🔻 八年级下册 · 第9章《压强》

压强 p=F/S → 液体压强 p=ρgh → 大气压强 → 流体压强与流速 · 拖一拖、算一算,压力效果看得见

🎯 学习目标:理解压力的概念与方向,知道压力不一定等于重力;理解压强的定义、公式 p=F/S 与单位帕斯卡;掌握增大和减小压强的方法。

1.1 认识压力易错点

压力是垂直压在物体表面上的力,只有在水平面上时压力大小才等于重力。

压力:垂直作用在物体表面上的力叫压力。方向垂直于受力面并指向被压物体,作用点在受力面上。
重要提醒:压力不一定等于重力!只有当物体放在水平面上、且只受重力和支持力时,压力大小才等于重力,即 F = G。
情形受力面压力 F 的大小
物体静止在水平桌面上水平桌面F = G(此时才相等)
物体压在竖直墙面上竖直墙面F 由手的推力决定,与 G 无关
物体放在斜面上斜面F < G(压力小于重力,斜面越陡越接近 G)
用手把图钉按入墙墙面F = 手的压力,与钉重无关
⚠️ 压力和重力是两种不同性质的力:重力方向竖直向下、施力物体是地球;压力方向垂直于受力面、施力物体是相互挤压的物体。切勿把压力当成重力!

1.1b 压力方向的三种典型情形点击探索

压力永远垂直于受力面并指向被压物体,方向不一定竖直向下。

物块压力 FG① 水平桌面F = G,方向垂直桌面向下物块压力 F手推的力② 竖直墙面F = 手的推力,方向水平指向墙物块G压力 F③ 斜面F < G,方向垂直于斜面向下
点击上方按钮,看压力在不同接触面上的大小和方向。

1.2 压强的计算器拖动计算

拖动“压力 F”和“受力面积 S”,观察压强 p 的变化与物体陷入地面的深浅。

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p = F / S (p—压强/Pa,F—压力/N,S—受力面积/m²)
压强 p = F/S
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压强定义:物体单位面积上受到的压力叫压强,是表示压力作用效果的物理量。
公式:p = F / S  变形:F = pS,S = F / p
💡 单位:压强的单位是帕斯卡,简称帕(Pa)。1 Pa = 1 N/m²,表示 1 m² 面积上受到 1 N 的压力。一张报纸平铺时对桌面的压强约 0.5 Pa;成人站立时对地面的压强约 1.5×10⁴ Pa。
⚠️ 计算时 S 必须用受力面积(两物体实际接触的面积),单位统一为 m²;1 cm² = 10⁻⁴ m²。

1.3 增大与减小压强生活应用

增大压强的方法

  • 受力面积一定时,增大压力;
  • 压力一定时,减小受力面积;
  • 实例:刀、斧、剪的刃磨薄;针尖、锥子做得尖;啄木鸟的尖喙;用力切菜(既增大压力又减小面积)。

减小压强的方法

  • 受力面积一定时,减小压力;
  • 压力一定时,增大受力面积;
  • 实例:书包用宽背带;坦克装履带;铁轨铺在枕木上;推土机、大型平板车用很多轮子;房屋打宽地基。
💡 判断“增大还是减小压强”,先看题目改变的是压力 F 还是受力面积 S,再由 p=F/S 判断 p 如何变化。刀刃磨薄是减小 S,故增大压强。
下列关于压力的说法中,正确的是( )
压力方向垂直于受力面,不一定竖直向下(如压在墙上);只有物体静止在水平面上且只受重力和支持力时,压力大小才等于重力,故 A、B、D 都错。
要减小压强,下列做法可行的是( )
铺枕木是在压力一定时增大受力面积,从而减小压强;A、C、D 都是减小受力面积,目的是增大压强。
🎯 学习目标:知道液体压强的特点与产生原因;掌握公式 p=ρgh 及其影响因素;理解连通器原理及其应用。

2.1 液体压强的特点转换法

液体既受重力又能流动,因此对容器底、侧壁以及内部各方向都有压强。

液体压强的产生:液体受重力且具有流动性,所以液体对容器底和侧壁都有压强,液体内部向各个方向都有压强。
  • 液体对容器底和侧壁都有压强;
  • 液体内部向各个方向都有压强;
  • 在同种液体的同一深度处,向各个方向的压强大小相等;
  • 同种液体,深度越深,压强越大;
  • 不同液体在同一深度,密度越大,压强越大。
💡 研究液体内部压强用压强计(U 形管压强计):橡皮膜受到的压强越大,U 形管两侧的液面高度差越大。这里也用到了转换法。
【公式推导】p = ρgh 是怎么来的?
设想液面下深度为 h 处有一面积为 S 的水平液柱。这个液柱的体积 V = S·h,质量 m = ρV = ρSh,液柱的重力 G = mg = ρShg。
液柱底部受到的压力 F 等于上方液柱的重力(即 F = G),所以压强 p = F/S = G/S = ρShg/S = ρgh。
结论:液体压强只与液体密度 ρ 和深度 h 有关,与容器形状、液体重力、底面积无关。

