1、初中應用物理知識競賽輔導講座壓強與浮力（教師版）【重點知識解讀】1.物體單位面積受到的壓力叫做壓強，壓強公式：p=F/S 。2. 液體內部朝各個方向都有壓強，在同一深度，各方向壓強大小相等。液體的壓強只跟液體密度和距液面的深度 h 有關，與液體重力、 體積及容器形狀、底面積等無關。3. 連通器中同種液體不流動時，各容器中的液面高度總是相同的。4. 大氣壓強是由于氣體分子對器壁的碰撞而產生。標準大氣壓數值 p=1.013 × 105Pa=760mmhHg?；钊匠樗畽C和離心式抽水機都是利用大氣壓工作的。5. 在流體中，流速越大的位置，壓強越小。飛機能夠升空是由于機翼上下表面空氣流速不同

2、產生了壓強差。6. 浮力是浸在流體中的物體受到流體向上托的力。 浮力的方向總是豎直向上的。阿基米德原理： 浸入液體（氣體）中的物體受到向上浮力的大小等于它排開液體（氣體）的重力，即 F=gV 排?！靖傎愔R拓展】1. 液體壓強公式： p=gh。2. 大氣壓隨高度的增加而減小。在海拔 3000m以內，大約每升高 10m，大氣壓減小 100Pa。3. 密度計是用來測量液體密度的儀器，它根據漂浮時的受力平衡及阿基米德原理而制成的。液體密度較大時，密度計露出部分多，反之就少。密度計上的刻度數是上面較小下面較大，密度計上的刻度數值表示待測液體密度是水密度的倍數?！窘浀涓傎愵}分析】例 1（2011 全國初

3、中應用物理知識競賽試題） 小明的父親為了解決全家人夏季淋浴問題，想自己動手 : 作一個太陽淋浴器，他買來了一個圓柱形金屬桶，一個壓力傳感開關，兩個圓柱體以及細線若干。初步設計如圖13 所示，其中 A、B兩個圓柱體通過細繩與壓力傳感開關相連。己知 : 圓柱形金屬桶的底面積 Sl =0.5 m2，高 h1=50 c m; 壓力傳感開關的作用是當它受到豎直向下的拉力達到 10 N 時閉合，通過控制水泵從進水口向桶內用心愛心專心1注水，當拉力等于 4N 時斷開，水泵停止向桶內注水 : 兩個圓柱體的底面積 S2 =40 cm2，高 h2=12 cm，每個圓柱體重 G=6N。要求當水桶內儲水量達 200

4、L 時停止注水，當儲水量剩余40L 時開始注水。請你幫助小明的父親在其初步設計的基礎上， 求出滿足上述要求的兩段細線的長度。 ( 壓力傳感開關與金屬桶間的距離、細繩質量與體積、計算儲水量時圓柱體排水體積忽略不計 )【解析】圓柱形金屬桶內儲水量為40L時水深： H1V4010-3×-2 。=m=8 10 mS10.5圓柱體所受浮力大小： F1=2× 6N-10N=2N。圓柱體 B 排水體積： V 排=F1=23-43m =2×10 m.B水 g110310圓柱體 B 浸入水中深度：hBVB排=210 4×-2。= S24010 4m=510 m.圓柱形金屬

5、桶內儲水量為200L 時水深： H2=V=20010-3-1m。S1m=4× 100.5圓柱體所受浮力大?。篎2×6N-4N=8N.。=2圓柱體 AB 排水體積： V =F2=83-4310310m=8× 10 m.水 g1AB-4 3-6 3-4 3圓柱體 A 排水體積： V 排=V- V =8× 10 m-40 ×12× 10 m.=3.2 ×10 m.圓柱體 A 浸入水中深度：hAVA排=3.210 4×-2。=S240104m=810 m.由h1=L A+H 2+h 2 h A解得壓力傳感開關與圓柱體A 間

6、細線長度： LA×-=6用心愛心專心210-2 m，由 h1 = L A + H1 + L B + 2h2 - h B 解得圓柱體 A 與圓柱體 B 間細線長度： LB=1.7× 10-1 m?！军c評】此題重點考查浮力、物體平衡條件等重點知識，能力要求較高。例 2(2009 全國初中應用物理知識競賽題 ) 科技小組的同學想利用學到的浮力知識制作一個浮力秤。他們找來一個瓶身為柱狀體的空飲料瓶，剪掉瓶底，旋緊瓶蓋，在瓶蓋系上一塊質量適當的石塊，然后將其倒置在水桶里，如圖所示。使用時，只要把被測物體投入瓶中，從水面所對的刻度就可以直接讀出被測物體的質量。1 在這里石塊的作用是什么

