A. 帕斯卡怎樣發現的帕斯卡定律
他弄來一段水管,接在水龍頭上,把另一頭揚得高高的,看水往外噴。他還用釘子把好水管鑽上幾個孔,讓水也從小孔里噴「拋物線」。
帕斯卡的行為令爸爸更加生氣:「怎麼學起玩水了,你這孩子變了,不做正經事了。」
「玩水有什麼不好,我有幾個問題弄不清楚嘛!」帕斯卡不吃爸爸那一套,照樣我行我素,挺有興趣地擺弄著水管。經過多次細心的觀察後,他發現了一個有趣的現象:從小孔里噴出的水流都一樣長。
沒多久,水管就破爛不堪了,帕斯卡又找來較薄的橡皮管子,費了很大勁才把管子安到水龍頭上。細管子頓時被撐得又粗又壯,帕斯卡睜大驚奇的眼睛想:「水究竟從哪兒來這么大的力量?」
帕斯卡決定把這個問題弄個水落石出。他找來一個四周扎有一些小孔的空心球,然後把球上連接一個圓筒,圓筒里安了個可以來回移動的活塞。再將球和圓筒里灌滿水,然後用力往裡按活塞,水便從球四周的小孔里均勻地向外噴射,真是好玩極了。
帕斯卡重復了一遍又一遍,經仔細觀察,他發現:如果不按活塞,水也就不向外噴射。帕斯卡覺得這太神秘了,但他怎麼也弄不清楚秘密之所在,也不急於去問爸爸,認為應該自己解決問題。
帕斯卡對揭開這個秘密有著強烈的願望,便不斷學習科學文化知識充實自己。當他長大以後,更加對幼年時「玩」水產生的現象感興趣。於是,他決定繼續進行他的「玩」水實驗,不過這次不是在水龍頭下悄悄地玩,而是在實驗室公開地「玩」,並且有了許多儀器、設備等實驗裝置做輔助。
1648年,經過無數次的實驗和精確計算。帕斯卡終於總結出了一條規律:「加在密閉液體上的壓強,能夠按照原來的大小由液體向各個方向傳遞。」物理學把它叫做「帕斯卡定律」。
B. 水壓機是如何發明的
在帕斯卡之前就有人研究過液體靜力學,並且不很明確地得到了帕斯卡定律。例如荷蘭人斯蒂文就曾用實驗演示過液體中的壓強,他得出結論:液體對盛放液體的容器之底部所施的力只取決於承受壓力的面積和它上面液柱的高度,而與容器的形狀無關。
斯蒂文的實驗裝置中,容器ABCD注滿了水,容器底部有一圓形開口EF,蓋著一個木製的底蓋GH。另有一個容器IRL與ABCD一樣高,也注滿水,底部也有同樣大小的開口和底蓋。他用杠桿拉住底蓋,杠桿的另一端加重物T與S,底蓋分別被重物T與S提起,而T與S彼此相等。這就證明了,盡管這兩個容器的水重不一樣,但底蓋承受的壓力都一樣。
接著,斯蒂文在這個基礎上,證明了液體中各個方向的壓強只決定於所處的高度。
帕斯卡更深入地研究了液體的靜壓力。他明確地表述了液體中任何點上各個方向的壓強相等的原理。他的成功主要是把大氣壓的成因用於解釋液體中的壓強,找到了兩者的共性,並且巧妙地把實驗和推理結合起來。他在死後第二年出版的著作《論液體的平衡及空氣重量》(1663年)中論述了液體的平衡和浸在液體中的物體所受的壓力,接著根據這些結果解釋了以前歸結為自然界厭惡真空的種種現象。在這本書中,帕斯卡首先介紹一系列實驗結果,然後根據這些實驗結果展開了嚴密的推理。
他在論述液體中壓強的傳遞時,以水壓機模型為例進行推理,寫道:「如有一充水容器,除兩出口外,其餘完全封閉。一個出口比另一出口大100倍。設在每一出口中放入一個大小恰好合適的活塞。一個人推小活塞的推力等於100個人對大活塞施加的推力,所以一個人的力可以勝過99個人的力。」
為什麼小力能克服大力呢?帕斯卡認為這和杠桿原理有類似之處。他依照杠桿原理的推理來證明上述結論:「由於容器內水的連續性和流動性,壓強應遍及容器內各個部分,小活塞把水推動1英寸,水就使大活塞推進1%英寸。100磅水移動一英寸與1磅水移動100英寸,顯然是同樣一回事。」
也就是說:小力雖然只有大力的1%,但其作用距離卻是大力的100倍,所以效果是相等的。
接著帕斯卡進一步推理:大活塞的力雖然比小活塞的力大100倍,但它與水接觸的面積也大100倍,所以每部分水的壓強即單位面積所受的力和小活塞仍然相等。而大活塞所處的位置是任意的,所以這一關系與大活塞所處的位置無關,與其遠近和方向也無關。
於是,帕斯卡就得出了後來表述為帕斯卡定律的明確結論:「在密閉容器里液體中任何地方施加壓力,其壓強將毫無損失地經液體傳遞到各個部分並垂直於液體的所有表面。」
C. 帕斯卡的簡介
帕斯卡是法國著名的數學家、物理學家、哲學家和散文家。