2.2 液体压强的计算 p=ρgh拖动计算

深度 h 越大、密度 ρ 越大,同一点向各方向的压强都越大。

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拖动“密度 ρ”和“深度 h”,看红色箭头(各方向压强)随深度增大而变长。
压强 p = ρgh
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p = ρgh
ρ—液体密度/(kg·m⁻³) g=9.8 N/kg h—深度/m
💡 关键结论:液体压强只与液体密度 ρ 和深度 h 有关,与液体的体积、重力、容器的形状和底面积无关。
⚠️ 公式里的 h 是“深度”——指从液面竖直向下到该点的距离,不是物体的高度,也不是到容器底的距离!

2.3 连通器与液压机生活应用

连通器

上端开口、下部连通的容器叫连通器。连通器里装同一种液体、液体不流动时,各容器中的液面总保持相平。

常见应用

  • 茶壶(壶嘴与壶身)
  • 船闸(让船通过不同水位)
  • 下水道的存水弯(水封防臭气)
  • 锅炉水位计
  • 喷泉、水塔供水
💡 【原理】为什么连通器液面会相平?
假设连通器左右两管液面高度不同,底部取一"液片",液片左侧受到的压强 p左 = ρgh左,右侧 p右 = ρgh右。若 h左 ≠ h右,则液片两侧压力不等,液片要向压力小的一侧移动,直到两边液面高度相等,压强相等,液片不再移动——这就是"液面相平"的道理。
注意:前提条件是① 同种液体;② 液体不流动;③ 各容器上端都开口(与大气相通)。
实例原理
茶壶壶嘴与壶身构成连通器,倒水时二者液面相平,壶嘴要与壶口一样高
船闸利用连通器原理调节闸室水位,使船在不同水位的河段间通行
下水道存水弯弯管中存留的水形成“水封”,阻止管道中的臭气返回室内
💡 帕斯卡原理与液压机:加在密闭液体上的压强,能大小不变地被液体向各个方向传递。液压机据此工作——小活塞加小压力,大活塞就能输出很大的力(如汽车千斤顶、液压制动)。

2.4 连通器动画演示播放看液面

点击"▶ 播放",看水从底部连通处慢慢流入,左右液面始终保持同一高度。

连通器原理:同种液体、静止、开口 → 各容器液面相平。
💡 为什么粗细不同仍然相平?液面相平只取决于底部的压强是否相等,而压强 p = ρgh 与容器的横截面积无关;横截面积只影响液体体积,不影响高度。
⚠️ 破坏任一条件,液面就不一定相平:装不同种液体、液体在流动、或某容器上端不敞口(如密闭)。
关于液体压强,下列说法正确的是( )
由 p=ρgh 知,液体压强只与密度 ρ 和深度 h 有关,与体积、容器形状无关;液体对容器底和侧壁都有压强,内部向各方向也有压强,故 A、C、D 错。
下列设备中,不是利用连通器原理工作的是( )
茶壶、船闸、存水弯都属于连通器;注射器是利用大气压与活塞抽吸工作的,不属于连通器。
🎯 学习目标:知道大气压强的存在与产生原因;了解托里拆利实验测出的标准大气压值;知道大气压随高度变化及其对沸点的影响与生活应用。

3.1 大气压的存在与测量两大实验

大气压的数值由托里拆利实验测出,标准大气压约为 1.0×10⁵ Pa。

大气压强(大气压):大气由于受重力作用,又具有流动性,所以对浸在其中的物体向各个方向都有压强,这就是大气压强。
经典实验现象说明
马德堡半球实验抽气后两队马都难以拉开铜半球证明大气压存在且很大
托里拆利实验玻璃管内水银柱高约 760 mm首次测出大气压的数值
覆杯实验倒扣的水杯,纸片托住水不落下证明大气压的存在(向上也有压强)
标准大气压:p₀ = 760 mmHg = 1.013×10⁵ Pa ≈ 10⁵ Pa,能支持约 10.3 m 高的水柱。
💡 【定量】托里拆利实验中,760 mm 汞柱是怎么算出大气压的?
玻璃管顶部是真空,管内汞柱产生的压强等于管外大气压。p₀ = ρ汞gh = 13.6×10³ kg/m³ × 9.8 N/kg × 0.760 m ≈ 1.013×10⁵ Pa。
也就是说,大气压能"托起"约 760 mm 高的汞柱;若改用水,由 h = p₀/(ρ水g) ≈ 10.3 m,所以普通抽水机吸水高度一般不超过 10 m。

