固体物质平方于地面上时,由于重力作用对于地面有压力,但是对于旁边的其他物体没有影响。液体物质可以流动,它的压强有什么特点?
一、核心知识点
液体压强的存在性
固体有固定形状,对支承它的物体有压力作用(有压强)。由于其不能流动,所以当其稳定后对周边无压力作用(无压强)。液体没有固定形状可流动,所以不仅对支承它的容器底部有压力作用(有压强),对阻碍其流散开的容器侧壁也有压力作用(有压强)。
液体压强方向特点:液体内部向各个方向都有压强(由流动性决定)
影响液体压强大小的因素
通过实验,我们发现液体内部的压强受如下因素影响:
(1)深度(h):同一液体中,压强随深度增加而增大。在一个水瓶不同高度钻若干相同大小的喷水孔,灌满水后我们可以看到,约接近瓶口(液面)的喷水孔喷出的水射程越近,说明其压强越小。
(2)液体密度(ρ):深度相同时,密度越大,压强越大。对比相同深度的水、酒精、浓盐水,可以发现液体密度越大,同样深度时压强越大。
(3)方向:使用压强计可以测定,静止液体内任意一点各个方向上的压强大小相等。
液体压强公式
我们假设有一个界截面积为s的圆柱形水杯,装入h高度的水,这些水对杯底的压强是多少?由于液体在同一深度上压强相等,且各个方向上压强相等,所以水杯侧壁上的力可认为是平衡力而彼此抵消,则杯内的水所受重力与水杯给水的支持力是一对作用和反作用力,水对杯底的压强是因水所受重力而来,我们可以据此计算水对杯底的压强大小。
推导如下:体积v=sh,质量m=ρv=ρsh,重力(压力)f=mg=ρshg,压强p=f/s=ρshg/s=ρhg。由于液体同一深度压强各向相等,所以深度h处的液体压强与h高度的水对杯底的压强相同,所以液体压强计算公式p = ρgh(为什么g一定要在h前面?可以继续看下去)
p:液体压强(单位:Pa)
ρ:液体密度(单位:kg/m³)
g:重力加速度(≈10 N/kg)
h:液体深度(单位:m),指从液面到被测点的垂直距离
实验测量工具
压强计:探头(橡皮膜金属盒)受液体压强作用后,U形管液面高度差反映压强大小
连通器
连通器是液体压强特点的体现。连通器上端开口,下端相通,当液面高度不同时,下端会产生压强差(压力差)会推动液体流动,只有当压强一致时,才会稳定。
二、重点与难点
重点
理解液体压强的方向性与公式p=ρgh
掌握深度(h)的定义:与容器形状无关的垂直距离
能用实验现象(如喷水射程、U形管高度差)解释原理
难点
区分液体压强与固体压强的本质差异
对比:固体压强由垂直压力产生,液体压强由重力和流动性共同作用
公式中h的取值:容器倾斜时仍以液面垂直距离为准
易错点
误认为液体压强与容器形状或总液重有关
纠正:压强仅由ρ、g、h决定(如细高容器与宽矮容器中,同深同液处压强相等)
混淆"深度"与"高度"(例:计算容器底部压强时,h为液面到底部的垂直距离)
忽略液体密度的影响(例:相同深度的水和酒精,水压强更大)
计算单位错误:计算过程中一定要使用国际单位如密度使用千克每立方米kg/m³,重力加速度使用米每平方秒m/s²,深度使用米m,一旦单位错了,计算结果自然就是错误的。
拓展:为什么推导结果是ρhg,液体压强公式却要写成p=ρgh呢?
这主要是因为如下几个原因:
(1)符合物理量的逻辑递进
这里的顺序ρgh:ρ表示液体本身的属性(密度);g是重力加速度(环境因素);h是液体深度(空间位置),书写顺序反映了“液体属性外部作用位置参数”的逻辑链条。
(2)物理过程的直观性
液体压强本质是液柱重力作用的结果,而重力 ρgh 的表达式直接对应“单位面积上液柱的重量”。若写成 ρhg,可能被误解为“密度与高度的组合再与 g 作用”,在物理逻辑上不够清晰。
(3)与其它公式的一致性
类似公式如重力势能Ep=mgh、功W=Fs(力×位移)等,均将“作用量”(g、F)置于“空间量”(h、s)前,体现“因果”关系。
(4)国际单位制的惯例
在物理公式中,常数(如g)通常紧随变量(如ρ),而位置参数(如h)放在末尾。
当然,由于数学上的等价性,实际计算中并不会影响最终的结果,但遵循物理逻辑与惯例更有利于全面性的进行物理学习。
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