第 2 节 液体的压强
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1.某同学对连通器有以下理解,其中正确的是( ) A.连通器内各处的压强都相等
B. 连通器内液面一定是相平的
C. 连通器内液体流动时,液面可能不相平
D. 连通器内装不同液体时,液面也总保持相平
1. 答案 C 由于液体内部压强随着深度的增加而增大,所以连通器内部各处的压强不一定相等,故 A 错误;连通器里只有一种液体,在液体不流动的情况下,连通器各容器中液面的高度总是相平的,故 B、D 错误,C 正确。
2. 
如图所示,公路两侧的甲、乙两条水渠由公路下面的倾斜涵洞相连,两渠中水面相平。关于涵洞中水流方向下列说法中正确的是( )
A.由于两渠水面相平,所以涵洞中的水不流动 B.由于水向低处流,所以涵洞中的水从乙流向甲
C.由于甲侧涵洞口位置较深,压强较大,所以涵洞中的水由甲流向乙D.涵洞中的水既可以从甲流向乙,也可以从乙流向甲
2. 答案 A 由题意可知,涵洞属于连通器的应用。根据连通器的特点可知,甲、乙两渠的水面相平,故涵洞内的水不会流动。
3. 洗手池与下水管之间常常要安装一段 U 形管,U 形管起的主要作用是( ) A.防止水管热胀冷缩,起伸缩作用
B.因水管与盆底连接,起装饰作用C.防止水管堵塞,便于疏通
D.相当于连通器,起隔离臭气作用
3. 答案 D 下水管中的弯曲的部分利用了连通器原理,U 形管总是会有水的,这样可以隔绝下水道往上反的臭味。
4.
向如图所示的装置内加水,则水位最后能达到的最高位置是( )
A.A 容器的顶端 B.B 容器的顶端
C.C 容器的顶端 D.无法确定
4. 答案 B A、B 上端开口,下部连通,构成连通器,C 容器上端没有开口,因此不能与 A、B 构成连通器。由连通器原理可知,液体不流动时,连通器各容器中的液面是相平的,故水位最后能达到的最高位置是 B 容器的顶端。
5. 如图所示,容器中盛有水,其中 h1=100 cm,h2=60 cm,容器底面积 S=20 cm2,水对容器顶的压强是(g=10 N/kg)( )
A.10 000 Pa B.2 000 Pa
C.6 000 Pa D.4 000 Pa
5. 答案 D 容器顶距离液面的高度 h=h1-h2=100 cm-60 cm=40 cm=0.4 m,水对容器顶的压强 p=ρgh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.4 m=4 000 Pa。
6.U 形玻璃管内原先装有一定量的水,如果往左管中再注入一部分水(水未流出管外),如图所示。最后当水静止时( )
A. 右管中水面保持不变,左管中的水面升高
B. 两管中的水面都升高了,但左管中的水面比右管高C.两管中的水面都保持原来的位置不变
D.两管中的水面都升高了,且仍保持相平
6. 答案 D 图中的 U 形管相当于连通器,由连通器的原理可知:连通器中装有同种液体,当液体不流动时,液面保持相平,
故当往左管中再注入一部分水,当水静止时,两管中的水面都升高了,且仍保持相平。
7. 如图所示是喷泉的原理图,喷泉为什么会涌出?
答:由于地形关系,喷泉两端有较高水位。与喷泉出口处构成了 ,为了“追求”液面 ,所以水从出口处喷出,形成喷泉奇观。喷泉的周围一定有山就是这个道理,泉城济南的城外就有千佛山。
7. 答案 连通器 相平
解析 如图所示,由于地形关系,喷泉两端与中间构成底部相连通、上端开口的容器,即连通器,根据当其内部装有同一种液体且在液体不流动时,液面总是保持相平的可知,为了“追求”液面相平,所以水从出口处喷出,形成喷泉奇观。
8. 小明家新购置的房间装修,从地板到墙上 1 m 处要贴不同颜色的瓷砖,为此要在墙的四周画一水平线,装修师傅在如图所示的一根长胶管里装适量水,先在某一 1 m 标准处定一个点 A,然后将管的一端放在 A 点,让水面与 A 点始终水平,另一端分别放在墙面不同的位置,在水面处定出 B、C、D 点,用直线将 A、B、C、D 连起来,便画出了水平线。这是运用了
的原理。若胶管中间某处瘪了一点,将 (选填“影响”或“不影响”)水平线的精确程度,当管的一端提高 20 cm,
最终管两端水面的高度差为 。
8. 答案 连通器 不影响 0
解析 长胶管内装水,上部开口,下部连通,所以是连通器,当液体不流动时,两端液面相平,可用来画出水平线。中间某位置压瘪了一点,液柱的形状改变,但仍然是连通器,所以静止时两端液面还是相平的;当管的一端提高 20 cm,管中的水静止时,最终管两端水面一定在同一水平面上,管两端水面的高度差为 0。
9.
