專題16  探究固體和大氣壓強的實驗題     一、探究壓力作用效果與哪些因素有關實驗需要學通的基礎知識        1.此實驗采用的方法有控制變量法、轉換法。2.此實驗使用海綿而不用木板為什么？答：木板不容易產(chǎn)生形變，而海綿容易產(chǎn)生形變，便于觀察實驗現(xiàn)象。3.比較圖甲和圖乙可以得到實驗結論是：受力面積一定時，壓力越大，壓力的作用效果越明顯。（不能說壓強越明顯，因為探究這個實驗時還沒有提出壓強的概念）4.比較圖乙和圖丙可以得到實驗結論是：壓力一定時，受力面積越大，壓力的作用效果越明顯。用海綿形變的大小來衡量壓力作用效果的大小，是轉換法；而在探究壓力作用效果具體受哪個因素影響時，采用了控制變量的方法；5.如果將圖乙中的海綿換成木板，壓力的作用效果與放海綿的作用效果相同嗎？答：相同，因為壓力的效果與壓力大小和受力面積有關，有其他因素無關，改成木板后只是我們觀察不到效果而已。6.小明同學實驗時將物體B沿豎直方向切成大小不同的兩塊，如圖所示．他發(fā)現(xiàn)它們對海綿的壓力作用效果相同，由此他得出的結論是：壓力作用效果與受力面積無關．你認為他在探究過程中的做法是否正確？原因是：她沒有控制壓力大小相同。二、大氣壓的測量——托里拆利實驗。（1）實驗過程：在長約1m，一端封閉的玻璃管里灌滿水銀，將管口堵住，然后倒插在水銀槽中放開堵管口的手指后，管內(nèi)水銀面下降一些就不在下降，這時管內(nèi)外水銀面的高度差約為760mm。（2）原理分析：在管內(nèi)，與管外液面相平的地方取一液片，因為液體不動故液片受到上下的壓強平衡。即向上的大氣壓=水銀柱產(chǎn)生的壓強。（3）結論：大氣壓p0=760mmHg=76cmHg=1.01×105Pa(其值隨著外界大氣壓的變化而變化)。（4）說明：①實驗前玻璃管里水銀灌滿的目的是：使玻璃管倒置后，水銀上方為真空；若未灌滿，則測量結果偏小。②本實驗若把水銀改成水，則需要玻璃管的長度為10.3m③將玻璃管稍上提或下壓，管內(nèi)外的高度差不變，將玻璃管傾斜，高度不變，長度變長。     【例題1】（2019甘肅蘭州）如圖所示，在“探究壓力的作用效果與哪些因素有關”的實驗中，某同學在透明有機盒內(nèi)放入一塊海綿和磚塊進行實驗。（1）實驗時，他通過觀察                 來比較磚塊對海綿壓力的作用效果，這種試驗方法叫做轉換法，采用相同實驗方法的其他實驗還有哪些，請舉出一例              。（2）要探究壓力的作用效果與壓力大小的關系，應選用圖中                   兩次試驗進行比較。（3）分析比較圖中甲、丙兩次實驗，可以得出的結論是                         。【答案】（1）海綿的凹陷程度；探究動能的大小與哪些因素有關；（2）甲乙；（3）壓力相同時，受力面積越小，作用效果越明顯。【解析】（1）實驗中，是通過觀察海綿的凹陷程度來比較磚塊對海綿的壓力作用效果的。這種實驗方法是轉換法；在探究影響動能大小的因素時，通過觀察木塊被撞擊距離的大小來判定動能的大小，采用的也是轉換法；（2）要探究壓力的作用效果與壓力的關系，要控制受力面積大小相同，只改變壓力大小，可選用甲乙兩次實驗；（3）分析圖甲丙實驗，壓力相同，丙中受力面積小，壓力作用效果明顯，可得到結論是：壓力相同時，受力面積越小，作用效果越明顯。【例題2】（2020四川南充）在“探究壓力作用效果與哪些因素有關”的實驗中，小強利用了多個完全相同的木塊和海綿進行了如圖所示的實驗。