7、 ?試應用所學物理知識分析其中的道理。2 這種浮力秤的質量刻度是均勻的嗎 ?為什么 ?3經測量， 該飲料瓶圓柱狀部分的直徑為8.0cm，當浮力秤中不放被測物體時，水面所對位置為零刻度( 如圖所示 ) 。請根據圖中標明的長度值，通過計算，在 1、2、3、4 各刻度線右側給浮力秤標明對應的質量值。( 取 3.1 ，最后結果只保留整數 )解析：1. 石塊的作用是使浮力秤能夠豎直地漂浮在水中。石塊受到的重力遠大于空飲料瓶受到的重力，所以浮力秤的重心較低，并低于浮力的作用點，如圖答-3 所示 . 。當浮力等于重力時，浮力秤將豎直漂浮在水中。（如果沒有石塊，整套裝置的重心將會高于浮力的作用點，在浮力和重力

8、作用下，浮力秤容易歪倒，難以豎直漂浮在水中。）2. 質量的刻度是均勻的。設被測物體的質量為 m，飲料瓶圓柱狀部分的半徑為 r ，在浮力秤中放入被測物體后，瓶身浸入的深度增加值為 h，用心愛心專心3則：浮力秤再次漂浮時，增大的浮力等于增大的重力：F 浮=G即： 水 g 2rh=mg可得 h= m/ ( 水 2 r )因為 水 、 r 為定值，所以 h 與 m成正比，該浮力秤質量的刻度是均勻的。3.因為 h= m/ ( 水 2r ) ，所以 m=水 g2rh 。其中 水 =1.0 ×103kg/m3， r =4.0cm， h1=1cm， h2 =2cm，h3=3cm，h4=4cm，代人以

9、上數據，可得都應1、2、3、4 各刻度線的質量值應標記為50g、 100g、150g、200g，如圖答 -4 所示?！靖傎悓崙鹩柧殹?. （2011 上海初中物理知識競賽題）兩塊相同的海綿分別置于相同的磅秤上， 取兩個相同的物塊分別置于海綿上，如圖所示。下列關于甲、 乙兩圖中磅秤示數 F 甲 、F 乙 大小及海綿下陷濃度 h 甲、 h 乙的比較，正確的是()A F 甲=F 乙， h 甲>h 乙B F 甲=F 乙， h 甲=h 乙C F 甲<F 乙， h 甲=h 乙D F 甲>F 乙， h 甲>h 乙1. 答案： A解析：由于是兩個相同的物塊甲、 乙兩圖中磅秤示數F 甲

10、、F 乙 大小相等， F 甲 =F 乙 ；由壓強定義，在壓力相同時，壓強與受力面積成反比，下陷濃度h 甲 h 乙 ，選項A>正確。2. （ 2011 上海初中物理知識競賽題）如圖所示，密度均勻的長方體木塊漂浮在水面上。若將木塊虛線以下的部分截去，則用心愛心專心4（）A. 木塊和水面均下降，且下降的高度相同B. 木塊和水面均下降，且木 塊下降的高度更大C. 木塊和水面均下降，且水面下降的高度更大D. 木塊下降，水面上升，且變化的高度不相同2. 答案： B解析：若將木塊虛線以下的部分截去，根據阿基米德原理，木塊和水面均下降，且木塊下降的高度更大，選項B 正確。3. （2011 上海初中物理知

11、識競賽題）在兩端開口的彎管內用兩段水柱封閉了一段空氣柱， A、B、C、D 四個液面的位置關系如圖所示。現將左側試管底部的閥門 K打開，釋放掉少量水后立刻關閉閥門，A、B、C 液面相對各自原來的位置上升或下降的長度hA、hB和hC 之間的大小關系為（）AhA=hB=hCBhA>hB>hCChA>hB=hCDhA=hB>hC3. 答案： B解析：釋放掉少量水后立刻關閉閥門， 空氣柱長度增大， 壓強減小， C 液面上升， B 液面下降， A 液面下降。 AB液面之間高度差減小， hA>hB>hC，選項 B 正確。4. （ 2011 上海第 25 界初中物理競賽）如

