压强与浮力》重难点解析.doc

《压强与浮力》重难点解析

【复习重点与难点】
重点：
1、压强的概念单位和公式
2、液体压强与哪些因素有关及液体内部压强公式的应用及计算
2、 大气压强的测定
3、 什么是浮力
4、 正确理解阿基米德原理
5、 难点：
１ 、正确理解压力的概念与压强的区别联系
２、深刻理解Ｐ＝和Ｐ＝的两个公式
3、理解并正确判断物体的沉浮，掌握沉浮的条件。
4、轮船、气球、飞艇、潜水艇的浮沉原理。
【方法指导与教材延伸】
1、正确理解压力的概念
压力跟其它力一样，都是物体对物体的作用，压力区别于其它力的基本特征，可概括为三点：
一是，压力是发生在相互接触的两个物体的接触面上的一种接触力，任何彼此分离的两个物体之间是不可能产生压力的。
二是，压力总是与物体的形变相关连的一种弹力，压力是由于物体之间互相挤压，彼此引起形变而产生的，从力的性质来看，压力属于弹性力。
三是，压力的方向总是与物体的接触面相垂直，且指向被作用的物体。
２、压力和重力是性质不同的两种力
初学压力概念时，容易将压力和重力混为一谈。重力与压力是有区别的：
从力的性质上看，压力属于弹性力，而重力属于引力性质，是由地球的吸引而使物体受到的力。
从施力物体来看，压力的施力物是相互挤压的物体；而重力的施力物体是地球。
从力的作用来看，压力作用在相互发生挤压的两个物体的接触面上，而重力的作用点是物体的重心。
从力的方向上看，压力的方向与接触面垂直，而重力的方向总是竖直向下，与水平方向垂直指向地心。
从力的大小来看，重力的大小用公式Ｇ＝mg计算，当g一定时，其大小决定于物体质量的大小，压力的大小决定相互挤压、发生形变的情况。不一定与重力有关。例如：用手按图钉，如图１所示，图钉尖对墙的压力的大小与其重力大小无关。
有时压力与重力有关，它可以是重力产生的，还可以不是重力产生的，下面所示各面上放置的物体，质量相同，它们受到的重力大小和方向都相同，但各面上受到的压力的大小和方向却不相同，图２中地面所受压力等于物体的重力，图３中斜面所受压力小于物体的重力，图４中墙面所受压力和物体的重力毫无关系。从这些例子中可知，支持面上受到的压力其大小等于物体的重力只是一种特殊情况，若仅以这一特殊情况就认为压力总等于重力，显然是错误的，最好的办法是具体情况，具体分析。
３、怎样理解“压强”这一概念
有了压力这一概念，为什么还要引入压强的概念呢？这是因为相同的压力会产生不同的效果。例如：同一块砖，平放在松软的砂地上，和将这块砖竖放在松软的砂地上，砂地上留下的压痕的深浅是不同的。当这块砖平放时，压痕浅些，这块砖竖放时，压痕深。由此可以看出，压力产生的效果不仅与压力的大小有关，还与两物体接触时的受力面积大小有关。压力产生的效果是由压力的大小和受力面积的大小两个因素决定的。物体单位面积上受到的压力大，则压力作用效果就大；单位面积上受的压力小，则压力作用效果就小。仅用压力的概念就不能完全表示其作用效果了。就需要引入一个新的概念来反映压力作用的效果，这就是“压强”。
我们把物体单位面积上受到的压力，叫做压强。
４、如何正确认识液体压强公式Ｐ＝
静止液体内部压强的特点是：
① 液体内部向各个方向都有压强；
② 压强随深度的增加而增大；
③ 在同一深度，液体向各个方向的压强都相等；
④ 液体的压强还跟液体的密度有关。
液体内部的压强之所以有以上特点，是因为液体受到重力且具有流动性。
正是由于液体受到重力作用，因此在液体内部就存在着由于本身重力而引起的压强。推理和实验都可得出，液体内部的压强公式为Ｐ＝。
⑴公式Ｐ＝的物理意义：
Ｐ＝是液体的压强公式，由公式可知，液体内部的压强只与液体的密度、液体
深度有关，而与所取的面积、液体的体积、液体的总重无关。
　　　　⑵公式Ｐ＝的适用范围：
这个公式只适用于计算静止液体的压强，不适用于计算固体的压强，尽管有时固体产生压强恰好也等于，例如：
将一密度均匀，高为h的圆柱体放在水平桌面上，桌面受到的压强：
Ｐ＝
但这只是一种特殊情况，不能由此认为固体对支持物产生压强都可以用Ｐ＝来计算。但对液体来说无论液体的形状如何，都可以用Ｐ＝计算液体内某一深度的压强。
　　⑶公式Ｐ＝和Ｐ＝的区别和联系
Ｐ＝是压强的定义式，也是压强的计算公式，无论对固体、液体、还是气体都是适用的。而Ｐ＝是通过公式Ｐ＝结合液体的具体特点推导出来的，只适合于计算液体的压强。
⑷由于液体具有流动性；则液体内部的压强表现出另一特点：液体不但对容器底部有压强而且对容器侧壁也有压强，侧壁某一点受到的压强与同深度的液体的压强是相等的，同样是用Ｐ＝可以计算出该处受到的压强。
浮力的概念
⑴浮力：浸在液体（或气体）里的物体受到液体（或气体）对物体向上的托力叫做浮力。
⑵浮力的方向是竖直向上的。
⑶浮力产生的原因。浸在液体（或气体）里的物体受到的压力差就是液体（或气体）对物体的浮力。
假设浸没物体的边长是a的立方体，立方体的各个侧面受到液体的压
力相互抵消，但其上下底面所受到压力大小不同，