(1)實驗中通過觀察海綿的________來比較壓力作用效果；(2)對比甲、乙兩圖可以得出：當________一定時，受力面積越小，壓力作用效果越明顯；(3)由甲、丙兩圖可以探究壓力作用效果與________的關系；(4)對比甲、丁兩圖，小強認為壓力作用效果與壓力大小無關，你認為他的觀點________(選填“正確"或“錯誤”)；理由是________。【答案】 (1)凹陷程度  (2)壓力  (3) 壓力大小  (4)錯誤   沒有控制受力面積相同【解析】(1)在“探究壓力作用效果與哪些因素有關”的實驗中，利用轉換法通過海綿的凹陷程度來比較壓力作用效果。(2)對比甲、乙兩圖發(fā)現(xiàn)，相同的兩個木塊，一個豎放，一個平放，海綿受到的壓力相同，接觸面積不同，海綿的凹陷程度不同，可以得到：當壓力一定時，受力面積越小，壓力作用效果越明顯。(3)分析甲、丙兩圖發(fā)現(xiàn)：海綿的受力面積相同，海綿受到的壓力不同，海綿的凹陷程度不同；故可以探究壓力的作用效果與壓力大小的關系。(4)研究壓力的作用效果與壓力大小的關系要控制受力面積相同，因甲、丁兩圖中受力面積不同，即沒有控制受力面積相同，故他的觀點是錯誤的。      1.（2020貴州黔東南）如圖甲、乙、丙所示，小明利用小桌、海綿、砝碼等探究影響壓力作用效果的因素：(1)本實驗是通過觀察_________來比較壓力作用效果的。實驗中用到的研究方法有_________和轉換法；(2)通過比較圖甲、乙，說明_________ ，壓力的作用效果越明顯；(3)通過比較圖_________（填序號），說明壓力一定時，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯；(4)將該小桌和砝碼放在如圖丁所示的木板上，則圖丙中海綿受到的壓強p和圖丁中木板受到的壓強的大小關系為p_________（選填“>”“<”或“=”）。【答案】 (1) 海綿下陷（或凹陷）程度  控制變量法 (2)受力面積一定時，壓力越大 (3) 乙、丙 (4) =【解析】(1)本實驗將壓力的作用效果轉換到海綿的凹陷程度來比較，利用了轉換法。實驗中有壓力、受力面積兩個變量影響實驗，在探究其中一個對實驗的影響時，需要控制另外一個不變，采用了控制變量法。(2)通過比較圖甲、乙發(fā)現(xiàn)海綿的受力面積相同，受到的壓力不同，海綿的凹陷程度不同，說明受力面積一定時，壓力越大，壓力的作用效果越明顯。(3)在壓力一定時，比較受力面積與壓力的作用效果的關系，需要控制壓力相同，改變受力面積的大小，可以通過比較乙、丙兩圖得到結論：壓力一定時，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯。(4)圖丙中海綿受到的壓力和圖丁中木板受到壓力大小相等，海綿和木板的受力面積又相同，根據(jù)可知受到的壓強相等，即p=2. （3分）為了測量大氣壓強，某同學選擇的器材有：2.5ml的注射器、0～10N的彈簧測力計、刻度尺和細線，實驗步驟如下（1）如圖甲，用刻度尺測出注射器有刻度部分的長度L=　　cm。（2）如圖乙，把注射器活塞推推至筒的底端，用橡皮帽封住注射器的小孔，水平向右慢慢拉動注射器簡，當注射器中的活塞開始滑動時，記錄彈簧測力計的示數(shù)F=　　N。（3）該同學所測得的大氣壓強值為　    　Pa。【答案】（1）4.00；（2）6.4；（3）1.024×105Pa。【解析】由刻度尺可直接看出注射器全部刻度的長度；根據(jù)彈簧測力計的分度值讀出拉力的大小；根據(jù)公式p=求出大氣壓強。