专题16--探究固体和大气压强的实验题(解析版).docx

专题16 探究固体和大气压强的实验题
抓住考点学

一、探究压力作用效果与哪些因素有关实验需要学通的基础知识

1.此实验采用的方法有控制变量法、转换法。
2.此实验使用海绵而不用木板为什么？答：木板不容易产生形变，而海绵容易产生形变，便于观察实验现象。
3.比较图甲和图乙可以得到实验结论是：受力面积一定时，压力越大，压力的作用效果越明显。（不能说压强越明显，因为探究这个实验时还没有提出压强的概念）
4.比较图乙和图丙可以得到实验结论是：压力一定时，受力面积越大，压力的作用效果越明显。用海绵形变的大小来衡量压力作用效果的大小，是转换法；而在探究压力作用效果具体受哪个因素影响时，采用了控制变量的方法；
5.如果将图乙中的海绵换成木板，压力的作用效果与放海绵的作用效果相同吗？答：相同，因为压力的效果与压力大小和受力面积有关，有其他因素无关，改成木板后只是我们观察不到效果而已。
6.小明同学实验时将物体B沿竖直方向切成大小不同的两块，如图所示．他发现它们对海绵的压力作用效果相同，由此他得出的结论是：压力作用效果与受力面积无关．你认为他在探究过程中的做法是否正确？原因是：她没有控制压力大小相同。
二、大气压的测量——托里拆利实验。
（1）实验过程：在长约1m，一端封闭的玻璃管里灌满水银，将管口堵住，然后倒插在水银槽中放开堵管口的手指后，管内水银面下降一些就不在下降，这时管内外水银面的高度差约为760mm。
（2）原理分析：在管内，与管外液面相平的地方取一液片，因为液体不动故液片受到上下的压强平衡。即向上的大气压=水银柱产生的压强。
（3）结论：大气压p0=760mmHg=76cmHg=1.01×105Pa(其值随着外界大气压的变化而变化)。
（4）说明：①实验前玻璃管里水银灌满的目的是：使玻璃管倒置后，水银上方为真空；若未灌满，则测量结果偏小。②本实验若把水银改成水，则需要玻璃管的长度为10.3m
③将玻璃管稍上提或下压，管内外的高度差不变，将玻璃管倾斜，高度不变，长度变长。
根据考点考

【例题1】（2019甘肃兰州）如图所示，在“探究压力的作用效果与哪些因素有关”的实验中，某同学在透明有机盒内放入一块海绵和砖块进行实验。

（1）实验时，他通过观察 来比较砖块对海绵压力的作用效果，这种试验方法叫做转换法，采用相同实验方法的其他实验还有哪些，请举出一例 。
（2）要探究压力的作用效果与压力大小的关系，应选用图中 两次试验进行比较。
（3）分析比较图中甲、丙两次实验，可以得出的结论是 。
【答案】（1）海绵的凹陷程度；探究动能的大小与哪些因素有关；（2）甲乙；（3）压力相同时，受力面积越小，作用效果越明显。
【解析】（1）实验中，是通过观察海绵的凹陷程度来比较砖块对海绵的压力作用效果的。这种实验方法是转换法；在探究影响动能大小的因素时，通过观察木块被撞击距离的大小来判定动能的大小，采用的也是转换法；
（2）要探究压力的作用效果与压力的关系，要控制受力面积大小相同，只改变压力大小，可选用甲乙两次实验；
（3）分析图甲丙实验，压力相同，丙中受力面积小，压力作用效果明显，可得到结论是：压力相同时，受力面积越小，作用效果越明显。
【例题2】（2020四川南充）在“探究压力作用效果与哪些因素有关”的实验中，小强利用了多个完全相同的木块和海绵进行了如图所示的实验。

(1)实验中通过观察海绵的________来比较压力作用效果；
(2)对比甲、乙两图可以得出：当________一定时，受力面积越小，压力作用效果越明显；
(3)由甲、丙两图可以探究压力作用效果与________的关系；
(4)对比甲、丁两图，小强认为压力作用效果与压力大小无关，你认为他的观点________(选填“正确"或“错误”)；理由是________。
【答案】 (1)凹陷程度 (2)压力 (3) 压力大小 (4)错误 没有控制受力面积相同
【解析】(1)在“探究压力作用效果与哪些因素有关”的实验中，利用转换法通过海绵的凹陷程度来比较压力作用效果。
(2)对比甲、乙两图发现，相同的两个木块，一个竖放，一个平放，海绵受到的压力相同，接触面积不同，海绵的凹陷程度不同，可以得到：当压力一定时，受力面积越小，压力作用效果越明显。
(3)分析甲、丙两图发现：海绵的受力面积相同，海绵受到的压力不同，海绵的凹陷程度不同；故可以探究压力的作用效果与压力大小的关系。
(4)研究压力的作用效果与压力大小的关系要控制受力面积相同，因甲、丁两图中受力面积不同，即没有控制受力面积相同，故他的观点是错误的。