12、圖所示，體積相同、密度分別為 A、 B 的 A、B 兩立方體正對疊放于水平桌面上，且 AB=13。A 對 B 的壓強為 pA，B 對桌面的壓強為 pB。現逐漸減小 A 的體積，但始終保持 A 的形狀為立方體且密度不變。 在 A 的體積減小的過程中， pA與 pB 的比值（）A始終變大B始終變小C先減小后變大D先增大后減小4. 答案： B解析：設 A 立方體的邊長為 a，B 立方體的邊長為b，A 立方體的密度為，則 B用心愛心專心5立 方體 的密 度 為 3 ， A 對 B 的壓 強 為 pA=ga ， B 對 桌面 的壓 強為 pB=3gb+ga3 /b 2，在 A 的體積減小的過程中， pA

13、 與 pB 的比值始終變小，選項 B正確。5. （ 2011 上海初中物理知識競賽題）如圖所示，置于水平桌面上的一個密閉的圓錐形容器內裝滿了重力為G的某種液體。已知：圓錐形容器的容積公式為V=123Rh, ，其中， R、h 分別為容器的底面半徑和高。則容器內的液體對容器側面的壓力大小為（）A1GB 2GC 3GD 05. 答案： B 解析：容器內的液體對容器底面的壓力為 3G，對側面 h/2 高度處壓強等于底面壓強的 1/2 ，所以容器內的液體對容器側面的壓力大小一定大于1.5G，小于 3G，所以正確選項為B。6 (2009 上海初中物理知識競賽復賽題) . 如圖所示容器內放有一長方體木塊M，

14、上面壓有一鐵塊m，木塊浮出水面的高度為 h1（圖 a）；用細繩將該鐵塊系在木塊的下面，術塊浮出水面的高度為h2( 圖b) ；將細繩剪斷后（圖 c），則木塊浮出水面的高度 h3 為： ( )(A) h 1 + 鐵 (h 2- h 1)/ 水(B) h 2 + 鐵 (h 2- h 1)/ 水(c) h 1 + 木 (h 2- h 1)/ 水(D) h 2 + 鐵 (h 2- h 1)/ 木6. 答案： A解析：設木塊底面積為S，高 h，由題述可知鐵塊體積為(h 2- h 1 )S。由圖 a，利用平衡條件可得 水 gS(h-h 1)=(m+M)g, ，由圖 c，利用平衡條件可得 水 gS(h-h 3

15、 )= Mg, ，m= 鐵 (h 2 - h 1)S，聯立解得： h3= h 1 + 鐵 (h 2- h 1)/ 水，選項正確。用心愛心專心67.(2009 全國初中應用物理知識競賽題 ) 6 如圖甲所示，煤氣管道包括戶外和戶內兩部分， 二者之間連接著一只煤氣表。 工人師傅給每戶安裝完戶內管道后， 都要檢查一下管道是否漏氣。 有一種檢測裝置如圖乙所示， 在兩端開口的透明的 U 型管中裝有水，當 U 型管兩端壓強相等時，兩側水面相平。檢測時，關閉開關后，用力向用戶管道口 Y 內吹氣，然后迅速將 U 型管的一端 Y 與用戶管道口 Y 相連接， U 型管內水面出現高度差 ( 如圖丙所示 ) 。觀察

16、U 型管中水面的變化可以判斷戶內管道是否漏氣 ( )A 若水面高度差逐漸增大，則表明不漏氣B 若水面高度差逐漸減小，則表明不漏氣C 若水面高度差保持不變，則表明漏氣D若水面高度差保持不變，則表明不漏氣7. 答案： D 解析：用力向用戶管道口 Y 內吹氣后，管道內壓強大于大氣壓。若水面高度差逐漸減小，則表明漏氣；若水面高度差保持不變，則表明不漏氣，選項 D正確。二填空題1(2009 全國初中應用物理知識競賽題) 在建造高樓大廈時，其地基大多采用箱式基礎。所謂箱式基礎， 就是把整棟大樓占地范圍的地皮掏空挖深，然后填上鋼筋混凝土。箱式基礎的優點在于：第一，增大了大樓與地面的接觸面積，從而減小了大樓對