（1）從圖中可以看出，注射器可容納的藥水容積為2.5ml=2.5cm3，這2.5cm3的刻度長度由刻度尺可看出為4.00cm；（2）彈簧測力計的分度值是0.2N，所以拉力大小是6.4N；（3）故活塞的橫截面積為S===0.625cm2=6.25×10﹣5m2，p===1.024×105Pa。3.材料一：兩千多年前，亞里士多德認為空氣含有“重量”，真空是不存在的材料二：至少從1614年開始，伽利略卻認為空氣是有重量的，他的同事兼學生托里拆利在1643年做了如圖實驗：把一端封閉的長玻璃管裝滿水銀倒置在一個敞口的水銀槽里，水銀從玻璃管頂部下降了一段距離后，液面不再下降，高度總保持距槽中水銀面30英寸（76厘米）左右。1646年拍斯卡重復了認這一實驗材料三：在17世紀中葉，對該實驗的兩個關鍵問題的回答都有代表性的支持者和反對者（如下表）關鍵問題的回答支持者反對者大氣壓力支撐水銀柱笛卡爾帕斯卡所有亞里士多德學派羅貝瓦爾水銀柱上方存在真空羅貝瓦爾波義耳所有亞里士多德學派、笛卡爾、伽利略、霍布斯（1）一些反對者認為，由于管內(nèi)水銀產(chǎn)生了蒸汽，使水銀減少，水銀液面下降，為了反駁這一觀點，帕斯卡同時拿出酒和水，詢問反對者：用酒和水做托里拆利實驗，酒柱與水柱哪個液面下降得更多？反對者們認為酒的液面下降得更多，原因是　    　。但是實驗現(xiàn)象卻是水柱液面下降得更多。（2）另一些反對者認為，由于管內(nèi)遺留了少量空氣，才使水銀液面下降。帕斯卡利用1米左右長、不同直徑的玻璃管進行托里拆利實驗，如果觀察到的實驗現(xiàn)象是　                  　，就可以反駁反對者們的觀點。（3）下列關于科學本質(zhì)及科學發(fā)現(xiàn)過程的描述，正確的有　  　.A．公元1646年前，所有人都贊同亞里士多德提出“真空不存在”的觀點B．科學實驗中要努力得到和前人一樣的實驗結論C．科學發(fā)現(xiàn)是一個不斷完善、不斷修正的過程D．實驗是科學研究的重要方法【答案】（1）酒精容易蒸發(fā)；（2）不同直徑的玻璃管內(nèi)水銀柱的高度相同；（3）CD。【解析】（1）反對者們認為酒的液面下降得更多，原因是酒精比水更容易蒸發(fā)；（2）大氣壓能夠支持76cm的水銀柱，用1m長的玻璃管做實驗，結果不同直徑的玻璃管內(nèi)水銀柱的高度相同，就可以反駁反對者們的觀點；（3）A、由題意知：從1614年開始，伽利略認為空氣是有重量，他的同事兼學生托里拆利在1643年做了著名的托里拆利實驗，故公元1646年前，所有人都贊同亞里士多德提出“真空不存在”的觀點是錯誤的，故A錯誤；B、科學實驗中要努力得到和前人不一樣的實驗結論，故B錯誤；C、科學發(fā)現(xiàn)是一個不斷完善、不斷修正的過程，故C正確；D．物理是一門以實驗為基礎的學科，實驗是科學研究的重要方法，故D正確。故選CD。4. 物理興趣小組的同學利用周末開展一次登山活動，他們想利用隨身攜帶的注射器、彈簧測力計、細線、刻度尺等相關用品測量山頂?shù)拇髿鈮骸y量方案如下：甲                             乙A．把注射器的活塞推至注射器針筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器小孔；B．如圖甲所示，用細線拴住注射器活塞頸部，使線的一端與彈簧測力計的掛鉤相連，然后水平向右慢慢拉動針筒，當活塞剛開始滑動時，記下彈簧測力計的示數(shù)為F；C．讀出注射器針筒上有刻度部分的容積V；D．用刻度尺測出注射器針筒上有刻度部分的長度L。