结合考点练

1.（2020贵州黔东南）如图甲、乙、丙所示，小明利用小桌、海绵、砝码等探究影响压力作用效果的因素：

(1)本实验是通过观察_________来比较压力作用效果的。实验中用到的研究方法有_________和转换法；
(2)通过比较图甲、乙，说明_________ ，压力的作用效果越明显；
(3)通过比较图_________（填序号），说明压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显；
(4)将该小桌和砝码放在如图丁所示的木板上，则图丙中海绵受到的压强p和图丁中木板受到的压强的大小关系为p_________（选填“>”“<”或“=”）。
【答案】 (1) 海绵下陷（或凹陷）程度 控制变量法 (2)受力面积一定时，压力越大 (3) 乙、丙 (4) =
【解析】(1)本实验将压力的作用效果转换到海绵的凹陷程度来比较，利用了转换法。
实验中有压力、受力面积两个变量影响实验，在探究其中一个对实验的影响时，需要控制另外一个不变，采用了控制变量法。
(2)通过比较图甲、乙发现海绵的受力面积相同，受到的压力不同，海绵的凹陷程度不同，说明受力面积一定时，压力越大，压力的作用效果越明显。
(3)在压力一定时，比较受力面积与压力的作用效果的关系，需要控制压力相同，改变受力面积的大小，可以通过比较乙、丙两图得到结论：压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显。
(4)图丙中海绵受到的压力和图丁中木板受到压力大小相等，海绵和木板的受力面积又相同，根据可知受到的压强相等，即p=
2. （3分）为了测量大气压强，某同学选择的器材有：2.5ml的注射器、0～10N的弹簧测力计、刻度尺和细线，实验步骤如下
（1）如图甲，用刻度尺测出注射器有刻度部分的长度L=　　cm。
（2）如图乙，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，水平向右慢慢拉动注射器简，当注射器中的活塞开始滑动时，记录弹簧测力计的示数F=　　N。
（3）该同学所测得的大气压强值为　 　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长度；根据弹簧测力计的分度值读出拉力的大小；根据公式p=求出大气压强。
（1）从图中可以看出，注射器可容纳的药水容积为2.5ml=2.5cm3，这2.5cm3的刻度长度由刻度尺可看出为4.00cm；
（2）弹簧测力计的分度值是0.2N，所以拉力大小是6.4N；
（3）故活塞的横截面积为S===0.625cm2=6.25×10﹣5m2，
p===1.024×105Pa。
3.材料一：两千多年前，亚里士多德认为空气含有“重量”，真空是不存在的
材料二：至少从1614年开始，伽利略却认为空气是有重量的，他的同事兼学生托里拆利在1643年做了如图实验：把一端封闭的长玻璃管装满水银倒置在一个敞口的水银槽里，水银从玻璃管顶部下降了一段距离后，液面不再下降，高度总保持距槽中水银面30英寸（76厘米）左右。1646年拍斯卡重复了认这一实验
材料三：在17世纪中叶，对该实验的两个关键问题的回答都有代表性的支持者和反对者（如下表）
关键问题的回答
支持者
反对者
大气压力支撑水银柱
笛卡尔
帕斯卡
所有亚里士多德学派
罗贝瓦尔
水银柱上方存在真空
罗贝瓦尔
波义耳
所有亚里士多德学派、笛卡尔、
伽利略、霍布斯
（1）一些反对者认为，由于管内水银产生了蒸汽，使水银减少，水银液面下降，为了反驳这一观点，帕斯卡同时拿出酒和水，询问反对者：用酒和水做托里拆利实验，酒柱与水柱哪个液面下降得更多？反对者们认为酒的液面下降得更多，原因是　 　。但是实验现象却是水柱液面下降得更多。
（2）另一些反对者认为，由于管内遗留了少量空气，才使水银液面下降。帕斯卡利用1米左右长、不同直径的玻璃管进行托里拆利实验，如果观察到的实验现象是　 　，就可以反驳反对者们的观点。
（3）下列关于科学本质及科学发现过程的描述，正确的有　 　.
A．公元1646年前，所有人都赞同亚里士多德提出“真空不存在”的观点
B．科学实验中要努力得到和前人一样的实验结论
C．科学发现是一个不断完善、不断修正的过程
D．实验是科学研究的重要方法