如图为安装于潜艇上的深度表,表盘上标注的“米水柱”表示通过测量海水的 大小来显示潜艇所处的深度。若潜艇潜至 100 m 深处,所受海水的压强为 帕,2 m2 舱盖上所受海水的压力为 N(g 取 10 N/kg,海水密度值近似取水的密度)。
9.答案 压强 1×106 2×106
解析 若潜艇潜至 100 米深处时,所受海水的压强 p=ρgh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×100 m=1×106 Pa。2 m2 舱盖上所受海水的压力 F=pS=1×106 Pa×2 m2=2×106 N。
10.
某校科技兴趣小组的同学到一家茶具生产厂进行社会实践活动,发现这个厂生产的茶壶都是如图甲所示传统样式的。同学们思想很活跃,给这个厂提建议,能不能把茶壶的造型改变一下,用新颖的造型来吸引客户。厂里对这个建议很重视, 干脆对这些同学说,这个任务就交给你们了。大家积极性很高,充分发挥想象力,画了好多设计图案,最后向厂里提交了他们最得意的三种设计,如图乙所示,结果厂里只选中了其中的一种,另外两种虽然造型新颖,但不符合物理原理,因而未被选中。哪一种被选中了呢?你是怎么看出来的?
10. 答案 C 被选中了,根据连通器原理,C 壶的壶嘴和壶身一样高,且造型新颖,所以可以选用。
解析 茶壶是一种连通器,静止在连通器中的同一种液体的液面总在同一水平面上。由于 A 的壶嘴比壶身矮,茶壶的盛水量大大降低,所以不实用,不能选。由于 B 的壶嘴比壶身高,很难向外倒水,所以不实用,不能选。
11. 
如图所示为一个连通器,上部 A、B、C、D 四根管子均开口,在里面灌入某种液体,静止后 B 管中的液面位置已在图中标出,请在图中其他三根管内大致画出液面位置。
10.答案 如图所示
解析 根据连通器的原理可知,各个管中的液面应在同一水平面上。
12. 如图所示,水平地面上放有一个棱长为 30 cm 的正方体箱子,箱子重 50 N,其顶部有一根长 20 cm、横截面积为 4 cm2
的竖直管子与箱子相通,管子重 10 N,管子和箱子都灌满水,求:
(1)箱内顶部受到水的压强和压力; (2)箱内底部受到水的压强和压力; (3)水的重力;
(4)箱子对水平地面的压力和压强。
12.答案 (1)1 960 Pa 175.6 N (2)4 900 Pa 441 N (3)265.4 N (4)325.4 N 3 615.6 Pa
解析 (1)箱子顶部受到水的压强为 p1=ρgh1=1.0×103 kg/m3×9.8 N/kg×0.2 m=1 960 Pa。箱顶受到水的压力为 F1=p1S1=1 960 Pa×(0.3×0.3-4×10-4) m2≈175.6 N。
(2)箱子底部受到水的压强 p2=ρgh2=1.0×103 kg/m3×9.8 N/kg×(0.3+0.2) m=4 900 Pa。箱子底部受到水的压力 F2=p2S2=4 900 Pa×0.3 m×0.3 m=441 N。
(3)水的重力 G 水=ρgV=1.0×103 kg/m3×9.8 N/kg×(0.3×0.3×0.3+4×10-4×0.2) m3≈265.4 N。
�3
(4)箱子对水平地面的压力 F3=G 水+G 箱+G 管=265.4 N+50 N+10 N=325.4 N。箱子对水平地面的压强为 p3=�3=
325.4N
0.3m × 0.3 m≈3 615.6 Pa。
13. 如图,一两端开口、粗细均匀的玻璃管,用质量不计的塑料片附在其下端,然后用外力 F 将玻璃管竖直插到水下 25 cm 处,保持平衡,已知塑料片的面积和玻璃管口的面积均为 10 cm2,且塑料片和玻璃管的厚度不计,玻璃管所受重力为 0.5 N,g=10 N/kg,求:
(1) 水对塑料片产生的压强和压力;
(2) 该同学为测量某种液体的密度,先保持玻璃管在水中的位置不变,然后向玻璃管内缓慢地倒入该液体,当倒入深度达到20 cm 时,发现塑料片刚好下落,那么该液体的密度为多少?