1623年6月19日誕生於法國多姆山省克萊蒙費朗城。帕斯卡沒有受過正規的學校教育。他4歲時母親病故,由受過高等教育、擔任政府官員的父親和兩個姐姐負責對他進行教育和培養。他父親是一位受人尊敬的數學家,在其精心地教育下,帕斯卡很小時就精通歐幾里得幾何,他自己獨立地發現出歐幾里得的前32條定理,而且順序也完全正確。12歲獨自發現了「三角形的內角和等於180度」後,開始師從父親學習數學。1631年帕斯卡隨家移居巴黎。父親發現帕斯卡很有出息,在他16歲那年,滿心喜歡地帶他參加巴黎數學家和物理學家小組(法國巴黎科學院的前身)的學術活動,讓他開開眼界,17歲時帕斯卡寫成了數學水平很高的《圓錐截線論》一文,這是他研究德扎爾格關於綜合射影幾何的經典工作的結果。
1641年帕斯卡又隨家移居魯昂。1642年到1644年間幫助父親做稅務計算工作時,帕斯卡發明了加法器,這是世界上最早的計算器,現陳列於法國博物館中。1610年他接受了宗教教義,但仍致力於科學實驗活動,到年之間,帕斯卡集中精力進行關於真空和流體靜力學的研究,取得了一系列重大成果。 1647年重返巴黎居住。他根據托里拆利的理論,進行了大量的實驗,1647年的實驗曾轟動整個巴黎,他自己說:他的實驗根本指導思想是,反對「自然厭惡真空」的傳統觀念。1647年到1648年,他發表了有關真空問題的論文。1648年帕斯卡設想並進行了對同一地區不同高度大氣壓強測量的實驗,發現了隨著高度降低,大氣壓強增大的規律。在這幾年中,帕斯卡在實驗中不斷取得新發現,並且有多項重大發明,如發明了注射器、水壓機,改進了托里拆利的水銀氣壓計等。1649年到1651年,帕斯卡同他的合作者皮埃爾(Perier)詳細測量同一地點的大氣壓變化情況,成為利用氣壓計進行天氣預報的先驅。1651年帕斯卡開始總結他的實驗成果,到1654年寫成了《液體平衡及空氣重量的論文集》,1663年正式出版。此後帕斯卡轉入了神學研究,1655年他進入神學中心披特壘阿爾。他從懷疑論出發,認為感性和理性知識都不可靠,從而得出信仰高於一切的結論。
1646年前帕斯卡一家都信奉天主教。由於他父親的一場病,使他同一種更加深奧的宗教信仰方式有所接觸,對他以後的生活影響很大。帕斯卡和數學家費馬通信,他們一起解決某一個上流社會的賭徒兼業余哲學家送來的一個問題,他弄不清楚他賭擲三個骰子出現某種組合時為什麼老是輸錢。在他們解決這個問題的過程中,奠定了近代概率論的基礎。在他暫短的一生中作出了許多貢獻,以在數學及物理學中的貢獻最大。1646年他為了檢驗義大利物理學家伽利略和托里拆利的理論,製作了水銀氣壓計,在能俯視巴黎的克萊蒙費朗的山頂上反復地進行了大氣壓的實驗,為流體動力學和流體靜力學的研究鋪平了道路。實驗中他為了改進托里拆利的氣壓汁,他在帕斯卡定律的基礎上發明了注射器,並創造了水壓機。他關於真空問題的研究和著作,更加提高了他的聲望。他從小就體質虛弱,又因過度勞累而使疾病纏身。然而正是他在病休的1651~1654年間,緊張地進行科學工作,寫成了關於液體平衡、空氣的重量和密度及算術三角形等多篇論文,後一篇論文成為概率論的基礎。在 1655~1659年間還寫了許多宗教著作。晚年,有人建議他把關於旋輪線的研究結果發表出來,於是他又沉浸於科學興趣之中,但從1659年2月起,病情加重,使他不能正常工作,而安於虔誠的宗教生活。最後,在巨大的病痛中逝世。
1662年8月19日帕斯卡逝世,終年39歲。後人為紀念帕斯卡,用他的名字來命名壓強的單位,簡稱「帕」。
研究領域
帕斯卡的成就是多方面的。他在數學和物理學方面所做出的貢獻,在科學史上佔有極其重要的地位。
帕斯卡的數學造詣很深。除對概率論等方面有卓越貢獻外,最突出的是著名的帕斯卡定理--他在《關於圓錐曲線的論文》中提出的。帕斯卡定理是射影幾何的一個重要定理,即「圓錐曲線內接六邊形其三對邊的交點共線」。
在代數研究中,他發表過多篇關於算術級數及二項式系數的論文,發現了二項式展開式的系數規律,即著名的「帕斯卡三角形」。(在我國稱 「楊輝三角形」),他與費馬共同建立了概率論和組合論的基礎,並得出了關於概率論問題的一系列解法。他研究了擺線問題,得出了不同曲線面積和重心的一般求法。他計算了三角函數和正切的積分,最早引入了橢圓積分。
