《压强和浮力》初中物理优秀导学案

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《压强和浮力》学习指导
山东威海新都中学　杨龙飞
【知识要点】



本章的重点是压强的计算、大气压强的应用和浮沉条件。考点还有：压力的作用效果与什么因素有关、增大压强和减小压强的方法、液体压强与流速的关系、阿基米德原理及其探究过程等。难点是正确理解压强的定义、浮力的有关计算及浮沉条件的应用。



1．增大（减小）的压强的方法



从影响压强的因素看，无论是增大压强还是减小压强，方法有：要么改变压力，要么改变受力面积，或同时改变这两个因素。但在实际问题中，要根据问题的实际来确定改变和如何改变影响压强的因素。如坦克的两条履带做得宽且长，这是因为坦克的主体重（壳体、发电机、油料、武器设备等）不能减小，对地面的压力不能改变，因此只能采取增大受力面积的措施来减小它对地面的压强，以使坦克在各种地面上都能行驶，适应作战的要求。



2．正确理解液体的压强



由于液体受到重力和具有流动性，所以液体内部向各个方向都有压强。同种液体在同一深度，向各个方向的压强相等。液体压强的大小，只决定于液体的密度和深度。深度，是指液体内某处到液面的竖直距离。



3．大气压的应用



大气压得到人们的广泛应用。应用大气压，要有一个首先排除容器内空气的过程，使其内外存在压强差。如用吸管喝饮料时，首先得把管中的空气吸出去（使管内大气压很小），大气压将瓶中的饮料压入管内至口中。在墙壁上安装吸盘式挂衣钩时，首先得把皮碗中的空气挤出（使皮碗内大气压很小），大气压将皮碗压在墙壁上。在回答有关方面的问题时，尤其要说清楚这一点。



4．求浮力的方法



比较物体所受浮力的大小，要看物体排开的液体（气体）重，不能看物体在液体中是否沉浮的状态。如木块浮在水面上，铁块沉在水底，哪个物体受浮力大？要看它们谁排开的水重大。



下列方法都可以求物体受到的浮力大小，要根据问题的实际选择使用。



⑴计算法：应用阿基米德原理计算。



⑵测量法：用测力计分别测出物体在空气中和在液体中测力计的示数差计算。



⑶平衡法：物体漂浮在液面上或悬浮在液体中时，物体受到的浮力就等于物重。

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5．物体的浮沉条件

物体上浮或下沉，取决于它的重力G与所受到的浮力F的大小。具体情况如下表所示。利用这些关系，可以解决很多实际问题，应灵活应用。

浮力F与重力G关系	合力F合	运动状态	最后状态
F浮>G物	F合>0	物体加速上浮	漂 浮
F浮＝G物	F合＝0	静止或匀速	悬浮或漂浮
F浮<G物	F合<0	物体加速下沉	沉 底

【典型例题解析】

[例1]下列事例中能够增大压强的措施是

A．铁轨铺在枕木上

B．书包背带做得宽一些

C．载重汽车多用几个轮子

D．木桩的下端削成尖形

解：在铁路的钢轨下铺设枕木、把书包带做得宽一些、载重汽车多用几个轮子，都是为了增大受力面积，减小压强。木桩的下端削成尖形是为了减小受力面积，增大压强。所以答案选D。

评析：记住增大和减小压强的几种方法，并能运用这些方法来解释生活中所遇到的一些实际问题，也是历年各地中考的一个热点。

［例2］一本初中物理书平放在水平桌面上，如何测定它对桌面的压强？请写出需要测量的物理量，你所选择的器材，并用所测物理量表示压强的大小。

需测量的物理量：                                         

器材：                                                   

表达式：                                                

解：教科书静止地放在水平桌面上，它对桌面的压力等于它的重力，所以只要测出教科书的质量（或重力），用刻度尺测出教科书平放在水平桌面上的面积，利用压强公式P＝F/S即可求解。

方法1：⑴用刻度尺测出课本的长和宽分别为a和b；⑵用调节好的天平测得物理课本的质量为m；⑶压强的表达式为：P＝mg/ab。

方法2：⑴用刻度尺测出课本的长和宽分别为a和b；⑵用调节好的弹簧测力计和细线测得物理课本的重量为G；⑶压强的表达式为：P＝G/ab。

评析：本题是一道开放性试题，要测量物理课本平放在水平桌面上对桌面的压强，由于P＝F/S可知，必须测出压力、受力面积。由于测量物理量器材选择的多样性，导致了本实验的步骤、表达式都不尽相同，有助于培养同学们的发散思维能力和创新意识。

［例3］如图1所示，将同一小桌，按甲、乙、丙三种方式放入砂盘中，观察陷入砂中的深度。比较图甲和图乙的情况，可知压力作用效果与压力的          有关。比较图乙和图丙的情况，可知压力作用效果与受压的              有关。

解：压力产生的效果跟压力的大小和受力面积大小有关。比较图甲和图乙的情况，甲、乙与砂面的接触面积相同，乙图对砂面的压力大，压力作用的效果明显，这说明压力的作用效果与压力的大小有关。比较图乙和图丙的情况，压力相同时，乙图对砂面的接触面积小，压力作用的效果明显，这说明压力的作用效果与受压的面积有关。所以答案是：压力的大小、受力面积。

评析：本题是一道体现控制变量法思想的探究性试题。即由P＝F/S可知：压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显；受力面积一定时，压力越大，压力的作用效果越明显。物理课本中是采用单位面积上受到的压力大小来比较压力作用效果的。