請根據(jù)他們設計的方案回答以下問題：（1）測量中，分析研究的是大氣對      （選填“針筒”或“活塞”）的壓力，當活塞相對于針筒開始滑動時，以地面為參照物，研究對象處于      狀態(tài)。若不考慮其它因素，根據(jù)      的知識可知，研究對象在水平方向所受的大氣壓力與拉力大小相等。（2）實驗時同學們發(fā)現(xiàn)注射器頂端裝針頭處空氣無法排盡，這將會使測量結果      （選填“偏大”、“不變”或“偏小”）。同學們聯(lián)想到去醫(yī)院打針的情景，可采取簡單的辦法將注射器內(nèi)空氣排盡。你的方法是                           。（3）測量前，有同學建議在活塞周闈涂抹潤滑油，然后將其插入針筒中，這樣做有兩個好處：一是活塞的密封性好；二是可以        。實驗過程中他們讓彈簧測力計和注射器保持在水平方向，可以減小                    對實驗的影響，從而提高實驗的精確程度。（4）若同學們用圖乙中B注射器在測量時，彈簧測力計被拉到5N，活塞仍沒有滑動。可改用圖乙中的    （選填“A”或“C”）注射器。用測量步驟中的V、L和F表示大氣壓的值，則p=      。【答案】（1）活塞；運動；二力平衡；（2）偏??；將注射器內(nèi)抽滿水，端口向上推動活塞排水，使得頂端保留水，再封口；（3）減小摩擦；活塞自身重力；（4）C；FL/V。【解析】（1）該實驗中以活塞為研究對象；分析研究的是大氣對活塞的壓力；當活塞相對于針筒開始滑動時，以地面為參照物，活塞是運動的；當注射器中的活塞開始滑動時，利用二力平衡原理來測出大氣對活塞的壓力。彈簧測力計的拉力與大氣的壓力剛好平衡，因此需要記錄此時的示數(shù)；（2）注射器頂端裝針頭處空氣無法排盡，即有殘余氣體，注射器內(nèi)還會有一定氣壓，這樣會使拉力變小，在面積不變的情況下，測得的大氣壓會偏??；將注射器內(nèi)抽滿水，端口向上推動活塞排水，使得頂端保留水，再封口，可以采用這一簡單的方法將注射器內(nèi)空氣排盡。（3）涂抹凡士林的好處：一是減小摩擦，二是活塞的密封性好。當彈簧測力計和注射器筒不在水平方向時，由于活塞受重力的作用，使得測力計的拉力不等于大氣壓力，從而影響測得的大氣壓，所以讓彈簧測力計和注射器筒保持在水平方向，目的是為了減小活塞自身重力對實驗的影響，從而提高實驗的準確程度。（4）因為大氣的壓強是一定的，根據(jù)公式F=pS，受力面積越小，壓力也會越小，所以當彈簧測力計量程不夠時，可換用小量程注射器，故選C；活塞的面積S=V/L，將測量結果代入壓強公式得：p=F/S=F/ V/L =FL/V。5.（1）圖A是托里拆利實驗裝置，測得當?shù)卮髿鈮旱扔?/span>     mm高的水銀柱所產(chǎn)生的壓強。（2）關于圖A現(xiàn)象的成因，十七世紀有兩種觀點。觀點一：否認大氣壓存在，玻璃管內(nèi)本應充滿液體，液面下降是因為管內(nèi)的部分液體變成氣體，管內(nèi)氣體越多，液面下降越多。觀點二：管內(nèi)液面上方是真空，大氣壓支撐起液柱。帕斯卡為了驗證哪種觀點正確，將兩根長12m規(guī)規(guī)格相同的玻璃管分別裝滿水和酒，倒置在相應液體槽中，酒的密度比水小，且比水易變成氣體。若觀點一正確，應出現(xiàn)圖B中      圖的現(xiàn)象，若觀點二正確，應出現(xiàn)圖B中         圖的現(xiàn)象。