壓強(qiáng)原理及概念部分

1、壓強(qiáng)原理及概念部分一、壓強(qiáng)壓強(qiáng)是表示壓力作用效果（形變效果）的物理量。在國際單位制中，壓強(qiáng)的單位是帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕（這是為了紀(jì)念法國科學(xué)家帕斯卡Blaise pascal而命名的），即牛頓/平方米。壓強(qiáng)的常用單位有千帕、千克力/平方厘米、托。一般以英文字母p表示。 二、定義：?jiǎn)挝幻娣e上受到的壓力叫做壓強(qiáng)。 公式：P=F/S 固體壓強(qiáng)：物體由于外因或內(nèi)因而形變時(shí)，在它內(nèi)部任一截面的兩方即出現(xiàn)相互的作用力，單位截面上的這種作用力叫做應(yīng)力。一般地說，對(duì)于固體，在外力的作用下，將會(huì)產(chǎn)生壓(或張)形變和切形變。因此，要確切地描述固體的這些形變，就必須知道作用在它的三個(gè)互相垂直的面上的力的三個(gè)分量的效果。三

2、、大氣壓的發(fā)現(xiàn) 17世紀(jì)，德國馬德堡市有一位市長，名叫奧托·格里克他是個(gè)博學(xué)多才的軍人，從小就喜歡聽伽利略的故事；愛好讀書，愛好科學(xué)；一直讀到萊比錫大學(xué)1621年又到耶拿大學(xué)攻讀法律；1623年，再到萊頓大學(xué)鉆研數(shù)學(xué)和力學(xué)他讀了三所大學(xué)，知識(shí)面很廣因此，他能在軍旅中生活；又可在政界中立足；更能在科學(xué)界發(fā)言他是1631年入伍，在軍隊(duì)中擔(dān)任軍械工程師，工作很出色后來，投身政界，1646年當(dāng)選為馬德堡市市長無論在軍旅中，還是在市府內(nèi)，都沒停止科學(xué)探索。 1654年，他聽到托里拆利的事兒，又聽說還有許多人不相信大氣壓；還聽到有少數(shù)人在嘲笑托里拆利；再聽說雙方爭(zhēng)論得很激烈，互不相讓，針鋒相對(duì)因

3、此，格里克雖在遠(yuǎn)離德國的意大利，但很抱不平，義憤填膺 他匆匆忙忙找來玻璃管子和水銀，重新做托里拆利這個(gè)實(shí)驗(yàn)，斷定這個(gè)實(shí)驗(yàn)是準(zhǔn)確無誤的；    再將一個(gè)密封完好的木桶中的空氣抽走，木桶就“砰！”的一聲被大氣“壓”碎了！有一天，他和助手做成兩個(gè)半球，直徑14英寸，即30多厘米，并請(qǐng)來一大隊(duì)人馬，在市郊做起“大型實(shí)驗(yàn)” 馬德堡半球?qū)嶒?yàn)1654年5月8日，馬德堡市風(fēng)和日麗，晴空萬里，一大批人圍在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)上，熙熙嚷嚷十分熱鬧。有的說這樣，有的說那樣；有的支持格里克，希望實(shí)驗(yàn)成功；有的斷言實(shí)驗(yàn)會(huì)失敗；人們?cè)谧h論著，在爭(zhēng)論著；在預(yù)言著；還有的人一邊在大街小巷里往實(shí)驗(yàn)場(chǎng)跑，一邊高聲大叫：“市

4、長演馬戲了！市長演馬戲了”格里克和助手當(dāng)眾把這個(gè)黃銅的半球殼中間墊上橡皮圈；再把兩個(gè)半球殼灌滿氣后合在一起；然后把氣全部抽出，使球內(nèi)形成真空；最后，把氣嘴上的龍頭擰緊封閉。這時(shí)，周圍的大氣把兩個(gè)半球緊緊地壓在一起。格里克一揮手，四個(gè)馬夫牽來八匹高頭大馬，在球的兩邊各拴四匹格里克一聲令下，四個(gè)馬夫揚(yáng)鞭催馬、背道而拉！好像在“拔河”似的。 “加油！加油！”實(shí)驗(yàn)場(chǎng)上黑壓壓的人群一邊整齊地喊著，一邊打著拍子。4個(gè)馬夫，8匹大馬，都搞得渾身是汗。但是，銅球仍是原封不動(dòng)格里克只好搖搖手暫停一下。然后，左右兩隊(duì)，人馬倍增馬夫們喝了些開水，擦擦頭額上的汗水，又在準(zhǔn)備著第二次表現(xiàn)。格里克再一揮手，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)上更是熱

