壓力和壓強的是初中物理中的重點內容,而液體對容器底部產生的壓強更是其中的要點。這類題目通常是以比較液體對容器底部的壓強和壓力的形式出現。
本文,通過有代表性的巧妙解題方法的介紹,幫助同學們區別、理解這類題目,以便在以后遇到這類題目時,能很快選擇較便捷的解題方法,得出正確答案。
我們知道,液體對容器底部產生的壓強是由于液體本身受到重力作用而引起的。計算液體內部壓強和壓力主要是兩個公式,即P=pgh和P=F/S。
由于液體的性質與固體不同(固體傳遞壓力,而液體傳遞壓強),而液體對容器底部的壓力和壓強與液體的重力沒有直接關系,所以,在比較液體對容器底部的壓力時,通常先比較壓強,再比較壓力。
一、同種液體
典型例題
如下圖所示,甲乙丙三個容器,底面積和高度都相同,但形狀不同,裝滿同一種液體。則容器底部受到的壓力與容器中液體的重力相比較,則:
A、F甲>G甲,F乙<G乙,F丙>G丙。
B、F甲>G甲,F乙=G乙,F丙<G丙。
C、F甲<G甲,F乙=G乙,F丙>G丙。
D、F甲=G甲,F乙=G乙,F丙=G丙。
常規解法:
(1)根據公司P=pgh可知:液體內部壓強只與液體的密度和深度有關,三個容器中裝的是同種液體,且液體深度相同,所以三個容器中液體對容器底部的壓強相同,即P甲=P乙=P丙。
(2)根據公式F=PS可知:液體對容器底部的壓力與液體對容器底部的壓強和容器的底面積有關,利用上面的結論和已知條件可知,三個容器中的P和S都相同,即
F甲=F乙=F丙。
(3)根據公司G=mg=pvg可知:液體的重力與液體密度和液體體積有關,同種液體體積越大,質量也越大,所受重力也越大,所以G甲<G乙<G丙。
(4)因為F甲=F乙=F丙,G甲<G乙<G丙,且F乙=G乙,所以F甲>G甲,F乙=G乙,F丙<G丙。
巧妙點撥1:
顯然,用常規方法來得到最后的答案頗費周折,那有沒有簡便的方法?我們知道,液體對容器底部的壓力與液體所受的重力是兩個完全不同的概念,容器底部所受的液體壓力F=pS=pghS,Sh實際上是以容器底面積S為截面積,以液體深度h為高的這部分液柱的體積,而pghS則是這部分液柱所受的重力,如下圖所示。
所以,液體對容器底部的壓力等于以容器底面積為截面積、以液體深度為高的這部分液柱所受的重力,即F=G液柱。題中,液柱所受重力G液柱相同(p,h,S均相同),即F甲=F乙=F丙,所以,F=G液柱>G甲,F乙=G液柱=G乙,F丙=G液柱<G丙。
巧妙點撥2:
用受力分析的方法解:
如下圖所示:
甲容器底部受到的壓力是水的重力與器壁對水的向下的壓力的和,所以F甲>G甲。
乙容器底部受到的壓力也是水的重力與器壁對水的壓力之和,但幾個壓力的合力為零,所以F乙=G乙。
丙容器底部受到的壓力是水的重力與器壁對水的向上的壓力之差,所以F丙<G丙。
畫龍點睛:
比較液體對容器底部的壓強和壓力,應先比較壓強p,再比較壓力F。從公式p=pgh可知,壓強p只與液體密度p和液體深度h有關。液體相同時,關鍵是比較不同形狀的容器中液體的深度h,因為壓強p與液體深度h成正比。
之后再根據F=pS比較液體對容器底部產生的壓力,如果底面積S相同,則壓力F的大小與壓強p成正比。
如果壓強p相同,則壓力F的大小與底成正比;如果底面積S和壓強p都不相同,則可利用液體對底部的壓力F和液體所受重力G的關系進行比較。
這種解題方法在比較液體內部壓力、壓強的題目中應用比較廣泛。
二、不同種液體
典型例題、
如圖所示,放在水平桌面上的兩個容器底面積相同,形狀不同,兩容器分別裝有質量相等的水和酒精。并且兩液面相平。則甲容器中水和乙容器中酒精對容器底部產生的壓力和壓強的大小關系是:
A、F甲>F乙,P甲>P1。
B、F甲=F乙,P甲>P1
C、F甲<F乙,P甲>P1
D、F甲<F乙,P甲<P1
常規解法:
比較液體對容器底的壓力和壓強。應先壓強后壓力,P=pgh,P只與p和h有關。與液體的質量、體積、容器的底面積、形狀等均無關。
本題中液體深度h相同,所以,壓強P只與液體密度p成正比。因為p甲大于p乙,所以P甲大于P乙,而壓力F=PS,與P和S都有關系,兩容器底面積相等,則壓力F與壓強P成正比。因為P甲>P乙,所以F甲>F乙。
正確答案:A
巧妙點撥、
不通過液體壓強的比較也可以得出壓力大小的結果,液體對容器底部的壓力等于以容器底面積為截面積,以液體深度為高的這部分液柱所受的重力與液體的種類沒有關系。
如下圖所示,F甲=G液柱甲>G水,F乙=G液柱乙<G酒精,而G水=G酒精,所以F甲>F乙。
得出了壓力大小的關系之后,再通過已知條件底面積相等,得出P甲>P乙。
畫龍點睛:
比較不同種液體對容器底部產生的壓強和壓力。通常是先比較壓強,再比較壓力。
比較壓強的方法:如果液體深度h相同,則液體壓強P與液體密度p成正比;
如果液體深度h和液體密度p都不相同,則根據公式P=F/S計算壓強。
比較壓力的方法:如果容器底面積S相同,則液體對容器底的壓力F與液體壓強P成正比;如果壓強P相同,則壓力F與底面積S成正比;
如果底面積S和壓強P都不相同,則將壓力F與液柱重力G液柱相比較。
將F與G液柱進行比較的方法在不同種液體的題目中是一種很簡便有效的方法。