3.2 大气压的实验与应用点击探索

点击按钮切换:托里拆利实验、马德堡半球、吸盘/吸管、气压与沸点。

托里拆利实验(测大气压值)真空760 mm大气压 p₀ 压在水银面上马德堡半球实验(大气压很大)马队拉马队拉抽去球内空气,大气压把两半球紧紧压住吸盘 / 吸管:利用大气压挤出吸盘内空气,外部大气压把它压在墙上吸饮料:吸气使管内气压减小,大气压把饮料压上来气压对沸点的影响气压→沸点↑高原:气压低,沸点<100℃标准大气压:沸点100℃高压锅:气压高,沸点>100℃
点击上方按钮,查看大气压的四个经典实验与应用 👆

3.3 大气压的变化与生活拓展

规律 / 应用内容
随高度变化大气压随高度升高而减小(越高空气越稀薄)
测量工具水银气压计、无液(金属盒)气压计;登山、航空用它测高度
对沸点影响气压越低,沸点越低;高压锅增大气压、提高沸点,饭菜熟得快
生活实例吸盘挂钩、吸管喝饮料、钢笔吸墨水、活塞式抽水机、注射器抽药液
💡 同一地点,晴天气压比阴天高,冬天比夏天高。标准大气压能支持 76 cm 水银柱,若改用水则约 10.3 m 高——这就是普通抽水机提水高度不能超过约 10 m 的原因。
下列现象中,不能说明大气压存在的是( )
A、B、C 都由大气压引起;船闸是利用连通器原理工作的,与大气压无关。
关于大气压,下列说法正确的是( )
大气压随天气、海拔变化,海拔越高气压越小;标准大气压约 1.013×10⁵ Pa≈10⁵ Pa;高压锅是增大气压、提高沸点,故 A、B、D 错。
🎯 学习目标:知道气体和液体统称流体;理解流体中流速越大的地方压强越小;能用这一规律解释机翼升力等现象。

4.1 流体压强与流速的关系核心规律

流速大→压强小,是本节唯一也是最重要的结论。

流体:具有流动性的气体和液体统称为流体。
规律:在气体和液体中,流速越大的位置,压强越小;流速越小的位置,压强越大。
💡 【原理】为什么流速大处压强小?(定性理解)
对稳定流动的流体,流体的能量包括两部分:① 因运动而具有的动能;② 因挤压而产生的压强能(可理解为"被压缩储存的能量")。在同一流管中,能量近似守恒;当某处流速增大、动能增大时,它的压强能就会减小,也就是压强变小。
这个规律叫伯努利原理,是流体压强与流速关系的本质原因。
💡 注意区分:液体压强 p=ρgh 讲的是“越深压强越大”;本节讲的是“流速越大压强越小”,两者不要混淆。

4.2 机翼升力的形成动画演示

观察机翼上下气流的快慢差异,理解升力是怎样产生的。

机翼升力:机翼上凸下平,飞行时上方空气流速大、压强小,下方流速小、压强大,向上的压力差形成升力。
💡 点击“▶ 播放”,看蓝点表示的气流:上方点跑得快(流速大),下方点跑得慢(流速小)。

4.3 流速与压强的应用实例辨析

生活与自然

  • 两张纸中间吹气,纸片相互靠拢(中间流速大压强小);
  • 吹硬币能让它跳过障碍;
  • 足球的“香蕉球”弧线球。

安全警示

  • 火车站台设安全线:列车驶过时身旁空气流速大、压强小,人易被外侧大气压“推”向列车;
  • 两船并行同向航行时,中间水流速大压强小,两船易相互靠拢相撞,故要保持距离。
现象流速大(压强小)的位置结果
吹两张纸片两纸中间纸片被外侧大气压压向中间,相互靠拢
站台安全线列车与人之间人被外侧大气压推向列车,故须退到安全线外
两船并行两船中间的水外侧水压把两船推向中间,可能相撞
飞机能够升空,主要是因为机翼上、下方( )
机翼上凸下平,上方空气流速大→压强小,下方流速小→压强大,向上的压强差形成升力。
站台上要设置安全线,是因为火车驶过时,人与火车之间的空气( )
火车驶过时,人与车之间空气流速大→压强小,人外侧大气压较大,会把人推向火车,非常危险,所以要站在安全线外。