液體的壓強(qiáng)-2024-2025學(xué)年人教版物理八年級(jí)下學(xué)期

9.2液體的壓強(qiáng)096型核潛艇是中國(guó)人民解放軍海軍正在研制中的第三代彈道導(dǎo)彈核潛艇，由于艦體外殼使用了高強(qiáng)度合金鋼，因此其下潛深度可以達(dá)到600米，堪稱(chēng)世界之最。它的外殼是用很厚的高強(qiáng)度合金鋼板制造的，很堅(jiān)固，研究人員對(duì)材料的選取和殼體的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)注意些什么呢?為什么要這樣做呢?把裝在塑料袋中的方形冰塊放在地面上，冰塊的四個(gè)側(cè)面不會(huì)擠壓塑料袋。冰塊熔化成水后，塑料袋就被水撐得鼓鼓的。這說(shuō)明液體壓強(qiáng)具有跟固體壓強(qiáng)不同的特點(diǎn)。你知道液體壓強(qiáng)有哪些特點(diǎn)嗎?液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)如圖9.2-1所示，液體能從容器側(cè)壁的孔中噴出，說(shuō)明液體對(duì)側(cè)壁有壓強(qiáng)；噴泉中的水柱能向上噴出，說(shuō)明液體內(nèi)部向上也有壓強(qiáng)。由于液體具有流動(dòng)性，液體內(nèi)向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)。液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小有什么特點(diǎn)呢?圖9.2-1液體從容器側(cè)壁的孔中噴出噴泉中的水柱能向上噴出，說(shuō)明液體內(nèi)部向上也有壓強(qiáng)。由于液體具有流動(dòng)性，液體內(nèi)向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)。液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小有什么特點(diǎn)呢?圖9.2-1液體從容器側(cè)壁的孔中噴出由圖9.2-1的實(shí)驗(yàn)可以看到，隨著液體的噴出，容器中液面的高度逐漸下降，從容器側(cè)壁孔中噴出的液體射得越來(lái)越近，由此想到液體壓強(qiáng)的大小可能與深度有關(guān)；同樣的兩個(gè)容器，分別裝滿(mǎn)水和酒精，水比酒精重，所以水比酒精對(duì)容器底部的壓強(qiáng)更大，由此想到液體壓強(qiáng)的大小可能與液體的密度有關(guān)。圖9.2-2是測(cè)量液體內(nèi)部壓強(qiáng)的儀器。它的探頭是由空金屬盒蒙上橡皮膜構(gòu)成的。如果液體內(nèi)部存在壓強(qiáng)，放在液體里的橡皮膜就會(huì)發(fā)生形變，U形管左右兩側(cè)的液面就會(huì)產(chǎn)生高度差，高度差的大小反映了橡皮膜所受壓強(qiáng)的大小。圖9.2-2測(cè)量液體壓強(qiáng)下面我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究液體的壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)。探究液體壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)實(shí)驗(yàn)思路可以用圖9.2-2所示的儀器探究液體的壓強(qiáng)。改變探頭的方向，就能探究液體內(nèi)部各個(gè)方向的壓強(qiáng)；改變探頭的深度或把探頭放在其他液體中，就能探究液體壓強(qiáng)與深度、液體密度等因素的關(guān)系。圖9.2-2測(cè)量液體壓強(qiáng)圖9.2-3同一深度各個(gè)方向的壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程1.把探頭放進(jìn)盛水的容器中，看看水內(nèi)部是否存在壓強(qiáng)。保持探頭在水中的深度不變，改變探頭的方向看看同一深度各個(gè)方向的壓強(qiáng)是否相等(圖9.2-3)。2.增大探頭在水中的深度，看看水內(nèi)部的壓強(qiáng)與深度有什么關(guān)系。3.換用密度不同的液體(如酒精、鹽水等)，看看在深度相同時(shí)，液體內(nèi)部的壓強(qiáng)是否與液體的密度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，你能得出什么結(jié)論?大量實(shí)驗(yàn)表明，液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小具有這樣的特點(diǎn)：在液體內(nèi)部的同一深度，向各個(gè)方向的壓強(qiáng)都相等；深度越大，壓強(qiáng)越大；液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小還與液體的密度有關(guān)，在深度相同時(shí)，液體的密度越大，壓強(qiáng)越大。液體壓強(qiáng)的大小下面我們來(lái)研究容器中液體內(nèi)部的壓強(qiáng)與液體的深度、液體的密度之間的定量關(guān)系。要想得到液面下某處的壓強(qiáng)，可以設(shè)想這里有一個(gè)水平放置的“平面”。這個(gè)平面上方的液體組成了一個(gè)豎直液柱，該液柱對(duì)平面的壓力等于液柱所受的重力。在圖9.2-4中，設(shè)液柱的高度為h、平面的面積為S，則這個(gè)平面上方的液柱對(duì)平面的壓力圖9.2-4液體壓強(qiáng)的計(jì)算F＝G＝mg＝pVg＝ρShg圖9.2-4液體壓強(qiáng)的計(jì)算平面受到的壓強(qiáng)

