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=1.01105Pa(其值随着外界大气压的变化而变化)。（4）说明：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。本实验若把水银改成水，则需要玻璃管的长度为10.3m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、010N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）1.024105Pa。【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=6.25105m2，p=1.024105Pa。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、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，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=gh；（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=Vg/S=Shg/S=hg（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。