【答案】（1）酒精容易蒸发；（2）不同直径的玻璃管内水银柱的高度相同；
（3）CD。
【解析】（1）反对者们认为酒的液面下降得更多，原因是酒精比水更容易蒸发；
（2）大气压能够支持76cm的水银柱，用1m长的玻璃管做实验，结果不同直径的玻璃管内水银柱的高度相同，就可以反驳反对者们的观点；
（3）A、由题意知：从1614年开始，伽利略认为空气是有重量，他的同事兼学生托里拆利在1643年做了著名的托里拆利实验，故公元1646年前，所有人都赞同亚里士多德提出“真空不存在”的观点是错误的，故A错误；
B、科学实验中要努力得到和前人不一样的实验结论，故B错误；
C、科学发现是一个不断完善、不断修正的过程，故C正确；
D．物理是一门以实验为基础的学科，实验是科学研究的重要方法，故D正确。
故选CD。
4. 物理兴趣小组的同学利用周末开展一次登山活动，他们想利用随身携带的注射器、弹簧测力计、细线、刻度尺等相关用品测量山顶的大气压。测量方案如下：

甲 乙
A．把注射器的活塞推至注射器针筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器小孔；
B．如图甲所示，用细线拴住注射器活塞颈部，使线的一端与弹簧测力计的挂钩相连，然后水平向右慢慢拉动针筒，当活塞刚开始滑动时，记下弹簧测力计的示数为F；
C．读出注射器针筒上有刻度部分的容积V；
D．用刻度尺测出注射器针筒上有刻度部分的长度L。
请根据他们设计的方案回答以下问题：
（1）测量中，分析研究的是大气对 （选填“针筒”或“活塞”）的压力，当活塞相对于针筒开始滑动时，以地面为参照物，研究对象处于 状态。若不考虑其它因素，根据 的知识可知，研究对象在水平方向所受的大气压力与拉力大小相等。
（2）实验时同学们发现注射器顶端装针头处空气无法排尽，这将会使测量结果 （选填“偏大”、“不变”或“偏小”）。同学们联想到去医院打针的情景，可采取简单的办法将注射器内空气排尽。你的方法是 。
（3）测量前，有同学建议在活塞周闱涂抹润滑油，然后将其插入针筒中，这样做有两个好处：一是活塞的密封性好；二是可以 。实验过程中他们让弹簧测力计和注射器保持在水平方向，可以减小 对实验的影响，从而提高实验的精确程度。
（4）若同学们用图乙中B注射器在测量时，弹簧测力计被拉到5N，活塞仍没有滑动。可改用图乙中的 （选填“A”或“C”）注射器。用测量步骤中的V、L和F表示大气压的值，则p= 。
【答案】（1）活塞；运动；二力平衡；（2）偏小；将注射器内抽满水，端口向上推动活塞排水，使得顶端保留水，再封口；（3）减小摩擦；活塞自身重力；（4）C；FL/V。
【解析】（1）该实验中以活塞为研究对象；分析研究的是大气对活塞的压力；
当活塞相对于针筒开始滑动时，以地面为参照物，活塞是运动的；
当注射器中的活塞开始滑动时，利用二力平衡原理来测出大气对活塞的压力。弹簧测力计的拉力与大气的压力刚好平衡，因此需要记录此时的示数；
（2）注射器顶端装针头处空气无法排尽，即有残余气体，注射器内还会有一定气压，这样会使拉力变小，在面积不变的情况下，测得的大气压会偏小；
将注射器内抽满水，端口向上推动活塞排水，使得顶端保留水，再封口，可以采用这一简单的方法将注射器内空气排尽。
（3）涂抹凡士林的好处：一是减小摩擦，二是活塞的密封性好。
当弹簧测力计和注射器筒不在水平方向时，由于活塞受重力的作用，使得测力计的拉力不等于大气压力，从而影响测得的大气压，所以让弹簧测力计和注射器筒保持在水平方向，目的是为了减小活塞自身重力对实验的影响，从而提高实验的准确程度。
（4）因为大气的压强是一定的，根据公式F=pS，受力面积越小，压力也会越小，所以当弹簧测力计量程不够时，可换用小量程注射器，故选C；
活塞的面积S=V/L，将测量结果代入压强公式得：p=F/S=F/ V/L =FL/V。
5.（1）图A是托里拆利实验装置，测得当地大气压等于 mm高的水银柱所产生的压强。
（2）关于图A现象的成因，十七世纪有两种观点。观点一：否认大气压存在，玻璃管内本应充满液体，液面下降是因为管内的部分液体变成气体，管内气体越多，液面下降越多。观点二：管内液面上方是真空，大气压支撑起液柱。帕斯卡为了验证哪种观点正确，将两根长12m规规格相同的玻璃管分别装满水和酒，倒置在相应液体槽中，酒的密度比水小，且比水易变成气体。若观点一正确，应出现图B中 图的现象，若观点二正确，应出现图B中 图的现象。