因此，液面下深度為h處液體的壓強(qiáng)為p＝ρghp＝ρgh由公式p＝ρgh可知，在g

值不變的情況下，液體內(nèi)部某處的壓強(qiáng)只取決于液體的密度和深度，與液體的質(zhì)量、體積等無(wú)關(guān)。液體深度是指液體中被研究的點(diǎn)到液體自由液面的豎直距離，如圖所示A、B、C

各點(diǎn)的深度分別為：hA＝30cm、hB＝40cm、hC＝50cm。人們?cè)谒谢顒?dòng)要承受一定的壓強(qiáng)。背著氣瓶的潛水員在淺海中可以長(zhǎng)時(shí)間地停留；若在較深的海水中工作，潛水員就要穿抗壓潛水服了，這是由于海水的壓強(qiáng)隨著深度的增加而增大，人體此時(shí)已無(wú)法承受海水的壓強(qiáng)。如果要潛人更深的海底，抗壓潛水服也無(wú)能為力，需要專(zhuān)門(mén)的潛水器，以抵抗巨大的水壓。潛艇就是一種潛水器，它的下潛深度是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。1988年，我國(guó)第一代核潛艇在總設(shè)計(jì)師黃旭華的指揮下，下潛到300m深。2023年我國(guó)的“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器四次下潛深度超過(guò)萬(wàn)米，圓滿(mǎn)完成國(guó)際首次環(huán)大洋洲載人深潛科考任務(wù)。有人說(shuō)，設(shè)想你在萬(wàn)米深的“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器中把一只腳伸到外面的海水里，海水對(duì)你腳背的壓力相當(dāng)于2000個(gè)人所受的重力!海水的壓力果真有這么大嗎?請(qǐng)通過(guò)估算加以說(shuō)明。解因?yàn)槭枪浪悖Ｋ拿芏瓤梢匀ˇ眩?×103kg/m3，g取10N/kg。腳背寬度取8~10cm，腳背長(zhǎng)度取12~15cm，則腳背面積為96~150cm2，近似取S＝120cm2＝1.2×10－2m2。萬(wàn)米深處海水的壓強(qiáng)p＝ρgh＝1×103kg/m3×10N/kg×104m＝108Pa腳背所受的壓力F＝pS＝108Pa×1.2×10－2m2＝1.2×106N

連通器上端開(kāi)口、下端連通的容器叫作連通器，如圖9.2-5所示。如果連通器內(nèi)裝有相同的液體，液體不流動(dòng)時(shí)，連通器各部分容器中液面的高度總是相同的。這是為什么呢?圖9.2-5連通器如圖9.2-6所示，想象在連通器底部液體中有一個(gè)豎直方向的很薄的液片，我們把它作為研究對(duì)象。液片兩側(cè)受到的壓力分別是F1