13.答案 (1)2 500 Pa 2.5 N (2)1.25×103 kg/m3
解析 (1)水对塑料片向上的压强:p 水=ρ 水gh 水=1×103 kg/m3×10 N/kg×0.25 m=2 500 Pa,水对塑料片的压力 F 水=p 水S=2 500 Pa×1×10-3 m2=2.5 N;(2)管内倒入液体,液体对塑料片向下的压强 p 液=ρ 液gh 液,塑料片的面积为 S,则塑料片受倒入液体向下的压力 F 液=p 液S=ρ 液gh 液S,因为塑料片刚好下落,所以塑料片受力平衡,即 F 液=F 水=2.5 N,故液体密度
�液
ρ 液=�ℎ S=
2.5N
- 4 2=1.25×103 kg/m3 。
液 10N/kg × 0.2 m × 10 × 10 m
14. 阅读《RO 反渗透膜原理》,回答问题。
RO 反渗透膜原理
反渗透,英文为 Reverse Osmosis,它所描绘的是一个自然界中水分自然渗透过程的反向过程。早在 1950 年美国科学家 DR.S.Sourirajan 无意中发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海水,隔了几秒后吐出一小口的海水,他由此而产生疑问:陆地上由肺呼吸的动物是绝对无法饮用高盐分的海水的,那为什么海鸥就可以饮用海水呢?这位科学家把海鸥带回了实验室,经过解剖发现在海鸥嗉囊位置有一层薄膜,该薄膜构造非常精密,海鸥正是利用了这层薄膜把海水过滤为可饮用的淡水,而含有杂质及高浓缩盐分的海水则被从口中吐出,这就是以后反渗透法的基本理论架构。
对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜,一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜称之为理想半透膜。当把相同体积的稀溶液(例如淡水)和浓溶液(例如盐水)分别置于半透膜的两侧时,稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动,这一现象称为渗透。当渗透达到平衡时,浓溶液一侧的液面会比稀溶液一侧的液面高出一定高度, 即形成一个压差,此压差即为渗透压,渗透压的大小取决于溶液的固有性质,即与浓溶液的种类、浓度和温度有关,而与半透膜的性质无关。若在浓溶液一侧施加大于渗透压的压力时,溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反,开始从浓溶液向稀溶液一侧流动,这一过程称为反渗透。反渗透是渗透的一种反向迁移运动,是一种在压力驱动下,借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法,它已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩,其中最普遍的应用实例便是在
水处理工艺中。反渗透膜的孔径非常小,因此能够有效地去除水中比反渗透膜孔径大的溶解盐类、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等。利用反渗透原理进行水提纯的系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点,
反渗透膜能截留直径大于 0.000 1 微米的物质,是最精细的一种膜分离产品,其能有效截留所有溶解盐及分子量大于 100
的有机物,同时允许水分子通过,以获得高质量的纯净水。请根据上述材料,回答下列问题:
(1) 要将自来水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质阻隔,并使之无法通过反渗透膜,从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来,反渗透膜的孔径要达到 以下。
(2)
图甲中容器两侧液面在自然状态下液体的流动方向是 (选填“从纯水到盐水”或“从盐水到纯水”)。
(3) 图乙中两侧液体静止达到液透平衡。如果左右两容器横截面积均为 100 cm2,要实现反渗透,需要在图甲中
(选填“纯水”或“盐水”)液面施加的竖直向下的压力至少是多大,请写出计算过程。(g=10 N/kg,ρ 盐水=1.03×103
kg/m3)
(4) RO 反渗透是当前最先进的净水分离技术,请至少举出一个它在生产、生活方面的应用。
14.答案 (1)0.000 1 微米 (2)从纯水到盐水 (3)盐水 见解析 (4)海水淡化、净水机、制药等
解析 本题考查了“信息的获取和处理”能力以及运用压强、液体压强及新物理知识解释、解决实际问题的能力。(1) 根据反渗透膜能截留直径大于 0.000 1 微米的物质可知,反渗透膜的孔径要达到 0.000 1 微米以下;
(2) 由题意可知,稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动,这一现象称为渗透,所以图甲中容器两侧液面在自然状态下液体的流动方向是从纯水到盐水;
(3) 由于图乙中两侧液体静止达到液透平衡,且右侧液面比左侧液面高出 h1=10 cm,而在图甲中盛盐水一侧可利用液体的压强太小,所以需要在图甲中盐水液面施加竖直向下的压力,才能使得盐水向纯水流动,施加的压力 F=p1S=ρ 盐水gh1S=1.03×103 kg/m3×10 N/kg×0.1 m×10-2 m2=10.3 N;
(4) RO 反渗透是当前最先进的净水分离技术,它在生产、生活方面的应用有:海水淡化、净水机、制药等。
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