高二物理压强计算题及答案和相关例题如下:
【例题】
一容器内储有某种理想气体,其密度为ρ,设分子质量为m,容器截面积为S,试求:
(1)气体分子的平均动能;
(2)气体分子的平均速率;
(3)容器内储有某种理想气体,其压强为p,求单位体积内的分子数。
【答案】
(1)$frac{3KT}{2m}$
(2)$frac{3kT}{2Ssqrt{frac{m}{2pi}}}$
(3)$frac{n}{V} = frac{p}{rho}$
【例题解答】
(1)气体分子的平均动能由温度决定,对于一定质量的理想气体,其温度一定,故气体分子的平均动能不变。
(2)气体分子在容器中的运动是无规则运动,故气体分子速率大小是随机的,但统计规律表明,气体分子的速率分布服从统计规律,即速率大的分子数少,速率小的分子数多。设气体分子在某一时刻向各个方向运动的几率相等,则某一时刻气体分子在某一小立体角$Deltatheta$内飞过的距离为$Delta r$,则气体分子在$Delta t$时间内沿某个方向运动的距离为$vDelta t$。由于气体分子在各个方向上运动的几率相等,故在单位时间内单位体积内气体分子沿各个方向运动的距离的个数相等。设单位体积内气体分子数为$n$,则单位时间内单位体积内气体分子沿各个方向运动的距离的个数为$nv$。根据几何关系可知$v = sqrt{frac{4pi r^{3}}{3}}$,故单位时间内单位体积内气体分子沿各个方向运动的距离的平均速率为$frac{v}{S}$。由动量定理可知,单位时间内单位体积内气体分子对容器壁产生的冲击力平均值为$frac{F}{S}$。由于气体分子间相互作用力可忽略不计,故单位时间内单位体积内气体分子对容器壁产生的冲击力的平均值等于气体的压强。因此有:$p = frac{F}{S} = frac{mv^{2}}{S}$。根据能量守恒定律可知,气体分子的平均动能等于气体分子对容器壁产生的冲击力所做的功与气体内能增量之和。因此有:$frac{1}{2}mv^{2} = frac{pS}{rho}V + frac{KT}{V}$。联立以上各式解得:$v = sqrt{frac{3kT}{2m}}$。
(3)由题意可知:$n = frac{rho V}{p}$。
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【例题】
问题:在水平地面上有一个物体,它受到一个水平方向上的压力,这个压力的大小与它的重力相等。已知物体与地面的接触面积为$0.02m^{2}$,求物体对地面的压强。
答案:
物体对地面的压强为$5 times 10^{4}Pa$。
解析:
物体对地面的压力等于它的重力,根据压强公式$p = frac{F}{S}$可求得物体对地面的压强。
【相关例题】
问题:在水平地面上有一个长方体木块,它受到一个竖直向上的拉力作用,使它静止在地面上的某一位置。已知木块的质量为$2kg$,它对地面的压力大小为多少?木块受到的拉力多大?木块与地面的接触面积为$0.05m^{2}$,求木块对地面的压强。
答案:
木块对地面的压力大小为$20N$,受到的拉力为$18N$,木块对地面的压强为$4 times 10^{3}Pa$。
解析:
木块受到的重力等于它对地面的压力,根据压强公式可求得木块对地面的压强。木块受到向上的拉力,它对地面的压力不变,根据平衡条件可求得拉力的大小。
高二物理压强计算题
【例题】
一容器中贮有某种液体,其体积为V=5m^3,已知液体产生的压强和深度的关系为p=ρgh,其中ρ=1.0 × 10^3kg/m^3,g=9.8N/kg。
(1)求该液体产生的压强随深度而变化的规律;
(2)若容器口截面积为S=2dm^2,求该液体对容器底部的压强。
【分析】
(1)根据液体压强公式$p = rho gh$,可求出液体产生的压强随深度而变化的规律;
(2)根据液体压强公式$p = rho gh$,代入数据即可求出液体对容器底部的压强。
【解答】
(1)由$p = rho gh$得:$h = frac{p}{rho g}$,即$p = rho gh$;
(2)由$(1)$可知:$p = 1.0 times 10^{3}kg/m^{3} times 9.8N/kg times 5m = 49000Pa$。
【例题常见问题】
(1)液体压强公式适用于任何液体吗?
答:液体压强公式适用于液体,但不适用于气体。因为气体分子间距离较大,不能简单地认为分子间存在压强。
(2)在容器中装满水后,水的质量就是容器的质量吗?
答:不是的。水的质量是指水的重力所对应的物质的质量,而容器的质量是指容器本身的材料和形状所对应的质量,两者是不同的概念。在容器中装满水后,水的质量与容器的质量之差即为水的体积与容器底面积之比乘以水的密度。
(3)在容器中装满水后,水的重力就是水的压力吗?
答:不是的。水的重力是水受到的重力,而水的压力是作用在容器底部的力,两者不是同一个概念。在容器中装满水后,水的重力等于水的压力乘以受力面积。
(4)在容器中装满水后,水的重力等于容器的重力吗?
答:不一定相等。如果容器是空心的,那么水的重力就大于容器的重力;如果容器是实心的,那么水的重力就等于容器的重力。因此,只有在容器是实心的情况下,水的重力才等于容器的重力。