5、鬧非常。16匹大馬，死勁抗拉，八個(gè)馬夫在大聲吆喊，揮鞭催馬來看實(shí)驗(yàn)的人群，更是伸長脖子，一個(gè)勁兒地看著，不時(shí)地發(fā)出“嘩！嘩！”的響聲。突然，“啪！”的一聲巨響，銅球分開成原來的兩半，格里克舉起這兩個(gè)重重的半球自豪地向大家高聲宣告：“先生們！女士們！市民們！你們?cè)撓嘈帕税桑〈髿鈮菏怯械?，大氣壓力是大得這樣厲害！這么驚人！”實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，仍有些人不理解這兩個(gè)半球?yàn)槭裁蠢婚_，七嘴八舌地問他，他又耐心地作著詳盡的解釋：“平時(shí)，我們將兩個(gè)半球緊密合攏，無須用力，就會(huì)分開這是因?yàn)榍騼?nèi)球外都有大氣壓力的作用；相互抵消平衡了。好像沒有大氣作用似的。今天，我把它抽成真空后，球內(nèi)沒有向外的大氣壓力了，只有球外大氣

6、緊緊地壓住這兩個(gè)半球”。 通過這次“大型實(shí)驗(yàn)”，人們都終于相信有真空；有大氣；大氣有壓力；大氣壓很驚人，但是，為了這次實(shí)驗(yàn)，格里克市長竟花費(fèi)了4千英鎊。 定義 一物理學(xué)中把垂直作用在物體表面上并指向表面的力叫做壓力。 壓強(qiáng)是表示物體單位面積上所受力的大小的物理量。 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為1.013x105(10的5次方) Pa，大氣壓的數(shù)值相當(dāng)于大約76cm水銀柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，就是大氣壓的大小。 公式p=F/S（壓強(qiáng)=壓力÷受力面積） p壓強(qiáng)(單位：帕斯卡，符號(hào)：Pa) F壓力(單位：牛頓，符號(hào)：N) S受力面積(單位：平方米，符號(hào)：） F=PS (壓力=壓強(qiáng)×受力面積) S=F/p

7、 (受力面積=壓力÷壓強(qiáng)） （ 壓強(qiáng)的大小與受力面積和壓力的大小有關(guān)） 對(duì)于壓強(qiáng)的定義，應(yīng)當(dāng)著重領(lǐng)會(huì)四個(gè)要點(diǎn)： 受力面積一定時(shí)，壓強(qiáng)隨著壓力的增大而增大。（此時(shí)壓強(qiáng)與壓力成正比） 同一壓力作用在支承物的表面上，若受力面積不同，所產(chǎn)生的壓強(qiáng)大小也有所不同。受力面積小時(shí)，壓強(qiáng)大；受力面積大時(shí)，壓強(qiáng)小。 壓力和壓強(qiáng)是截然不同的兩個(gè)概念：壓力是支持面上所受到的并垂直于支持面的作用力，跟支持面面積，受力面積大小無關(guān)。 壓強(qiáng)是物體單位面積受到的壓力。跟受力面積有關(guān)。 壓力、壓強(qiáng)的單位是有區(qū)別的。壓力的單位是牛頓，跟一般力的單位是相同的。壓強(qiáng)的單位是一個(gè)復(fù)合單位，它是由力的單位和面積的單位組成的。

