱形玻璃容器、长方体木块(不吸水)和标有刻度的

箭尺构成,箭尺重力忽略不计,其底部与木块相连,当向容器内均匀注水,可使箭尺和木块随

水面匀速竖直上升,从而计时。已知容器高为50cm,底面积为700cm2;木块重1.5N,高为5cm。

初始状态下,容器内有部分水,刚好使木块在浮力作用下与容器底部脱离接触,此时水深为3cm;

工作状态下,当木块上升至上表面刚好与容器上沿相平时,一个计时周期结束。g取10N/kg,

-1.0x103kg/m3,不计容器底和容器壁的厚度。求:

(1)初始状态下木块受到的浮力;

(2)木块的密度;

(3)计时周期结束时木块底部受到的水的压强和容器内水的质量。

刖Kr~i

2.(2024•芜湖模拟)如图所示,底面积为lOOcn?的圆柱形容器内盛有一定量的水,将一重力为

6N的木块A放入水中,静止后A露出水面部分是木块总体积的五分之二,再将合金块B放在

木块A的上方,静止后A露出水面部分是木块总体积的五分之一,求:

(1)单独将木块A放入水中,木块A受到的浮力大小;

(2)木块A的体积;

(3)放上合金块B后,水对容器底部的压强增加了多少。

3.(2024•吉州区校级模拟)如图所示一个圆柱形容器,里面装入适量水。把体积为1.2X1(T3m3、

密度为0.6Xl()3kg/m3的木块投入水中,当木块最后静止时,水深15cm,且水未溢出杯外。(g

取10N/kg)求:

U)木块的重力是多少?

(2)此时水对容器底的压强是多少?

(3)若用手向下把木块刚好全部压入水中不动,此时木块受到手的压力是多少?

4.(2024•天府新区校级三模)薄壁圆柱形开口容器A和B的高度hA,hB,底面积SA,SB,数据

如图所示。A容器装水后放在水平桌面上,再把B放入A中,B处于漂浮状态。此时水深ho=

0.22m,B容器底部离A底部hi=0.1m。g取10N/kg,=1x103kg/m3,容器B的底面始

U)B容器漂浮时,B底部受水的压强?

(2)在空容器B中加入体积为lOOcn?的沙粒后(图中未画出),B容器下降了3cm,求沙粒的

密度?

(3)若在空容器B中缓慢加入质量为m的沙粒,稳定后容器B受浮力大小?(结果可用m表

示,m取值不确定,不考虑容器B装满后的情况)

5.(2024•雨花区校级二模)水平地面上有一质量为2千克的薄壁柱形容器,另有一个质量为8千

克的圆柱体甲,甲的底面积是容器底面积的一半。容器中盛有水,将甲放入水中,分别测出甲

放入容器前后,容器对水平桌面的压强p容、水对容器底部的压强p水,如表所示。(g取10N/kg)

求:

(1)圆柱体甲的重力。

(2)圆柱体甲放入容器前水的深度。

(3)①请判断甲在水中的状态并说明理由;(提示:漂浮、浸没、未浸没等)

②圆柱体甲的密度。

容器对桌面、水对容器底的压强甲放入前甲放入后

p容(Pa)60009000

p水(Pa)50006000

6.(2024•荔城区校级模拟)2023年8月初,华北地区面临严峻的防汛形势。为减小抗洪压力,科

创小组设计了水库自动泄洪控制装置,将其制成顶部开有小孔的模型,如图所示。其中A为压

力传感器,B是密度小于水且不吸水的圆柱体。能沿固定的光滑细杆在竖直方向自由移动。当

模型内水深hi=15cm时,B与模型底面刚好接触且压力为零。水面上涨到设计的警戒水位时,

圆柱体对压力传感器的压力为3N,触发报警装置,开启通洪阀门。已知圆柱体B的底面积SB

=100cm2,高hB=25cm,p水=1XICpkg/n?。求:

(1)当模型内水深hi=15cm时,水对模型底部的压强;

(2)B的密度;

(3)为了提高防洪安全性,警戒水位需要比原设计低4cm,则需要在B的上方加上与B同材质

同底面积的圆柱体C,求圆柱体C的高度h。

7.(2024•汕尾二模)小明骑自行车去上学的途中,匀速经过一段平直路面,已知小明和自行车的

总质量为70kg,自行车每个轮胎与地面的接触面积为lOcn?。小明在该平直路面上骑行时受到

的阻力为人和自行车总重力的0.05倍,g取10N/kg,求:

(1)小明和自行车受到的总重力;

(2)小明在该平直路面上骑行时受到的阻力;

(3)小明在该平直路面上骑行时,自行车对地面的压强。

8.(2024•长沙二模)如图所示,甲、乙两个完全相同的薄壁圆柱形容器置于水平桌面上,两容器

底部开口,用一根细橡皮管相连,开始时用夹子K夹住(不计橡皮管的体积)。容器底面积均为

200cm2,甲中盛有深度为40cm的水,乙中放一底面积为40cm2高为20cm的圆柱形木块,且

甲中水对容器底部的压强是木块对乙容器底部压强的4倍。(g取10N/kg;p水=lXl()3kg/m3)

(1)甲中水对容器底部的压强;

(2)木块的密度;

(3)松开夹子K,直到水不再流动。稳定后用两个夹子夹住橡皮管,然后用剪刀从两个夹子间将

橡皮管剪断,将甲、乙分开。接下来用力将乙中的木块沿竖直方向移动4cm,求此时乙容器对桌

面压强。已知乙容器和夹子、橡皮管的总质量为400g。(此过程中木块始终保持竖直,且不沾水)

9.(2024•任城区校级三模)如图一重力为4N、底面积为80cm2的平底圆柱形薄壁容器,置于In?

水平桌面中央(容器壁厚度不计),逐渐向容器倒某种液体,液体的压强与深度的关系如图所示。

(g=10N/kg)求:

(1)液体的密度;

(2)当h=4cm时,液体对容器底部受压力;

(3)当h=4cm时,容器对桌面压强。

10.(2024•射洪市校级二模)如图所示,薄壁圆柱形容器甲的底面积为300cm2,足够高,圆柱形

实心物体A质量为1200g,底面积为100cm2,高为2

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