研究貢獻
1、1639年,他發表了一篇出色的數學論文《論圓錐曲線》
2、他撰寫的哲學名著《思想錄》
3、帕斯卡發現了大氣壓強隨著高度的規律。他不僅重復了托里拆利實驗,而且驗證了他自己的推論:既然大氣 壓力是由空氣重量產生的,那麼在海拔越高的地方,玻璃管中的液柱就應該越短。
4、《致外省人書》
5、1641年,帕斯卡發明了加法器
6、《關於圓錐曲線的論文》
7、發現帕斯卡定律(流體(氣體或液體)力學中,指封閉容器中的靜止流體的某一部分發生的壓強變化,將毫無損失地傳遞至流體的各個部分和容器壁壓強等於作用力除以作用面積。根據帕斯卡原理,在水力系統中的一個活塞上施加一定的壓強,必將在另一個活塞上產生相同的壓強增量。如果第二個活塞的面積是第一個活塞的面積的10倍,那麼作用於第二個活塞上的力將增大為第一個活塞的10倍,而兩個活塞上的壓強仍然相等。水壓機就是帕斯卡原理的實例。它具有多種用途,如液壓制動等。
8、帕斯卡還發現:靜止流體中任一點的壓強各向相等,即該點在通過它的所有平面上的壓強都相等,這一事實也稱作帕斯卡原理(定律)。
有關物理學的小插曲
有這樣一則笑話:死後的科學家都到了天堂。有一天,科學家們玩捉迷藏,輪到愛因斯坦抓人。他數了100個數後,發現牛頓站在身邊,就說:「牛頓,我抓住你了。」
「不,你抓的不是牛頓。」
「那你是誰?」愛因斯坦問。
「你看我腳下是什麼?」牛頓狡猾地一笑。
愛因斯坦看到,牛頓腳下是一塊邊長為一米的正方形木板。
「我站在一平方米的木板上,就是『牛頓/平方米』所以你抓到的不是牛頓,而是『帕斯卡』①。」
愛因斯坦聽後,叫來帕斯卡。帕斯卡聽後微笑了一下,彎腰撿起了牛頓腳下的木板對愛因斯坦說:「我現在是帕斯卡,對嗎?」說罷,一下把木板丟了出去。「沒有了平方米,現在,我是牛頓。」
① 如果不明白,參見壓強
補充
帕斯卡(Pascal,Blaise),法國數學家、物理學家、近代概率論的奠基者。他提出一個關於液體壓力的定律,後人稱為帕斯卡定律。他建立的直覺主義原則對於後來一些哲學家,如盧梭和伯格森等都有影響。
帕斯卡生於法國奧弗涅的克萊蒙費朗,帕斯卡從小就智力高人一等,12歲時就愛上數學,他父親是一位受人尊敬的數學家,在其精心地教育下,帕斯卡很小時就精通歐幾里得幾何,他自己獨立地發現出歐幾里得的前32條定理,而且順序也完全正確。12歲獨自發現了 「三角形的內角和等於180度」後,開始師從父親學習數學。16歲就參加巴黎數學家和物理學家小組(法國科學院的前身),17歲時寫成數學水平很高的《圓錐截線論》一文,這是他研究德扎爾格關於綜合射影幾何的經典工作的結果。笛卡兒堅決不相信16歲的孩子能夠寫出來這樣的書,帕斯卡反過來也不承認笛卡兒的解析幾何的價值。1642年,剛滿19歲的他,設計製造了世界上第一架機械式計算裝置——使用齒輪進行加減運算的計算機,原只是想幫助他父親計算稅收用,這是他為了減輕父親計算中的負擔,動腦筋想出來的,卻因此而聞名於當時,它成為後來的計算機的雛型。在加法機研製成功之後,帕斯卡認為:人的某些思維過程與機械過程沒有差別,因此可以設想用機械模擬人的思維活動。
1646年前帕斯卡一家都信奉天主教。由於他父親的一場病,使他同一種更加深奧的宗教信仰方式有所接觸,對他以後的生活影響很大。帕斯卡和數學家費馬通信,他們一起解決某一個上流社會的賭徒兼業余哲學家送來的一個問題,他弄不清楚他賭擲三個骰子出現某種組合時為什麼老是輸錢。在他們解決這個問題的過程中,奠定了近代概率論的基礎。在他暫短的一生中作出了許多貢獻,以在數學及物理學中的貢獻最大。1646年他為了檢驗義大利物理學家伽利略和托里拆利的理論,製作了水銀氣壓計,在能俯視巴黎的克萊蒙費朗的山頂上反復地進行了大氣壓的實驗,為流體動力學和流體靜力學的研究鋪平了道路。實驗中他為了改進托里拆利的氣壓汁,他在帕斯卡定律的基礎上發明了注射器,並創造了水壓機。他關於真空問題的研究和著作,更加提高了他的聲望。他從小就體質虛弱,又因過度勞累而使疾病纏身。然而正是他在病休的1651~1654年間,緊張地進行科學工作,寫成了關於液體平衡、空氣的重量和密度及算術三角形等多篇論文,後一篇論文成為概率論的基礎。在1655~1659年間還寫了許多宗教著作。晚年,有人建議他把關於旋輪線的研究結果發表出來,於是他又沉浸於科學興趣之中,但從1659年2月起,病情加重,使他不能正常工作,而安於虔誠的宗教生活。最後,在巨大的病痛中逝世。