8、在國際單位制中是牛頓/平方米，稱“帕斯卡”，簡(jiǎn)稱“帕”。 影響壓強(qiáng)作用效果的因素 1受力面積一定時(shí)，壓力越大，壓力的作用效果越明顯。（此時(shí) 壓強(qiáng)與壓力成正比）    影響壓力作用效果的因素 試驗(yàn)2當(dāng)壓力一定時(shí)，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯。（此時(shí)壓強(qiáng)與受力面積成反比） (5)1Pa的物理意義：1平方米的面積上受到的壓力是1N。(1牛頓的力作用在一平方米上) 1Pa大?。阂粡埰戒伒膱?bào)紙對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)，3粒芝麻對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)為1Pa 注：等密度柱體與接觸面的接觸面積相等時(shí)，可以用 P=gh P液體壓強(qiáng)Pa. 液體密度千克/立方米(kg/m3) g9.8N/kg(通常情

9、況下可取g=10N/kg) h深度（m 米） 在靜止的液體中，任取一個(gè)底面為正方形（正方形與水平面平行），高為深度的液柱進(jìn)行受力分析。作用于液柱上的力有液柱的重力 G =密度*g*h*S ，方向鉛直向下；作用在液柱表面的大氣壓力 Fo=PoS,方向鉛直向下；作用在液柱底面的液體壓力 F=P*S,方向鉛直向上；作用液柱的四個(gè)側(cè)面上的壓力都是水平方向的，兩兩自相平衡。 作用在液柱鉛直方向上有 向下的重力 G 、向下大氣壓力 Fo,向上的水壓力 F，因?yàn)樵阢U直方向受力也是平衡的，所以 F=Fo+G，即 P*S = PoS+ 密度*g*h*S，約去S得 p = Po+ 密度*g*h 。如果不計(jì)大氣壓力

10、，只計(jì)液體本身產(chǎn)生的壓強(qiáng)，則 P = 密度*g*h 壓力和壓強(qiáng)任何物體能承受的壓強(qiáng)有一定的限度，超過這個(gè)限度，物體就會(huì)損壞。    壓強(qiáng) 試驗(yàn)物體由于外因或內(nèi)因而形變時(shí)，在它內(nèi)部任一截面的兩方即出現(xiàn)相互的作用力，單位截面上的這種作用力叫做壓力。 一般地說，對(duì)于固體，在外力的作用下，將會(huì)產(chǎn)生壓(或張)形變和切形變。因此，要確切地描述固體的這些形變，我們就必須知道作用在它的三個(gè)互相垂直的面上的力的三個(gè)分量的效果。這樣，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)分力Fx、Fy、Fz、以作用于Ax、Ay、Az三個(gè)互相垂直的面，應(yīng)力F/A有九個(gè)不同的分量，因此嚴(yán)格地說應(yīng)力是一個(gè)張量。 由于流體不能產(chǎn)生切變，不存在

11、切應(yīng)力。因此對(duì)于靜止流體，不管力是如何作用，只存在垂直于接觸面的力；又因?yàn)榱黧w的各向同性，所以不管這些面如何取向，在同一點(diǎn)上，作用于單位面積上的力是相同的。由于理想流體的每一點(diǎn)上，F(xiàn)/A在各個(gè)方向是定值，所以應(yīng)力F/A的方向性也就不存在了，有時(shí)稱這種應(yīng)力為壓力，在中學(xué)物理中叫做壓強(qiáng)。壓強(qiáng)是一個(gè)標(biāo)量。壓強(qiáng)(壓力)的這一定義的應(yīng)用，一般總是被限制在有關(guān)流體的問題中。 垂直作用于物體的單位面積上的壓力。若用P表示壓強(qiáng)，單位為帕斯卡（1帕斯卡=1牛頓/平方米） 液體壓強(qiáng)液體容器底、內(nèi)壁、內(nèi)部的壓強(qiáng)稱為液體壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱液壓。 （一）液體壓強(qiáng)原理（帕斯卡定律）的產(chǎn)生帕斯卡發(fā)現(xiàn)了液體傳遞壓強(qiáng)的基本規(guī)律，這就是