A B
【答案】（1）734 （2）甲；丙
【解析】（1）如图15所示，管内外水银面的高度差为734mm，又管内水银上方是真空，所以大气压强就是734mm高水银柱产生的压强；（2）根据观点一：酒精易挥发，更易变成气体，液面下降是因为管内的部分液体变成气体，管内气体越多，液面下降越多，结合图应该选甲；根据观点二：大气压撑起液注，那么酒精的密度小于水的密度，所以撑起酒精的高度更高，故选丙。
6.制作简易气压计，观察大气压随高度的变化。

（1）如图所示在玻璃瓶中倒入适量红色的水。将插有玻璃管的橡皮塞塞紧瓶口，红水升到玻璃管一定的高度。但高度不够，你应 ， 使水上升到瓶口以上适当位置。制成了简易气压。
（2）将简易气压计从四楼移到一楼过程中，发现玻璃管内水柱 ，说明 。 （3）小明将简易气压计放在阳光下，过一会儿，他发现玻璃管内水柱发生了变化，这一现象说明，简易气压计的测量结果会受到 影响。
【答案】见解析。
【解析】(1)管中液面的高低取决于瓶内气压，要想让红水升到玻璃管一定的高度，只需增大瓶内气压即可，所以应向瓶内吹气。
(2) 越往高处气压越低，越向低处气压越高，所以从四楼移到一楼过程中外界气压升高
当外界气压增大是h就会减小，所以管内水柱下降，说明越向低处气压越大。
(3) 气压计放在阳光下，过一会儿，玻璃管内水柱发生了变化，是因为温度对气压的影响。
7．在“探究实心圆柱体对地面的压强与哪些因素有关”的实验中，某中学一小组的同学们认为此压强跟圆柱体的密度ρ、高度h、圆柱体底面积S是有关的，但有怎样的关系看法不同，于是，在老师的帮助下，小组的同学们从实验室里挑选了由不同密度的合金材料制成、高度和横截面积不同、质量分布均匀的实心圆柱体做实验，测出实心圆柱体竖直放置时（如图所示）对水平桌面上海绵的压下深度，实验记录见下表．

（1）该小组同学是通过　 　来判断压强大小的．
（2）分析实验1、2或4、5可以得出：当圆柱体的材料密度相同时，实心圆柱体对水平地面的压强与圆柱体的　 　有关．
（3）分析　 　可以得出，当圆柱体的密度相同时，实心圆柱体对水平地面的压强与底面积无关．
（4）此探究过程用到的科学探究方法有　 　、转换法　．
（5）实验结束之后，同学们在老师的指导下，以某一合金甲圆柱体为研究对象，推导它对海绵的压强大小的表达式（已知合金的密度为ρ，长方体铁块的高度为h，底面积为S）．表达式为　 　．
（6）上面推导出的表达式只适用几何形状　 　的固体压强的计算．

【答案】（1）海绵被压下深度；（2）高度；（3）2、3或5、6；（4）控制变量法；
（5）p=ρgh；（6）规则．
【解析】（1）根据海绵被压下的深度可以知道其受到压强的大小。
（2）底面积相同，实心圆柱体对水平地面的压强与圆柱体的高度有关．
（3）高度相同，底面积不同，2、3或5、6能看出来。
（4）很明显本实验是在控制一个量不变，研究另外两个量的关系，是控制变量法。
（5）P=F/S=G/S=mg/S=ρVg/S=ρShg/S=ρhg
（6）只用几何形状规则的物体，才能直接应用（5）得出的表达式来计算固体产生的压强。