帕斯卡定律是流體(氣體或液體)力學中,指封閉容器中的靜止流體的某一部分發生的壓強變化,將毫無損失地傳遞至流體的各個部分和容器壁。帕斯卡首先闡述了此定律。壓強等於作用力除以作用面積。根據帕斯卡原理,在水力系統中的一個活塞上施加一定的壓強,必將在另一個活塞上產生相同的壓強增量。如果第二個活塞的面積是第一個活塞的面積的10倍,那麼作用於第二個活塞上的力將增大為第一個活塞的10倍,而兩個活塞上的壓強仍然相等。水壓機就是帕斯卡原理的實例。它具有多種用途,如液壓制動等。帕斯卡還發現:靜止流體中任一點的壓強各向相等,即該點在通過它的所有平面上的壓強都相等。這一事實也稱作帕斯卡原理(定律)。
帕斯卡在數學方面的貢獻也很傑出。1639年,他在一篇出色的數學論文《論圓錐曲線》,提出了一條定理,後人把它叫做帕斯卡定理。他還提出了有名的帕斯卡三角形,闡明了代數中二項式展開的系數規律。數學家德札爾格非常欣賞帕斯卡的才華,把這個曲線命名為 「帕斯卡神秘六線形」,並親自擔任了帕斯卡的教師。
在他撰寫的哲學名著《思想錄》 里,帕斯卡留給世人一句名言:「人只不過是一根蘆葦, 是自然界最脆弱的東西,但他是一根有思想的蘆葦。」 科學界銘記著帕斯卡的功績,國際單位制規定「壓強」單位為「帕斯卡」,是因為他率先提出了描述液體壓強性質的「帕斯卡定律」。計算機領域更不會忘記帕斯卡的貢獻,1971年面世的PASCAL語言,也是為了紀念這位先驅,使帕斯卡的英名長留在電腦時代里。
壓強單位,物體每平方米的面積上受的的壓力為1牛頓時,壓強就是1帕斯卡。這個單位名稱是為了紀念法國科學家帕斯卡(BLAISE PASCAL)而定的。簡稱帕。
D. 世界上第一台水壓機是怎麼發明出來的
在帕斯卡之前就有人研究過液體靜力學,並且不很明確地得到了帕斯卡定律。例如荷蘭人斯蒂文就曾用實驗演示過液體中的壓強,他得出結論:液體對盛放液體的容器之底部所施的力只取決於承受壓力的面積和它上面液柱的高度,而與容器的形狀無關。
斯蒂文的實驗裝置中,容器ABCD注滿了水,容器底部有一圓形開口EF,蓋著一個木製的底蓋GH。另有一個容器IRL與ABCD一樣高,也注滿水,底部也有同樣大小的開口和底蓋。他用杠桿拉住底蓋,杠桿的另一端加重物T與S,底蓋分別被重物T與S提起,而T與S彼此相等。這就證明了,盡管這兩個容器的水重不一樣,但底蓋承受的壓力都一樣。
接著,斯蒂文在這個基礎上,證明了液體中各個方向的壓強只決定於所處的高度。
帕斯卡更深入地研究了液體的靜壓力。他明確地表述了液體中任何點上各個方向的壓強相等的原理。他的成功主要是把大氣壓的成因用於解釋液體中的壓強,找到了兩者的共性,並且巧妙地把實驗和推理結合起來。他在死後第二年出版的著作《論液體的平衡及空氣重量》(1663年)中論述了液體的平衡和浸在液體中的物體所受的壓力,接著根據這些結果解釋了以前歸結為自然界厭惡真空的種種現象。在這本書中,帕斯卡首先介紹一系列實驗結果,然後根據這些實驗結果展開了嚴密的推理。
他在論述液體中壓強的傳遞時,以水壓機模型為例進行推理,寫道:「如有一充水容器,除兩出口外,其餘完全封閉。一個出口比另一出口大100倍。設在每一出口中放入一個大小恰好合適的活塞。一個人推小活塞的推力等於100個人對大活塞施加的推力,所以一個人的力可以勝過99個人的力。」
為什麼小力能克服大力呢?帕斯卡認為這和杠桿原理有類似之處。他依照杠桿原理的推理來證明上述結論:「由於容器內水的連續性和流動性,壓強應遍及容器內各個部分,小活塞把水推動1英寸,水就使大活塞推進1%英寸。100磅水移動一英寸與1磅水移動100英寸,顯然是同樣一回事。」
也就是說:小力雖然只有大力的1%,但其作用距離卻是大力的100倍,所以效果是相等的。
接著帕斯卡進一步推理:大活塞的力雖然比小活塞的力大100倍,但它與水接觸的面積也大100倍,所以每部分水的壓強即單位面積所受的力和小活塞仍然相等。而大活塞所處的位置是任意的,所以這一關系與大活塞所處的位置無關,與其遠近和方向也無關。