12、著名的帕斯卡定律所有的液壓機(jī)械都是根據(jù)帕斯卡定律設(shè)計(jì)的，所以帕斯卡被稱為“液壓機(jī)之父” 在幾百年前，帕斯卡注意到一些生活現(xiàn)象，如沒有灌水的水龍帶是扁的水龍帶接到自來水龍頭上，灌進(jìn)水，就變成圓柱形了如果水龍帶上有幾個(gè)眼，就會(huì)有水從小眼里噴出來，噴射的方向是向四面八方的。水是往前流的，為什么能把水龍帶撐圓？ 通過觀察，帕斯卡設(shè)計(jì)了“帕斯卡球”實(shí)驗(yàn)，帕斯卡球是一個(gè)壁上有許多小孔的空心球，球上連接一個(gè)圓筒，筒里有可以移動(dòng)的活塞    液體壓強(qiáng) 試驗(yàn)把水灌進(jìn)球和筒里，向里壓活塞，水便從各個(gè)小孔里噴射出來了，成了一支“多孔水槍” 帕斯卡球的實(shí)驗(yàn)證明，液體能夠把它所受到的壓強(qiáng)向各個(gè)方向傳

13、遞通過觀察發(fā)現(xiàn)每個(gè)孔噴出去水的距離差不多，這說明，每個(gè)孔所受到的壓強(qiáng)都相同 帕斯卡通過“帕斯卡球”實(shí)驗(yàn)，得出著名的帕斯卡定律：加在密閉液體任一部分的壓強(qiáng)，必然按其原來的大小，由液體向各個(gè)方向傳遞 （二）液體壓強(qiáng)（帕斯卡定律）的原理 我們知道，物體受到力的作用產(chǎn)生壓力，而只要某物體對(duì)另一物體表面有壓力，就存在壓強(qiáng)，同理，水由于受到重力作用對(duì)容器底部有壓力，因此水對(duì)容器底部存在壓強(qiáng)。液體具有流動(dòng)性，對(duì)容器壁有壓力，因此液體對(duì)容器壁也存在壓強(qiáng)。 在初中階段，液體壓強(qiáng)原理可表述為：“液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，壓強(qiáng)隨液體深度的增加而增大，同種液體在同一深度的各處，各個(gè)方向的壓強(qiáng)大小相等；不同的液體，在

14、同一深度產(chǎn)生的壓強(qiáng)大小與液體的密度有關(guān)，密度越大，液體的壓強(qiáng)越大?！?（三）液體內(nèi)部壓強(qiáng)： 一、同種液體 1向各個(gè)方向都有壓強(qiáng) 2同一深度處，壓強(qiáng)一致 3深度越深，壓強(qiáng)越大 二、不同液體 同一深度，密度越大，壓強(qiáng)越大 公式：p=gh 式中g(shù)=9.8N/kg 或g=10N/kg,h的單位是m,的單位是kg/m3,壓強(qiáng)p的單位是Pa.。 如果題中沒有明確提出g等于幾，應(yīng)用g=9.8N/kg，再就是題后邊基本上都有括號(hào)，括號(hào)的內(nèi)容就是g和的值。 公式推導(dǎo)： 壓強(qiáng)公式均可由基礎(chǔ)公式：p=F/S推導(dǎo) p=F/S=G/S=mg/S=Vg/S=Shg/S=hg=ghF=液gh,h是深度。 由于液體內(nèi)部同一深

15、度處向各個(gè)方向的壓強(qiáng)都相等，所以我們只要算出液體豎直向下的壓強(qiáng)，也就同時(shí)知道了在這一深度處液體向各個(gè)方向的壓強(qiáng)。這個(gè)公式定量地給出了液體內(nèi)部壓強(qiáng)地規(guī)律。 深度是指點(diǎn)到自由液面的距離，液體的壓強(qiáng)只與深度和液體的密度有關(guān)，與液體的質(zhì)量無關(guān)。 （四）什么是液體壓強(qiáng) 1液體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是由于液體受重力的作用。若液體在失重的情況下，將無壓強(qiáng)可言。 2由于液體具有流動(dòng)性，它所產(chǎn)生的壓強(qiáng)具有如下幾個(gè)特點(diǎn) (1)液體除了對(duì)容器底部產(chǎn)生壓強(qiáng)外，還對(duì)“限制”它流動(dòng)的側(cè)壁產(chǎn)生壓強(qiáng)。固體則只對(duì)其支承面產(chǎn)生壓強(qiáng)，方向總是與支承面垂直。    連通器內(nèi)液體不流動(dòng)時(shí)各容器中液面高度相同(2)在液體內(nèi)部