和F2

液片靜止時(shí)，由二力平衡可知F1＝F2。圖9.2-6連通器中液面的高度相同設(shè)液體密度為ρ、液片面積為S、連通器兩側(cè)液面的高度分別為h1和h2，則ρgh1S＝ρgh2S，由此可得h1＝h2。這表明當(dāng)液體不流動(dòng)時(shí)，連通器各部分容器中液面的高度總是相同的。圖9.2-6連通器中液面的高度相同圖9.2-7是生活中常見(jiàn)的連通器，它們各有什么功能?想一想，它們是怎樣利用連通器的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的功能的?圖9.2-7生活中常見(jiàn)的連通器圖9.2-7生活中常見(jiàn)的連通器圖甲中壺嘴的高度與壺身的高度基本相等，這樣水壺有水時(shí)壺嘴與壺身水位相平，使倒水方便。圖乙中排水管的U形“反水彎”內(nèi)留有一部分水，這樣下水道的異味就不能進(jìn)入室內(nèi)。三峽船閘——世界上最大的人造連通器我國(guó)三峽工程是舉世矚目的跨世紀(jì)工程。三峽大壩上、下游的水位差最大可達(dá)113m。巨大的落差有利于生產(chǎn)可觀的電力，但也帶來(lái)了航運(yùn)方面的問(wèn)題：下游的船只駛往上游，怎樣把這些船只舉高一百多米?上游的船只駛往下游，又怎樣讓船只徐徐降落一百多米?圖9.2-8三峽船閘解決這類(lèi)問(wèn)題的途徑是修建船閘(圖9.2-8)。船閘由閘室和上、下游閘門(mén)以及上、下游閥門(mén)組成。圖9.2-9描述了一艘輪船由上游通過(guò)船閘駛往下游的情況。圖9.2-9船閘工作示意圖甲關(guān)閉下游閥門(mén)B，打開(kāi)上游閥門(mén)A，閘室和上游水道構(gòu)成了一個(gè)連通器。圖9.2-9船閘工作示意圖乙閘室水面上升到跟上游水面相平后，打開(kāi)上游閘門(mén)C，船駛?cè)腴l室。圖9.2-9船閘工作示意圖丙關(guān)閉上游閘門(mén)C和閥門(mén)A，打開(kāi)下游閥門(mén)B，閘室和下游水道構(gòu)成了一個(gè)連通器。圖9.2-9船閘工作示意圖丁閘室水面下降到跟下游水面相平后，打開(kāi)下游閘門(mén)D，船駛向下游。三峽船閘的主體結(jié)構(gòu)段全長(zhǎng)1621m是世界上最大的船閘。船只在船閘中要經(jīng)過(guò)5個(gè)閘室使船體逐次降低(或升高)。每個(gè)閘室水位變化超過(guò)20m，因而三峽船閘的閘門(mén)非常高大。三峽船閘的首級(jí)人字閘門(mén)每扇門(mén)高近40m，寬近20m，如果平放在地面上，有兩個(gè)籃球場(chǎng)大。倘若水壓在閘門(mén)上，即使有10萬(wàn)人每人都用1000N的力來(lái)頂著門(mén)，也抵擋不住水的壓力，可見(jiàn)水對(duì)閘門(mén)的壓力之大。為此，三峽船閘的閘門(mén)足足有3m厚，不愧是“天下第一門(mén)”。?一個(gè)空的藥瓶，瓶口扎上橡皮膜，豎直地浸沒(méi)在水中，一次瓶口朝上，另一次瓶口朝下，這兩次藥瓶在水里的位置相同(圖9.2-10)。為什么每次橡皮膜都向內(nèi)凹?哪一次凹進(jìn)得更多?為什么?圖9.2-10由于液體具有流動(dòng)性，液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)。當(dāng)瓶口朝上時(shí)，橡皮膜受到水向下的壓強(qiáng)而向內(nèi)凹；當(dāng)瓶口向下時(shí)，橡皮膜受到水向上的壓強(qiáng)而向內(nèi)凹。由于同種液體的壓強(qiáng)隨深度的增加而增大，所以橡皮膜在下端時(shí)凹進(jìn)得更多。圖9.2-10?如圖9.2-11所示，容器中間用隔板分成左右兩部分，隔板下部用薄橡皮膜封閉一個(gè)圓孔，橡皮膜兩側(cè)壓強(qiáng)不同時(shí)橡皮膜的形狀發(fā)生改變。它可以用來(lái)做“探究液體壓強(qiáng)是否與深度、液體密度有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)。圖9.2-11(1)若要檢驗(yàn)“在同種液體中液體壓強(qiáng)與深度有關(guān)”，應(yīng)該怎樣實(shí)驗(yàn)?說(shuō)出實(shí)驗(yàn)步驟和會(huì)看到的現(xiàn)象。