於是,帕斯卡就得出了後來表述為帕斯卡定律的明確結論:「在密閉容器里液體中任何地方施加壓力,其壓強將毫無損失地經液體傳遞到各個部分並垂直於液體的所有表面。」
E. GeoGebra 的概率視圖裡面的帕斯卡分布怎麼使用
試驗次數×成功概率就是成功次數
這里主要通過實驗次數來控制條形圖的稠密度的
F. 帕斯卡定理(數學)的內容。
http://ke..com/view/540240.htm
參考百抄度知道、網路和文庫。
G. 求科學壓強、浮力、溶液競賽題(初二),最好是真題,越難越好!
二、(15分)(1996年復賽)小傑家的壓力鍋鍋蓋上標有「××鋁製品廠24厘米壓力鍋」的字樣,他測得限壓閥的質量是100克,排氣孔的直徑約為3毫米。這個壓力鍋正常工作時內部水蒸氣的最大壓強相當於大氣壓的多少倍?鍋蓋至少要能承受多大壓力才能保證安全?(大氣壓強為l.01×105帕)
答案:設大氣壓為P0, 代入數值,得P=2.4×105帕。所以,鍋內的最大壓強為大氣壓強的2.4倍。
鍋蓋承受的壓力等於鍋內、外的壓力差,代入數值,得F=6.3×103牛。
2.(1997年全國復賽)如圖所示,放在水平桌面上的容器A為圓柱形,容器B為圓錐形,兩容器本身的質量和底面積都相同,裝入深度相同的水後,再分別放入相同質量的木塊,如圖所示,下列說法中正確的是: [ D ]
A.放入木塊前,兩容器對桌面的壓力相等
B.放入木塊前,由於A容器中的水多於B容器,所以A容器底部受水的壓力大於B容器
C.放入木塊後,兩容器底部所受水的壓力相等
D.放入木塊後,B′容器底受水的壓力大於A′容器底所受水的壓力
13.(1997年全國復賽)如下圖所示的三個容器中分別裝有酒精、清水與鹽水,它們對容器底部的壓力相等,則所裝三種液體中,質量最大的是________,質量最小的是_______。
答案:酒精,鹽水
四、(12分)(1997年全國復賽)小傑家的壓力鍋蓋上標有「××鋁製品廠24公分壓力鍋」的字樣。他測得限壓閥的質量是100克,排氣孔的直徑為3毫米,這個壓力鍋正常工作時內部水蒸氣的最大壓強相當於大氣壓的多少倍?鍋蓋至少要能承受多大壓力才能保證安全?(大氣壓強為1.01×105帕)
答案: 鍋內最大壓強是大氣壓強的2.4倍。鍋蓋的有效面積為:S』=πD24
鍋蓋至少要能承受的壓力等於鍋內外的壓力差:
一、(8分)(1998年全國復賽)如圖1所示,是一種自行車的打氣筒的截面示意圖,其中有一處地方結構沒有畫全,請根據打氣的原理和過程,在圖上補全結構,並用文字簡要說明這種打氣筒跟普通氣筒不同的打氣原理。
答案:如圖1所示,在小筒右側進氣管處應裝有活門,空氣只能進入小筒,不能從小筒回到右側大筒。這種氣筒的特點是:打氣時能在小筒中儲存壓縮氣體,比較均勻地向車胎里打氣。
六、(14分)(第十二屆全國復賽)小剛今年15歲因重感冒輸液,針頭插在左手臂的靜脈上,其間他必須下床,這時他發現只有右手把葯瓶高高舉起時血液才不會迴流到輸液管內,試根據這個現象估算,他手上靜脈的血壓比大氣壓強大多少,這個差值相當於多少mmHg產生的壓強(水銀的密度是13.6×103kg/m3)?
答案:右手高舉葯瓶時,羨慕中的液面與針頭的高度差約為1m,這個液柱產生的壓強就等於靜脈血壓與大氣壓之差。△p=ρgh 代入數值後,得 △p=104Pa
由於水銀的密度是水的密度的13.6倍,所以要產生同樣大的壓強,水銀柱的高度只需1m/13.6,即74 mm。
一、 (第十三屆全國復賽)現在許多平房和多層建築的屋頂都安裝了太陽能熱水器,用於家庭洗浴。試分析熱水器對供水壓力、水管強度兩方面的要求。
答案:設熱水器距地面的高度為h,熱水器中的水在地面附近產生的壓強為p=ρgh
供水管要能把水送到熱水器上,水壓要大於p。(到此可得15分,答出以下再加4分)
例如:樓頂高10m,要求供水壓強大於p=ρgh=10¬¬3×10×10=1×105Pa,相當於標准大氣壓。
底層的水管要能承受105Pa以上的壓強,頂層水管的耐壓要求可以低些,例如直接與熱水器相連的水管可以用塑料管。
二、(第十三屆全國復賽)採取什麼方法可以把大塊馬鈴薯盡快煮熟?盡可能多得寫出可行的方法,並說明其中的物理原理和這種方法的優缺點或適用場合。
答案: 1、使用高壓鍋,壓強增大,鍋內水的沸點增高,可以用較短時間把馬鈴薯煮熟。優點是速度快,而且由於溫度高,馬鈴薯更好吃,缺點是不能隨時開鍋觀察,有可能性把馬鈴薯煮爛。2、把馬鈴薯切成小塊再煮。這是因為熱量比較容易到達小塊馬鈴薯內部,內部溫度上升較快。優點是簡單易行,缺點是水分過多地深入馬鈴薯內部,口味變差,營養也有損
四(第十三屆全國復賽)利用空的塑料飲料瓶(如礦泉水瓶)能做哪些物理實驗?盡可能多地寫出來。要求寫出實驗的裝置和製作要點(必要時畫出簡圖)、簡明操作步驟、所根據的物理原理。
答案:可做一個抽水機模型。在瓶蓋上挖一個直徑1cm左右的孔,再剪一個比孔稍大的塑
料片。用塑料片把孔蓋住,用軟布和萬能膠把塑料片的一邊與瓶蓋粘牢,使它成為一個單向閥門。在飲料瓶的側面開一個小孔,再把瓶蓋擰牢,抽水機模型就做成了。使用時,把瓶蓋向下插入水中,一隻手用力捏,排出瓶內部分空氣,然後用另一隻手堵住瓶側面小孔,松開捏瓶的那隻手,水就在大氣壓的作用下上升到瓶中。再露出瓶側面小孔,用力捏瓶,水就從小孔流出。說出兩個實驗即得25分,說出更多可加分。