［例4］浸没在液体中的物体受到的浮力，实质上是物体表面受到的液体压力的合力。而在液体中，深度越大，液体压强越大，物体受到的压力越大。那么物体浸没在液体中所受到的浮力大小与液体的深度是否有关呢？请你设计一个实验来探究，并说明探究的方法。

解：本题探究的是浮力大小与液体的深度是否有关，因此需同一物体在液体里的深度不同而其他条件相同的情况下进行实验。方法：

实验设计：用弹簧测力计测量石块浸没在水中不同深度所受浮力；

实验步骤：⑴用弹簧测力计测出石块的重力；⑵将石块浸没在水中不同深度处，并记录弹簧测力计的读数；

分析与结论：计算出石块在水中不同深度所受的浮力，比较它们的大小。若相等，说明浮力与浸没深度无关；若不相等，说明浮力与浸没深度有关。

评析：解决此类题目的关键是要在平时的学习中养成善于提问、敢于创新的好习惯，并能运用控制变量法进行实验设计。

［例5］如图2所示是利用水银气压计测量不同高度的大气压数值：

⑴认真分析可知：大气压的变化规律是                              。

⑵由于不同高度的大气压是不同的，这就给我们一个启发：那就是可以将水银气压计改装成为一个                      。

解：⑴通过观察图象可以发现大气压随着高度的变化是不均匀的。⑵由于不同高度的大气压是不同的，人们把水银气压计改装成无液气压计，如果无液气压计的刻度盘上标的是高度，就变成了高度计。所以答案是大气压随高度的增加而减小、高度计。

评析：本题是近几年中考经常考到的探究性类型的试题。试题取材于教材插图，源于教材活于教材，使同学们在主动探求中获得知识，避免了过于偏重于机械记忆。该题以图象形式给予信息，使同学们尝试到将获取的信息制成图象加以归纳、寻找规律的研究方法。

［例6］下表是小明同学用如图3所示装置分别测得水和盐水在不同深度时，压强计（U形管中是水）两液柱的液面高度情况。

图3

序号	液体	深度h（mm）	压强计
			左液面（mm）	右液面（mm）	液面高度差（mm）
1	水	30	186	214	28
2		60	171	229	58
3		90	158	242	84
4	盐水	90	154	246	92

⑴分析表中序号1、2、3三组数据可得到的结论是：同种液体的压强随深度的增加而                。比较表中序号3、4两组数据可得到的结论是：不同液体的压强还跟液体的                有关。

⑵为了进一步研究在同一深度，液体向各个方向的压强是否相等，他们应控制的量有           和        ，要改变的是                           。

⑶小明同学在学了液体压强公式后，用公式对以上实验的数据进行分析计算（g=10N/Kg），得出金属盒在30 mm深处水的压强是        Pa，而从压强计测出的压强小于按液体深度计算的压强值，你认为造成这种现象的原因是什么?

解：⑴分析表中序号1、2、3三组数据可知，随着深度逐渐增加，液面高度差也逐渐增加，因此压强逐渐增大。比较表中序号3、4两组数据可知，深度相同时，液体密度大的，液面高度差大，说明不同液体的压强还跟液体的密度有关。

⑵根据液体的压强公式P=ρgh可知，要想研究同一深度液体向各个方向的压强相等，应控制的量有液体的深度和液体的密度，同时要改变金属盒的方向，若在各个不同方向的情况下压强计的液面差相同，则说明液体内部同一深度向各个方向的压强相等。

⑶金属盒在30mm深处水的压强P1=ρgh1=1.0×103Kg/cm3×10N/Kg×0.03mm=300 Pa。压强计测出的压强小于按液体深度计算的压强值，这是由于金属盒的橡皮膜也要产生压强的缘故。

评析：本题主要考查了同学们对研究液体压强特点的实验的理解情况以及分析实验数据总结规律的能力，本题的解题关键是理解液体压强的特点和规律。

[例7] 图4是我国88式主战坦克，重40t，高2m，每条履带与地面的接触面积2m2，该坦克具有潜渡功能。求：

⑴该坦克在水平路面上行驶时，对地面的压强为多大？

⑵若坦克在深为6m的河流中潜渡时，坦克对水平河床的压力为105N，则坦克所受的浮力为多大？坦克顶部面积为0.8m2的舱门受到水的压力为多大？

解：⑴放在水平面上的物体，对地面的压力等于自身的重力：F=G=mg=40×103×10N=4×105N 。根据压强公式P=F/S可知，坦克在水平路面上行驶时，对地面的压强P=F/S=4×105N/2×2m2=105 Pa

⑵坦克向上受到浮力和支持力，向下受到重力，合力为零，则坦克所受的浮力：F浮=G-FN=（4×105-105）N=3×105N 。据液体压强公式可知，坦克顶部受到水的压强P=ρgh=1.0×103×10×（6-2）Pa=4×104Pa 。坦克顶部舱门受到水的压力F=PS=4×104×0.8N=3.2×104 N。

评析：此题是力学中的一道综合题，内容涉及压力、固体及液体压强、浮力、合力等内容。学习压强及浮力等知识常常用到合力，建议补充合力。求坦克对地面的压强应注意受力面积是两条履带，求舱门受到水的压力应先求压强后求压力，深度是指液体内某点到液面的垂直距离。