上表面受到液体对其向下压力的大小为：F下=ρ液gh1a2
下表面受到液体对其向上压力的大小为：F上=ρ液gh2a2
两者之差就是浮力大小：F浮=F上―F下=ρ液gh2a2 ―ρ液gh1a2
=ρ液g(h2―h1)a2 =ρ液ga3
正确理解阿基米德原理
浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开液体的重力，这就是阿基米德原理，它的数学表达式是：F浮=ρ液gV排=G排液
对阿基米德原理及其公式，应注意理解以下几点：
⑴阿基米德原理阐明了浮力的三要素：浮力作用在浸在液体（或气体）的物体上，其方向是竖直向上的，其大小等于物体所排开的液体（或气体）受到的重力，即
F浮=G排液
⑵“浸在”的含义既包括物体全部体积都没入液体里，也包括物体的一部分体积在液体里面而另一部分体积露出液面的情况，“浸没”指全部体积都在液体里，阿基米德原理对浸没和部分体积浸在液体中都适用。
⑶“排开液体的体积”即V排和物体的体积为V物，它们在数值上不一定相等，当物体浸没在液体里时，V排=V物 ，此时物体在这种液体中受到浮力最大。如果物体只有一部分体积浸在液体里，则V排＜V物 ，这时V物=V排+V露。当液体的密度ρ一定时，根据F液=ρ液gV排，物体排开液体的体积小，物体受到的浮力就小，物体排开液体的体积大，物体受到的浮力就大，物体受到的浮力跟它排开液体的体积成正比。由此看出浮力的大小跟物体的体积的大小无关，物体的体积再大，浸在液体里的体积很小，它也不会受到多大的浮力。
⑷根据阿基米德原理公式F浮=ρ液gV排，当物体排开液体的体积V排一定时，浮力的大小跟液体的密度成正比。即浮力的大小跟液体的密度ρ液、物体排开液体的体积
V排有关，而与物体自身的重力、体积、密度、形状无关。浸没在液体里的物体受到的浮力不随物体在液体中的深度的变化而改变。如图所示：
体积相同的铝球、铁板、木块浸没水中的深度不同，
虽然它们本身的密度、形状、重力，在水中的深度各不
相同，但它们受到的浮力却是相同的，这就是因为浮力
的大小只是由ρ液、V排决定的。
⑸阿基米德原理也适用于气体：F浮=ρ气gV排，浸在大气里的物体，V排=V物。
物体的浮沉可分几种情况？由什么条件决定？
答：放在液体中的物体平衡有三种情况。一是物体漂浮在液面上，如漂浮在水面上的木块；二是物体悬浮在液体中，既不露出液面，也不沉到容器底。如酒精和水按一定比例混和后，橄榄油会成球状悬浮在混和液中；三是物体沉到容器底部，如下沉到容器底部的实心铁球。
当物体漂浮或悬浮时，根据物体受力平衡，它所受重力和浮力平衡。若下沉，则物体所受浮力小于其重力，物体下沉到容器底部后，物体所受容器底对其弹力，浮力和它的重力平衡。
从物体与液体的密度关系来看，当物体漂浮在液面上时，物体排开液体的体积必然小于物体本身体积，V排＜V物，而G＝F浮，则ρ物gV物＝ρ液gV排可知ρ物＜ρ液。
当物体悬浮在液体中时，物体排开液体的体积V排＝V物，由ρ物gV物＝ρ液gV排可知ρ物＝ρ液
当物体沉到容器底时，可知G物＞F浮，而V物＝V排，ρ物gV物＞ρ液gV排，可知ρ物＞ρ液。由上所述，可得出结论
当ρ物＜ρ液时，物体漂浮
当ρ物＝ρ液时，物体悬浮
当ρ物＞ρ液时，物体下沉
应该看到，上浮和下沉都是动态过程，浮力大于重力时，当物体在水中的上浮过程中，其受力情况是不变的，但当物体部分露出水面后，其所受浮力随其露出水面部分体积的增加而减小，直至浮力与重力平衡，物体飘浮在水面上。若物体所受浮力小于重力，物体将下沉，在水中下沉过程中物体受力情况也不变，直到物体与容器底部接触，此时物体受到浮力与容器底部对物体托力之和跟物体重力平衡。
排水量的含义
轮船的大小通常用排水量来表示，排水量是个专有名词，它是指船满载时排开的水的质量。如将上述质量算成重量也就是船满载后受到的水的浮力（即船受到的最大浮力）。根据物体漂浮在液体的条件，可得如下的计算公式：
排水量＝船自身的质量＋满载时货物的质量
例如：某轮船的排水量是22000t，船自身质量为8000t，则它最多可装
22000t—8000t＝14000t的货物
9、气球和飞艇
气球和飞艇在空气中受力情况：向上的浮力F浮，向下的气囊壳体重力G壳和内中气体的重力G气（壳体中装的是密度比空气小的气体）。
⑴由于G气很小，使F浮＞G气＋G壳，气球上升；
⑵高空处空气密度渐小，浮力F浮＝ρ空gV排变小，当F浮＝G空＋G壳时，气球悬浮于一定高度；
⑶要继续上升，只需减小G壳（将原来装在气囊壳体中的重物抛掉）。使
F浮＞G空＋G壳，当达到某一高度时，ρ空减小使F浮减小到F浮＝G空＋G壳，由于气球悬浮于又一高度；
⑷要下降时，将气囊中气体放出一些，使气囊体积V排变小，使变小，致使
F浮＜G空＋G壳，到某一高度，空气密度ρ空增大到使ρ空gV排＝G空＋G壳，再需下降，就再放出气体。

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