把容器中的液體全部倒空后，在其中一側(cè)倒入液體到一適當(dāng)深度，觀察圓孔處薄橡皮膜向另一側(cè)的凸起程度；再倒入一定量的同種液體，增大圓孔所處的深度，觀察橡皮膜的凸起程度。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)深度越深，橡皮膜的凸起程度越明顯，說(shuō)明同種液體的壓強(qiáng)隨深度的增加而增大。(2)若要檢驗(yàn)“在深度相同時(shí)液體壓強(qiáng)與液體密度有關(guān)”，應(yīng)該怎樣實(shí)驗(yàn)?說(shuō)出實(shí)驗(yàn)步驟和會(huì)看到的現(xiàn)象。把容器中的液體倒空后，在左、右兩側(cè)各倒入密度不同的兩種液體，使液面相平，圓孔所處的深度一樣，會(huì)發(fā)現(xiàn)橡皮膜向密度小的一側(cè)凸起，說(shuō)明在深度相同時(shí)液體壓強(qiáng)與密度有關(guān)。?工程師為什么要把攔河壩設(shè)計(jì)成下寬上窄的形狀?三峽水電站的水庫(kù)大壩高185m，當(dāng)水庫(kù)水深為175m時(shí)，壩底受到的水的壓強(qiáng)是多少?g取10N/kg由于液體的壓強(qiáng)隨深度的增加而增大，河水的深度越深壓強(qiáng)越大，為了大壩的堅(jiān)固，下面必須修得寬一些。當(dāng)水庫(kù)水深為175m時(shí)，壩底受到的水的壓強(qiáng)p＝ρ水gh＝1×103kg/m3×10N/kg×175m＝1.75×106Pa。?圖9.2-12中的兩個(gè)容器盛有同種相同質(zhì)量的液體，哪個(gè)容器底受到的壓強(qiáng)大?圖9.2-12由公式p＝ρgh可知，液體的壓強(qiáng)只跟液體的密度和液體的深度有關(guān)，由于兩個(gè)容器中所盛的液體密度相同，右邊的容器中液體的深度大，所以右邊容器底受到的壓強(qiáng)大。?某衛(wèi)生間的地漏結(jié)構(gòu)的剖面圖如圖9.2-13所示，請(qǐng)你分析地漏存水杯是如何防止異味的。圖9.2-13這種地漏的結(jié)構(gòu)是一個(gè)“扣碗”倒扣在存水杯上，存水杯與下水管連接，當(dāng)存水杯中的水滿(mǎn)后，由連通器原理可知，水就會(huì)從下水管流出，存水杯中的水把下水管與地面密封為兩段，異味不能到達(dá)地面上。?要在墻上掛一個(gè)大畫(huà)框，怎樣保證下邊框水平?某同學(xué)用水和一根透明塑料管就解決了這個(gè)問(wèn)題。請(qǐng)你說(shuō)說(shuō)應(yīng)該怎樣操作。在透明塑料管中注入足量的水(保證水中無(wú)氣泡)，將塑料管的兩端靠在大畫(huà)框底部的兩端，在水面處做出標(biāo)記就可找到同一水平高度。1.(2023·蘇州中考)小明用壓強(qiáng)計(jì)探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的影響因素。(1)壓強(qiáng)計(jì)通過(guò)U形管兩側(cè)液面__________的來(lái)反映被測(cè)壓強(qiáng)大小。使用前，用手按壓金屬盒上的橡皮膜，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)液面沒(méi)有明顯變化，接下來(lái)應(yīng)進(jìn)行的操作是__________。A.向U形管中注入一些水B.將U形管中水倒出一些C.檢查裝置是否漏氣高度差C

(2)小明在圖甲中，保持金屬盒深度不變，改變橡皮膜朝向，目的是為了探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)大小與__________是否有關(guān)。方向(3)小明還猜想液體壓強(qiáng)與液體深度和密度有關(guān)。他在圖甲基礎(chǔ)上，繼續(xù)將金屬盒下移一段距離，發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)變大。若接下來(lái)又進(jìn)行了如圖乙所示實(shí)驗(yàn)，再與圖甲比較，__________(選填“能”或“不能”)得出液體壓強(qiáng)與液體密度有關(guān)的初步結(jié)論。不能2.(龍東中考)將一未裝滿(mǎn)飲料的密閉飲料杯，先正立放置在水平桌面上，如圖甲所示，飲料對(duì)杯底的壓強(qiáng)是p1，飲料對(duì)杯底的壓力是F1，再將飲料杯倒立放置，如圖乙所示(圖