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初中应用物理知识竞赛辅导讲座14
压强与浮力
编辑人：袁几
【重点知识解读】
物体单位面积受到的压力叫做压强，压强公式：p=F/S。
液体内部朝各个方向都有压强，在同一深度，各方向压强大小相等。液体的压强只跟液体密度ρ和距液面的深度h有关，与液体重力、体积及容器形状、底面积等无关。
连通器中同种液体不流动时，各容器中的液面高度总是相同的。
大气压强是由于气体分子对器壁的碰撞而产生。标准大气压数值p=1.013×105Pa=760mmhHg。活塞式抽水机和离心式抽水机都是利用大气压工作的。
5.在流体中，流速越大的位置，压强越小。飞机能够升空是由于机翼上下表面空气流速不同产生了压强差。
6.浮力是浸在流体中的物体受到流体向上托的力。浮力的方向总是竖直向上的。阿基米德原理：浸入液体（气体）中的物体受到向上浮力的大小等于它排开液体（气体）的重力，即F=ρgV排。。[来源:学科网ZXXK]
【竞赛知识拓展】
液体压强公式：p=ρgh。
大气压随高度的增加而减小。在海拔3000m以内，大约每升高10m，大气压减小100Pa。
密度计是用来测量液体密度的仪器，它根据漂浮时的受力平衡及阿基米德原理而制成的。液体密度较大时，密度计露出部分多，反之就少。密度计上的刻度数是上面较小下面较大，密度计上的刻度数值表示待测液体密度是水密度的倍数。
【经典竞赛题分析】
例1（2011全国初中应用物理知识竞赛试题）小明的父亲为了解决全家人夏季淋浴问题，想自己动手:作一个太阳淋浴器，他买来了一个圆柱形金属桶，一个压力传感开关，两个圆柱体以及细线若干。初步设计如图13所示，其中A、B两个圆柱体通过细绳与压力传感开关相连。
己知:圆柱形金属桶的底面积Sl=0.5m2，高h1=50cm;压力传感开关的作用是当它受到竖直向下的拉力达到10N时闭合，通过控制水泵从进水口向桶内注水，当拉力等于4N时断开，水泵停止向桶内注水:两个圆柱体的底面积S2=40cm2，高h2=12cm，每个圆柱体重G=6N。要求当水桶内储水量达200L时停止注水，当储水量剩余40L时开始注水。
请你帮助小明的父亲在其初步设计的基础上，求出满足上述要求的两段细线的长度。(压力传感开关与金属桶间的距离、细绳质量与体积、计算储水量时圆柱体排水体积忽略不计)

【解析】圆柱形金属桶内储水量为40L时水深：H1==m=8×10-2m。
圆柱体所受浮力大小：F1=2×6N-10N=2N。
圆柱体B排水体积：VB排==m3=2×10-4m3.
圆柱体B浸入水中深度：hB==m=5×10-2m.。
圆柱形金属桶内储水量为200L时水深：H2==m=4×10-1m。
圆柱体所受浮力大小：F2=2×6N-4N=8N..。
圆柱体AB排水体积：V==m3=8×10-4m3.
圆柱体A排水体积：VA排=V-VB=8×10-4m3-40×12×10-6m3.=3.2×10-4m3.
圆柱体A浸入水中深度：hA==m=8×10-2m.。
由h1=LA+H2+h2-hA解得压力传感开关与圆柱体A间细线长度：LA=6×10-2m，
由h1=LA+H1+LB+2h2-hB解得圆柱体A与圆柱体B间细线长度：LB=1.7×10-1m。
【点评】此题重点考查浮力、物体平衡条件等重点知识，能力要求较高。
例2．(2009全国初中应用物理知识竞赛题)科技小组的同学想利用学到的浮力知识制作一个浮力秤。他们找来一个瓶身为柱状体的空饮料瓶，剪掉瓶底，旋紧瓶盖，在瓶盖系上一块质量适当的石块，然后将其倒置在水桶里，如图所示。使用时，只要把被测物体投入瓶中，从水面所对的刻度就可以直接读出被测物体的质量。
1．在这里石块的作用是什么?试应用所学物理知识分析其中的道理。
2．这种浮力秤的质量刻度是均匀的吗?为什么?
3．经测量，该饮料瓶圆柱状部分的直径为8.0cm，当浮力秤中不放被测物体时，水面所对位置为零刻度(如图所示)。请根据图中标明的长度值，通过计算，在1、2、3、4各刻度线右侧给浮力秤标明对应的质量值。
(π取3.1，最后结果只保留整数)
解析：
1.石块的作用是使浮力秤能够竖直地漂浮在水中。
石块受到的重力远大于空饮料瓶受到的重力，所以浮力秤的重心较低，并低于浮力的作用点，如图答-3所示..。当浮力等于重力时，浮力秤将竖直漂浮在水中。（如果没有石块，整套装置的重心将会高于浮力的作用点，在浮力和重力作用下，浮力秤容易歪倒，难以竖直漂浮在水中。）
2.质量的刻度是均匀的。
设被测物体的质量为m，饮料瓶圆柱状部分的半径为r，在浮力秤中放入被测物体后，瓶身浸入的深度增加值为h，则：
浮力秤再次漂浮时，增大的浮力等于增大的重力：F浮=G
即：ρ水gπ2rh=mg
可得h=m/(ρ水π2r)
因为ρ水、π、r为定值，所以h与m成正比，该浮力秤质量的刻度是均