16、向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，在同一深度向各個(gè)方向的壓強(qiáng)都相等。 (3)計(jì)算液體壓強(qiáng)的公式是P=gh?？梢姡后w壓強(qiáng)的大小只取決于液體的種類(即密度)和深度h，而和液體的質(zhì)量、體積沒有直接的關(guān)系。 (4)密閉容器內(nèi)的液體能把它受到的壓強(qiáng)按原來的大小向各個(gè)方向傳遞。 3容器底部受到液體的壓力跟液體的重力不一定相等。容器底部受到液體的壓力F=PS=ghS,其中“h、S”底面積為S，高度為h的液柱的體積，“ghS”是這一液柱的重力。因?yàn)橐后w有可能傾斜放置。所以，容器底部受到的壓力其大小可能等于，也可能大于或小于液體本身的重力。 （五）液U形管壓強(qiáng)計(jì)體壓強(qiáng)的測(cè)量 液體壓強(qiáng)的測(cè)量的儀器叫U形管壓強(qiáng)計(jì)，利用液體壓強(qiáng)

17、公式P=phg，h為兩液面的高度差，計(jì)算液面差產(chǎn)生的壓強(qiáng)就等于液體內(nèi)部壓強(qiáng) 編輯本段大氣壓強(qiáng)大氣壓的存在【例1】用吸管吸飲料 【例2】吸盤貼在光滑的墻壁上不脫落 產(chǎn)生原因空氣受到重力作用，而且空氣具有流動(dòng)性，因此空氣內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，這個(gè)壓強(qiáng)就叫大氣壓強(qiáng)。 大氣壓的證明與測(cè)定1 馬德堡半球?qū)嶒?yàn)： 有力地證明了：大氣壓的存在大氣壓很大。 2 托里拆利實(shí)驗(yàn)：在長約1m，一段封閉的玻璃管里灌滿水銀，用手指將管口堵住，然后倒插在水銀槽中。放    大氣壓強(qiáng)開手指，管內(nèi)水銀下降到一定程度時(shí)就不再下降，這時(shí)管內(nèi)外水銀高度差約為760mm，把玻璃管傾斜，則水銀柱的長度變長，但水銀柱

18、的高度，即玻璃管內(nèi)外水銀面的高度差不變。測(cè)量結(jié)果表明這個(gè)高度是由當(dāng)時(shí)的大氣壓的大小和水銀的密度所共同決定的，與玻璃管的粗細(xì)、形狀、長度(足夠長的玻璃管)無關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(standard atmospheric pressure)的符號(hào)為1atm(非法定單位)，1atm*約為1.013×10的5次方Pa。 影響大氣壓強(qiáng)的因素溫度：溫度越高，空氣分子運(yùn)動(dòng)的越強(qiáng)烈，壓強(qiáng)越大.   壓強(qiáng)裝置密度：密度越大，表示單位體積內(nèi)空氣質(zhì)量越大，壓強(qiáng)越大. 海拔高度：海拔高度越高，空氣越稀薄，大氣壓強(qiáng)就越小。 P表示壓強(qiáng)、V表示氣體體積、n表示物質(zhì)的量、T表示絕對(duì)溫度、R表示氣體常

19、數(shù)。所有氣體R值均相同。如果壓強(qiáng)、溫度和體積都采用國際單位（SI），R=8.314帕·米3/摩爾·K。如果壓強(qiáng)為大氣壓，體積為升，則R=0.0814大氣壓·升/摩爾·K。R 為常數(shù) 已知標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1mol理想氣體的體積約為22.4L 把p=101325Pa,T=273.15K,n=1mol,V=22.4L代進(jìn)去 得到R約為8314 帕·升/摩爾·K 玻爾茲曼常數(shù)的定義就是k=R/NA 因?yàn)閚=m/M、=m/v（n物質(zhì)的量，m物質(zhì)的質(zhì)量，M物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，數(shù)值上等于物質(zhì)的分子量，氣態(tài)物質(zhì)的密度），所以克拉伯龍方程式也可寫成以下兩種形式： pv=mRT/M