二、(14分)(第十五屆全國復賽)類比水壓是形成水流的原因,李楠同學猜想,血液在血管內流動時也需要一定的壓力差來維持。假設血液勻速通過長度一定的血管時,受到的阻力 與血液的流速 成正比,即 。那麼,要想讓血液勻速流過,血管兩端就需要一定的壓力差。設血管截面積為 時,兩端所需的壓強差為 ;若血管截面積減少10%時,為了維持在相同的時間內流過同樣體積的血液,壓強差必須變為 。請你通過計算比較 的大小,說明血管變細可能是誘發高血壓的重要因素之一。
答案:假設截面積為 時的壓強差為 ,流速為 ,
假設截面積為 時的壓強為 ,流速為 ;
依題意可列方程: ① (3分)
② (3分)
由①、②兩式可得: ③ (2分)
又相同的時間內流過同樣體積的血液,所以有:
④ (2分)
由④式可得 ⑤ (2分)
⑤式代入③式可得 <1
即 < ,說明血管變細血壓增高,血管變細可能是誘發高血壓的重要因素之一。(2分)
6.(1992年全國初賽)拖拉機的履帶是由一塊塊金屬板做成的,每塊板上都有一、二條凸起的棱 [ C ]
A.金屬板和它上面的棱都是為了減小對地面的壓強。
B.金屬板和它上面的棱都是為了增大對地面的壓強。
C.金屬板是為了減小對地面的壓強;棱是為了增大對地面的壓強。
D.金屬板是為了增大對地面的壓強;棱是為了減小對地面的壓強。
7.(1992年全國初賽)冬天,把自來水筆從室外帶到室內,有時會有墨水流出。這主要是因為 [C ]
A.墨水受熱膨脹,流出來了。
B.筆囊受熱膨脹,把墨水擠出來了。
C.筆囊中的空氣受熱膨脹,把墨水擠出來了。
D.筆尖處的縫隙受熱膨脹,使墨水漏出來了。
5.(1992年全國初賽)醫生測量血壓時將逐漸以國際單位於帕(l千帕=1000帕斯卡)取代舊單位毫米汞柱。已知水銀的密度是13.6×103千克/米3,還知道1帕斯卡=________牛頓/米3,這樣就能得出1毫米汞柱=_______帕斯卡。1991年的高等學校招生體檢標准規定,肱動脈舒張壓超過11.46千帕的考生不能報考地質勘探等專業,這里11.46千帕=________毫米汞柱。
答案:1 133 86
六、(8分)(1992年全國初賽)
液壓電梯(如圖)是一項新枝術,它可以為十層以下的舊樓加設電梯而無需在樓頂增建懸掛轎箱用的機房。
1.液壓機的柱塞通過滑輪和鋼索帶動轎箱上升,如圖。為使轎箱上升18米,液壓機柱塞要上升多少米?
2.有一種液壓電梯,轎箱本身質量是1300千克,油泵最大油壓是2.3×106帕斯卡,廠家所能提供的油壓機柱塞直徑為(單位:毫米)60、85、105、140、184、238六種。通過計算說明應該選用哪種直徑的柱塞。(由於柱塞本身受到重力作用及轎箱加速上升時需要較大的牽引力,廠家要求將柱塞直徑擴大到計算值的1.4倍,然後從所給的六種規格中選取。)
答案:1.9米
2.m——轎箱與負荷的總質量,P——最大油壓,D—一柱塞直徑
鋼索拉力 F1=mg………………………(1)
柱塞舉力 F2=2mg……………………(2)
代入數值,得D=0.119米……………………(4)
0.119米×1.4=0.167米………………………(5)
應該選用柱塞直徑為184毫米的液壓機。4.(1993年全國初賽)城市燃氣供應行業常用毫米水柱作為燃氣的壓強單位。JMB-3型煤氣表的銘牌如下表所示(銘牌中「壓力」指的是壓強)。當煤氣的壓強大於______帕,小於______帕時,這種煤氣表可以正常工作。
JMB-3型煤氣表
額定流量2.5米/時 使用壓力50~300毫米水柱
回轉數 41.7轉/分 使用介質 城市煤氣
出廠日期 1991.4
北京煤氣表廠
答案:490;2940
七、(8分)(1993年全國初賽)有些家用玻璃茶幾的桌架是用四個塑料吸盤吸附在桌面上的(圖12所示)。如果每個吸盤的直徑是4厘米,計算一下,桌架質量不超過多少時,抬起桌面就能把桌架帶起。實際上,所能帶起的桌架質量總小於上述計算值,請分析原因。
答案:桌架是依靠四個吸盤所受大氣壓力而帶起。假設吸盤內的空氣全被排出,則大氣壓力
F=4pS=4×1.01×105帕×3.14×0.022米2=507牛
實際上吸盤中的空氣不可能完全被排出,所以實際所帶起的質量總小於上述計算值。
5.(1994年全國初賽)手持抽氣、打氣兩用氣筒的構造如圖1所示,a為筒身,B為活塞,C和J是氣門裝置,類似於自行車內胎上套有氣門芯的氣門嘴,起閥門作用。使用這種氣筒時 [ A ]
A.接D氣門,起打氣作用;接c氣門,起抽氣作用。
B.接D氣門,起抽氣作用;接C氣門,起打氣作用。
C.向外拉活塞,2個氣門都起抽氣作用。
D.向里推活塞,2個氣門都起打氣作用。
四、(6分)(1994年全國初賽)利用日常生活中裝飲料的塑料空瓶可以做演示液體壓強或大氣壓強存在和性質的物理實驗。請就演示液體壓強和大氣壓強的實驗各舉一個實例。要求製作方法簡單,並只附加少量其他輔助器材,寫明製作方法、實驗步驟和說明了什麼物理內容。
答案:演示液體壓強的實驗:
1.在不同高度處扎小孔;注入水;演示液體內部壓強隨深度變化。
2.在同一高度處不同方向扎小孔;瓶中裝滿水,蓋緊蓋,擠瓶,說明帕斯卡定律。
3.去瓶底,紮上橡皮膜;筒內裝水,橡皮膜向下凸出,說明液體對容器底有壓強。
演示大氣壓強的實驗:
1.在蓋上扎小孔;放入水中,擠壓瓶後鬆手,水進入瓶中,說明大氣壓強存在。
2.去瓶底,配以活塞;放入水中,水隨活塞上升而上升,說明大氣壓強存在。
3.用一硬紙片,做覆杯實驗,說明大氣壓強存在。
五、(6分)(1995年全國初賽)有一種氣壓保溫瓶其結構如圖所示。用手壓下按壓器,氣室上方小孔被堵住,在瓶內氣體壓強作用下,水經出水管流出。按壓器面積為8厘米2,瓶內水面低於出水管口10厘米。要將水壓出管口,瓶內水面上方的壓強至少要多大?在按壓器上至少要加多大的壓力?(彈簧的平均彈力為1牛,p0=1.01×105帕,g=10牛/千克,按壓器所受重力忽略不計)
答案:管口與瓶內水面之間的壓強差
水面上的壓強P=P0+P水=1.01×105+1.0×103
=1.02×105(帕) (2)
克服壓強差所需的壓力F水=P水S=1.0×103×8×10-4
=0.8(牛) (3)
考慮克服彈簧彈力後所需的壓力F=F水+F彈=0.8+1.0
=1.8(牛) (4)
1.(1996年全國初賽)圖1是實際離心式水泵的示意圖,箭頭表示正常工作時葉輪轉動的方向,示意圖中正確的是 [ B ]
五、(6分)(1996年全國初賽)某地下油層的壓強為2.10×107帕。從地面向此油層鑽一口油井,自油層頂部向上計算,原油自噴時可能達到的最大高度為多少?若油層距地面2000米,油井直徑為10厘米,要阻止原油噴出地面,至少要向出油口施加多大的壓力(原油密度為0.9×103千克/米3)?
答案:由p=ρgh得
代入數據,得h=2381米 (2)
油層距地面h1=2000米
地面處油壓
P』=P-ρgh1 (3)
P』=3.36×106帕
S=7.85×10-3米2
F=p』S (5)
F=2.64×104牛 (6)
7、(1998年全國初賽)廚房、衛生間里的臟水,通過下水管流到阻溝,我們卻聞不到溝里的臭味,這種下水管的示意圖是:[C]
三、(5分)(1999年全國初賽)在趣味物理表演會上,小明展示了如圖所示的蓄水和放水裝置。如果原來水箱是空的,注水時水箱中的水位高於哪點時排水口才有水流出?如果原來水箱是滿的,放水時水箱中的水位降到哪點時排水口才停止出水?如果進水口不停地向箱中注水,但進水流量較小,使得當出水口有水流出時,進水流量小於出水流量,這種情況下排水口的水流有什麼特點?
答案:注水時水位高於D點才有水流出,水位降到C點才停止出水。排水口會間歇式地放水。
四、(6分)(2000年全國初賽)測得一個24厘米高壓鍋的限壓閥的質量為0.1千克,排氣孔的內徑為3毫米。如果用它煮水消毒,根據下面水的沸點與壓強關系的表格,這個高壓鍋內的最高溫度大約是多少?
T/℃ 90 95 100 105 110 112 114 116 118 120 122 124 126 128 130
p/千帕 70 84 101 121 143 154 163 175 187 199 211 226 239 258 270
答案:
(1)
(2)
(3)
把(1)、(2)代入(3)式
(4)
代入數值
p = 2.4×105帕 (5)
從表中查出,鍋內溫度約為126 ℃。
(溫度為126 ℃~127 ℃的都給分)。
六、(10分)(2000年全國初賽)汽車更換輪胎時需要把車軸抬起來,這時可以使用「油壓千斤頂」。下圖是油壓千斤頂的原理圖。向下按動手柄,圓柱形小活塞把小油缸中的機油壓向大油缸。大油缸中的油量增多,把圓柱形大活塞向上推,帶著上面的重物上升。實驗表明,加在密閉的液體上的壓強,能夠按照原來的大小向各個方向傳遞(這個規律叫做帕斯卡定律)。
現在有一個油壓千斤頂,有關尺寸如圖所示。如果希望在手柄上用20牛頓的力向下壓時就能在大活塞上舉起1噸的重物,大活塞的直徑至少是多少?
答案:l1 = 0.6 米, l2 = 0.06米, F0 = 20牛
小活塞受的力
F1 = (1)
小活塞對液體的壓強
(2)
液體對大活塞的壓強與大活塞對液體的壓強相等,即
(3)
其中
F2 = mg (4)
根據帕斯卡定律
p2 = p1 (5)
把(1)、(2)、(3)、(4)式代入(5)式,解出
(6)
考慮到
(7)
進一步解出
(8)
把數值代入,得
d2 = 7.0 厘米 (9)
7. (十一屆全國初中應用物理知識競賽) 圖甲所示,為農戶用的一種風箱的結構示意圖,其中在A、B、C、D四處分別裝有單向通風閥門,使得無論向左推或向右推活塞時,風箱都能向灶中送風。若此時正向左推活塞,請在丙圖中畫出這時閥門的開、閉狀態。作圖時可參照圖乙的畫法。
答案: A、B、C、D處開合狀態如圖
3.(4分)(十一屆全國初中應用物理知識競賽)節日里氫氣球飄向高空,越來越小,逐漸看不見了。設想,氣球最後可能會怎樣。根據你所學的物理知識作出預言,並說明理由。
答案: 有兩種可能.一是因為高空中的氣體逐漸稀薄,壓強降低,氣球上升過程中,球內壓強大於球外壓強,氣球不斷膨脹,最後「爆炸」破裂.
