🎯 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。
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。
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。
p = F / S (p—压强/Pa,F—压力/N,S—受力面积/m²)
压强 p = F/S
—
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。
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。
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
—
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)。
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。
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。
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。
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。
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。