A                                       B 【答案】（1）734    （2）甲；丙【解析】（1）如圖15所示，管內(nèi)外水銀面的高度差為734mm，又管內(nèi)水銀上方是真空，所以大氣壓強就是734mm高水銀柱產(chǎn)生的壓強；（2）根據(jù)觀點一：酒精易揮發(fā)，更易變成氣體，液面下降是因為管內(nèi)的部分液體變成氣體，管內(nèi)氣體越多，液面下降越多，結合圖應該選甲；根據(jù)觀點二：大氣壓撐起液注，那么酒精的密度小于水的密度，所以撐起酒精的高度更高，故選丙。6.制作簡易氣壓計，觀察大氣壓隨高度的變化。    （1）如圖所示在玻璃瓶中倒入適量紅色的水。將插有玻璃管的橡皮塞塞緊瓶口，紅水升到玻璃管一定的高度。但高度不夠，你應          ， 使水上升到瓶口以上適當位置。制成了簡易氣壓。（2）將簡易氣壓計從四樓移到一樓過程中，發(fā)現(xiàn)玻璃管內(nèi)水柱          ，說明                 。   （3）小明將簡易氣壓計放在陽光下，過一會兒，他發(fā)現(xiàn)玻璃管內(nèi)水柱發(fā)生了變化，這一現(xiàn)象說明，簡易氣壓計的測量結果會受到          影響。【答案】見解析。【解析】(1)管中液面的高低取決于瓶內(nèi)氣壓，要想讓紅水升到玻璃管一定的高度，只需增大瓶內(nèi)氣壓即可，所以應向瓶內(nèi)吹氣。(2)    越往高處氣壓越低，越向低處氣壓越高，所以從四樓移到一樓過程中外界氣壓升高當外界氣壓增大是h就會減小，所以管內(nèi)水柱下降，說明越向低處氣壓越大。(3) 氣壓計放在陽光下，過一會兒，玻璃管內(nèi)水柱發(fā)生了變化，是因為溫度對氣壓的影響。7．在“探究實心圓柱體對地面的壓強與哪些因素有關”的實驗中，某中學一小組的同學們認為此壓強跟圓柱體的密度ρ、高度h、圓柱體底面積S是有關的，但有怎樣的關系看法不同，于是，在老師的幫助下，小組的同學們從實驗室里挑選了由不同密度的合金材料制成、高度和橫截面積不同、質(zhì)量分布均勻的實心圓柱體做實驗，測出實心圓柱體豎直放置時（如圖所示）對水平桌面上海綿的壓下深度，實驗記錄見下表．（1）該小組同學是通過　         　來判斷壓強大小的．（2）分析實驗1、2或4、5可以得出：當圓柱體的材料密度相同時，實心圓柱體對水平地面的壓強與圓柱體的　        　有關．（3）分析　         　可以得出，當圓柱體的密度相同時，實心圓柱體對水平地面的壓強與底面積無關．（4）此探究過程用到的科學探究方法有　         　、轉換法?。?/span>（5）實驗結束之后，同學們在老師的指導下，以某一合金甲圓柱體為研究對象，推導它對海綿的壓強大小的表達式（已知合金的密度為ρ，長方體鐵塊的高度為h，底面積為S）．表達式為　           　．（6）上面推導出的表達式只適用幾何形狀　   　的固體壓強的計算．【答案】（1）海綿被壓下深度；（2）高度；（3）2、3或5、6；（4）控制變量法；（5）p=ρgh；（6）規(guī)則．【解析】（1）根據(jù)海綿被壓下的深度可以知道其受到壓強的大小。（2）底面積相同，實心圓柱體對水平地面的壓強與圓柱體的高度有關．（3）高度相同，底面積不同，2、3或5、6能看出來。（4）很明顯本實驗是在控制一個量不變，研究另外兩個量的關系，是控制變量法。（5）P=F/S=G/S=mg/S=ρVg/S=ρShg/S=ρhg（6）只用幾何形狀規(guī)則的物體，才能直接應用（5）得出的表達式來計算固體產(chǎn)生的壓強。          

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