另一是因高空的空氣較稀薄,氣球上升過程中所受浮力逐漸減小,當浮力等於重力時,氣球上升的速度最大.然後,浮力小於重力,氣球開始向上做減速運動.在氣球的速度為零之後,又加速下落,浮力逐漸變大,當氣球通過浮力等於重力的位置後,浮力大於重力,氣球開始作向下的減速運動.在氣球的速度減為零之後,又開始加速上升.如此反復,氣球將在浮力等於重力這一特殊位置附近上、下往復運動.
4.(6分)(十一屆全國初中應用物理知識競賽)要學好物理就要多動手實驗。請你列舉出用大塑料可樂瓶製成的三種物理實驗器具,並簡述製作過程及用它所演示的物理現象。
答案: ①製作量杯 用實驗室已有的量筒定量地向瓶中倒入水,並刻上刻度
②作液體側壓強實驗器 在瓶的側壁不同的高度處扎等大的小孔,倒入水後,從水流的情況可以直觀地反映液體內部的壓強隨深度的增大而增大.
③演示噴霧器 用細塑料管插入加蓋的盛水可樂瓶,用手使勁捏可樂瓶,水會成霧狀從細塑料管中噴出.
四、(10分)(十一屆全國初中應用物理知識競賽)小英設計了一個實驗,驗證水的內部壓強和水深的關系,所用的裝置如圖所示,增加細管內的砂粒可以改變細管沉入水中的深度。
1. 指出所作的測量工具,並用字母表示需要測量的物理量。
2. 逐條寫出實驗步驟。
3. 根據測量量導出在不同深度處計算壓強的公式。
4. 說明怎樣通過實驗結果判斷水的內部壓強是否與水深成正比。
答案: 1.需要用的測量工具是直尺;需測量細管的直徑D和細管沉入水中的深度H1,H2.
2.實驗步驟:①測出細管的直徑D;②在細管中加入少量砂粒,將細管放入盛有水的容器中,平衡後用直尺測出細管沉入水中的深度H1;③增加細管中的砂粒,再將細管放入盛有水的容器中,平衡後用直尺測出細管沉入水中的深度H2.
3.導出計算壓強的公式.平衡時,細管(含砂粒)所受重力G管與所受浮力F浮相等,即
G管=F浮,
又 G管=p1S=p1π(D/2)2,
F浮=V1ρ水g=π(D/2)2H1ρ水g,
故得 p1=H1ρ水g.
4.同樣可證p2=H2ρ水g,
所以 p2/p1=H2/H1.
說明水的內部壓強與水深是成正比的.
1.(3分) (第十五屆全國應用物理知識競賽)在裝修房屋時,工人師傅常用一根灌有水(水中無氣泡)且足夠長的透明塑料軟管的兩端靠在牆面的不同地方並做出標記,如圖2所示。他們這樣做的目的是_________________________,在做標記時用到的物理知識是_____________________________________。
答案:找水平位置 連通器原理
1.(第十六屆全國初中應用物理知識競賽)小亮同學從集市買來一個玻璃瓶裝的鐵皮蓋罐頭,想把瓶蓋打開.可是怎麼也擰不動.小亮的哥哥用螺絲刀沿瓶蓋的邊輕輕撬了幾下.一擰就打開了.這主要是因為用螺絲刀撬瓶蓋可以 [ C ]
A.增大瓶蓋直徑,減小瓶蓋側壁對瓶的壓力
B.減小瓶蓋與瓶口的接觸面積
c.減小瓶內外氣體的壓力差
D.由於撬了蓋的一邊,而增大了蓋的另一邊的壓力
3、(2分)(第十六屆全國初中應用物理知識競賽)在海拔3000m以上的高原地區,汽車發動機的冷卻水容易沸騰,這是因為高原地區 的緣故。常年生活在平原地區的人到達該地區後,由於空氣稀薄會產生缺氧反應,為了得到足夠的氧氣,人會不自覺地進行深呼吸,這時肺的容積與在平原上相比要擴張得更 (選填「大」或「小」)一些.
答案:氣壓低(或小於1標准大氣壓),水的沸點降低(或低於100℃); 大
H. 帕斯卡定理
圓內接六邊形的三雙對邊(所在直線)的交點共線。這條直線稱為該六邊形的帕內斯卡容線。因法國數學家帕斯卡發現而得名。本定理可推廣為:圓錐曲線內接六邊形的三雙對邊(所在直線)的交點共線。
具體:http://episte.math.ntu.e.tw/articles/ar/ar_wy_geo_08/page6.html
I. 如圖所示,利用托里拆利實驗裝置測量大氣壓強時,當玻璃管內的水銀柱穩定後,在玻璃管的頂部穿一小孔,那
選來B,因為如果在玻璃管的頂部穿一小孔源,該玻璃管就變成連通器了,上端開口,下端連通。而連通器的原理是:連通器里裝的是相同的液體,當液體不流動時,連通器各部分中的液面高度總是相同的。所以會下降,最終與管外液面相平。