17、地面的 _，可有效地防止地皮大幅度的下陷；第二，降低了整棟大樓的 _，增大了大樓的穩度，提高了大樓的抗震能力。2.答案：壓強重心用心愛心專心72.(2009 上海初中物理知識競賽復賽題) . 在一個底面積為 200 厘米 2、高度為 20厘米的圓柱形薄壁玻璃容器底部，放入一個邊長為10 厘米的實心正方體物塊，然后逐漸向容器中倒入某種液體。 右圖反映了物塊對容器底部壓力的大小F 與容器中倒入液體的深度h（06 厘米）之間的關系。由此可知這種液體的密度大小為_千克 / 米 3，當倒入液體的深度h為 l2 厘米時，物塊對容器的底部壓力的大小F 大小為 _牛。2. 答案： 1.25 × 10

18、37.5解析：設容器底部對物塊的支持力為 F，由平衡條件可得 F+gSh=mg。由牛頓第三定律， 物塊對容器底部壓力的大小 F=F ，聯立解得 F=mg-gSh。由此可知，圖中圖線斜率等于 - gS。而圖中圖線斜率為 -1.25N/cm=-125N/m ，所以這種液體的密度大小為 =1.25 ×103kg/m3。當倒入液體的深度h 為 l2 厘米時，由F=mg-gSh可計算得到物塊對容器的底部壓力的大小F=7.5N。三簡答題1.(2010 全國初中應用物理知識競賽題) 5 中新網 2009 年 5 月 20 日電 : 英國每日郵報 19 日刊登了一組照片， 如圖 10 所示。灰鵝在飛

19、行途中突遇強風， 這只藝高膽大的灰鵝做出了令人吃驚的動作以飛行方向為軸線，橫向轉體 180 度，但最難的是它的頭部依然保持著正常飛行時的姿態！ 雖然這看起來有些不可思議，連世界上最優秀的體操運動員都會被其柔韌的鵝脖所折服。 請你思考并回答，灰鵝這樣轉體的效果是什么，為什么 ?1. 答案四個要點：（1）迅速降低高度；（2）這樣轉體可使翅膀下方空氣流速大于上方空氣流速；（3）根據流速大的地方壓強小，流速大的地方壓強大的規律；用心愛心專心8（ 4）灰鵝受到的向下的壓力大于向上的壓力，從而使灰鵝受到空氣的壓力合力方向向下，有助于灰鵝迅速降低高度，躲避強風，使飛行更安全。2.(2010全國初中應用物理知

20、識競賽題) 小麗在廚房幫媽媽做飯時發現菜刀上有兩種孔，如圖 9 所示，她對這兩種孔的作用不了解。請你給她解釋圈中孔、的作用。2. 答案兩個要點：（1）孔是掛刀孔，用此孔把菜刀掛在墻上（或支架上）。(2) 孔為透氣孔，在切菜的時候，透氣孔中的空氣會在菜片和菜刀之間形成一隔層， 避免大氣壓將菜片直接壓緊在菜刀上而增大切菜阻力；同時菜片和菜刀之間的空氣可使菜片脫 落而不沾刀。3(2010 全國初中應用物理知識競賽題) 2008 年 8 月 1 日，京津城際高速鐵路正式開通運營，使用的是國產“和諧號”C 3 型動車組 ( 如圖 7 所示 ) 。該車車廂內部設有獨特的空氣調節系統，夏天送冷風時， 車頂中

21、部和車窗下部的送風量之比約為 3: 1 ；冬天送熱風時，車頂中部和車窗下部的送風量之比約為 1: 3 。這樣送出的風平和、 均勻，保障車廂各處溫度適宜。 請定性解釋采用這種送風比例設計的原因。3. 答案兩個要點：（1）溫度低的空氣密度大，冷風從車頂吹進來后，快速下沉，結合窗口送分可使整個車廂溫度很快均勻降低。 （2）溫度高的空氣密度小， 熱風從下部吹進來后，快速上升，結合車頂送分可使整個車廂溫度很快均勻升高。三、綜合應用1.(2010全國初中應用物理知識競賽復賽題) 干用心愛心專心9簧管（也叫干簧繼電器）比一般機械開關結構簡單、體積小、速度高、工作壽命長；而與電子開關相比，它又有抗負載沖擊能力

22、強的特點，工作可靠性很高。如圖 1 甲所示為干簧管的結構簡圖，其中磁簧片是一種有彈性 的薄鐵片，被固定于玻璃管上。（ 1）當將一個條形磁鐵與干簧管平行放置時， 如圖 1 乙，干簧管的磁簧片觸點就會閉合，將電路接通；當條形磁鐵遠離干簧管時，觸點就會斷開。請簡述其原理。（ 2）某同學設想用干簧管制作水位自動報警器，圖2 是他設計的一部分情況，請幫助他完成其余部分的設計：3設永久磁鐵所受的重力為3N，浮球的體積為200cm，不計滑輪處的摩擦。則要想讓此裝置能正常工作，浮球的質量應滿足什么條件（取 g=10N/kg）？他手邊還有開關、紅燈、綠燈和電鈴各一個，導線若干，請在圖中的虛線方框內畫出報警電路，

23、 要求：水位到達 A 處時，紅燈亮，電鈴報警；水位到達 B 處時，綠燈亮，電鈴報警。1解析：（ 1）. 當將一個條形磁鐵與干簧管平行放置時，干簧管的磁簧片就會被磁化，且靠近的那兩個端點會被磁化成異名磁極而相互吸引，觸點就會閉合， 將電路接通；當條形磁鐵遠離干簧管時， 磁簧片的磁性消失， 在彈力的作用下觸點用心愛心專心10就會斷開。（ 2）， 浮球浸沒入水中時受到的浮力為33-43F=gV=1.0×10 kg/m ×10N/kg×2×10 m=2N。設浮球剛好浸沒入水中，浮球必須上浮，則必須滿足G球<F+G鐵 =2N+3N=5N；.設浮球剛好離開水面

24、時，浮球必須下降，則必須滿足G球 > G 鐵=3N；因此要想讓此裝置能正常工作，此浮球所受重力必須滿足5N>G球 >3N由公式 G=mg可以計算出浮球的質量應滿足：0.5kg>m 球>0.3kg 。 . 如圖所示。2. （12 分）容器水平底面上有一個大小為a×b的長方形洞。用半徑為a，長度為 b 的圓柱體蓋住此洞（如圖所示為其側視圖） ?，F往容器里慢慢注入密度為 的液體，試分析說明圓柱體的質量 M應該多大，才能使它在任何液位下不會浮起。解析：液體淹沒圓柱體時，圓柱體所受浮力最大。最大浮 力F=g·212°-ab-a b/3-cos3

25、0)2(g aab=ga2b /6-1-3/4).· (1+cos30 °)(5要使它在任何液位下不會浮起，F=Mg，解得23ab(5/6-1-/4).M=用心愛心專心113.(2009 全國初中應用物理知識競賽復賽題 ) 小明家的高壓鍋鍋體直徑為 24cm，排氣孔內徑為 4mm。小明不慎丟失了鍋的限壓閥，當他到商店購買時售貨員告訴他，生產這個鍋的廠家提供的限壓閥有兩種，孔徑相同，質量分別為 100g 和 60g。（1）請你根據說明書給出的數據，通過計算說明，小明應該買哪一種限壓閥。 ( 說明書標有：當大氣壓為 105Pa 時，該鍋最高溫度為 120。已知：水的沸點與壓強的

26、關系如圖 1 所示，取 g =10N/kg)（2）請你說明如果買另一種限壓閥，使用時會出現什么問題。5解析：（ 1）由圖 1 可知 ，當鍋內溫度為 120時，鍋內壓強 p=1.8 ×10 Pa。設安全閥的質量為m，則有： p0 S+mg=pSm2可得：p p0 S1.8 1051053.14 2 10 3=kg =0.1kg=100g ，g10所以，應該買質量為100g 的限壓閥。2如果買了另一種質量為60g 的限壓閥，使用時會出現鍋內的最高氣壓值偏小，鍋內溫度不能達到120的后果。4（10 分）（2007 青島競賽題） 物理興趣小組的一位同學做了一個實驗：這位同學把一塊長方體木塊浮在水面上，然后在木塊上面放砝碼，當砝碼的總質量為345g 時，木塊恰好浸沒在水中（如圖