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14. (2025·阜阳)如图所示,这是家庭厨房中常见的洗菜水槽,水槽出水口下方连接排水管,水槽中水深为10 cm,出水口有一重为0.5 N、上表面积为$80\ \mathrm{cm}^2$的橡胶塞子。橡胶塞子上系有细绳,且刚好嵌入出水口,橡胶塞子与出水口间的摩擦忽略不计。(水的密度为$1.0× 10^3\ \mathrm{kg/m}^3$,$g$取$10\ \mathrm{N/kg}$)求:
(1)水对橡胶塞子的压强。
(2)水对橡胶塞子的压力。
(3)用手拉细绳一端,提起橡胶塞子至少需要的拉力的大小。
(1)水对橡胶塞子的压强。
(2)水对橡胶塞子的压力。
(3)用手拉细绳一端,提起橡胶塞子至少需要的拉力的大小。
答案
14. (1)$1.0×10^3\ \mathrm{Pa}$ (2)$8\ \mathrm{N}$ (3)$8.5\ \mathrm{N}$
解析
【分析】
要解决本题，需分三步分析：
1. 第一问求水对橡胶塞的压强，利用液体压强公式$p=\rho gh$，需将水深单位转换为国际单位（米）后代入计算；
2. 第二问求水对橡胶塞的压力，根据压强定义式$p=\frac{F}{S}$变形得$F=pS$，需将橡胶塞的上表面积单位转换为平方米，结合第一问的压强计算压力；
3. 第三问求提起橡胶塞的最小拉力，对橡胶塞受力分析：橡胶塞受向下的水的压力、自身重力，向上的拉力，刚好提起时受力平衡，拉力等于向下的总力（水的压力+塞子重力）。
【解析】
解：(1) 水的深度$h=10\ \mathrm{cm}=0.1\ \mathrm{m}$，根据液体压强公式：
$p=\rho gh=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}×0.1\ \mathrm{m}=1.0×10^3\ \mathrm{Pa}$；
(2) 橡胶塞的上表面积$S=80\ \mathrm{cm^2}=80×10^{-4}\ \mathrm{m^2}=8×10^{-3}\ \mathrm{m^2}$，由$p=\frac{F}{S}$得水对橡胶塞的压力：
$F=pS=1.0×10^3\ \mathrm{Pa}×8×10^{-3}\ \mathrm{m^2}=8\ \mathrm{N}$；
(3) 提起橡胶塞时，橡胶塞受向下的水的压力$F$和自身重力$G=0.5\ \mathrm{N}$，向上的拉力$F_{拉}$，刚好提起时受力平衡，故：
$F_{拉}=F+G=8\ \mathrm{N}+0.5\ \mathrm{N}=8.5\ \mathrm{N}$。
【答案】
(1) $1.0×10^3\ \mathrm{Pa}$；(2) $8\ \mathrm{N}$；(3) $8.5\ \mathrm{N}$
【知识点】
液体压强计算、压力计算、二力平衡
【点评】
本题为初中力学基础题，考察液体压强公式、压力与压强的关系及受力平衡的应用，解题关键是单位的正确转换和受力分析，难度适中，适合巩固基础知识点。
【难度系数】
0.6
要解决本题，需分三步分析：
1. 第一问求水对橡胶塞的压强，利用液体压强公式$p=\rho gh$，需将水深单位转换为国际单位（米）后代入计算；
2. 第二问求水对橡胶塞的压力，根据压强定义式$p=\frac{F}{S}$变形得$F=pS$，需将橡胶塞的上表面积单位转换为平方米，结合第一问的压强计算压力；
3. 第三问求提起橡胶塞的最小拉力，对橡胶塞受力分析：橡胶塞受向下的水的压力、自身重力，向上的拉力，刚好提起时受力平衡，拉力等于向下的总力（水的压力+塞子重力）。
【解析】
解：(1) 水的深度$h=10\ \mathrm{cm}=0.1\ \mathrm{m}$，根据液体压强公式：
$p=\rho gh=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}×0.1\ \mathrm{m}=1.0×10^3\ \mathrm{Pa}$；
(2) 橡胶塞的上表面积$S=80\ \mathrm{cm^2}=80×10^{-4}\ \mathrm{m^2}=8×10^{-3}\ \mathrm{m^2}$，由$p=\frac{F}{S}$得水对橡胶塞的压力：
$F=pS=1.0×10^3\ \mathrm{Pa}×8×10^{-3}\ \mathrm{m^2}=8\ \mathrm{N}$；
(3) 提起橡胶塞时，橡胶塞受向下的水的压力$F$和自身重力$G=0.5\ \mathrm{N}$，向上的拉力$F_{拉}$，刚好提起时受力平衡，故：
$F_{拉}=F+G=8\ \mathrm{N}+0.5\ \mathrm{N}=8.5\ \mathrm{N}$。
【答案】
(1) $1.0×10^3\ \mathrm{Pa}$；(2) $8\ \mathrm{N}$；(3) $8.5\ \mathrm{N}$
【知识点】
液体压强计算、压力计算、二力平衡
【点评】
本题为初中力学基础题，考察液体压强公式、压力与压强的关系及受力平衡的应用，解题关键是单位的正确转换和受力分析，难度适中，适合巩固基础知识点。
【难度系数】
0.6
15.某物理兴趣小组制作了一个简易版的饮水机(如图甲所示),放水前的简化模型如图乙所示。放水时采用下面的方法:
第一阶段,把竖直安置的吸管往上提一段距离,使其最低端高于水平安置的吸管,水便从另一根水平安置的吸管中流出(如图丙所示);第二阶段,把竖直安置的吸管往下按一段距离,使其最低端低于水平安置的吸管,水便停止流出(如图丁所示)。
试一试并解释这种放水方式两阶段的原理。(提示:自拟物理量符号,物理量符号意义需说明清楚)
第一阶段,把竖直安置的吸管往上提一段距离,使其最低端高于水平安置的吸管,水便从另一根水平安置的吸管中流出(如图丙所示);第二阶段,把竖直安置的吸管往下按一段距离,使其最低端低于水平安置的吸管,水便停止流出(如图丁所示)。
试一试并解释这种放水方式两阶段的原理。(提示:自拟物理量符号,物理量符号意义需说明清楚)
答案
15. 第一阶段,竖直安置的吸管上端和大气连通,吸管下端压强等于大气压$p_0$,把竖直安置的吸管往上提一段距离,使其最低端高于水平安置的吸管的高度为$h$,则水平安置的吸管左侧压强$p_左=p_0+\rho g h$,水平安置的吸管右侧与大气相连,则水平安置的吸管右侧压强$p_右=p_0$,水平安置的吸管左侧压强大于水平安置的吸管右侧压强,水在压强的作用下,向右流出。第二阶段,把竖直安置的吸管往下按一段距离,使其最低端低于水平安置的吸管的高度为$h'$,则水平安置的吸管左侧压强$p_左'=p_0-\rho g h'$,水平安置的吸管右侧压强不变,仍为$p_0$,水平安置的吸管左侧压强小于水平安置的吸管右侧压强,则水在大气压的作用下停止流出。
解析
【分析】
要解释放水两阶段的原理，需明确水平安置吸管两侧的压强差是水流动的核心原因，结合液体压强公式和大气压的特点分析。先确定物理量：大气压为$ p_0 $，水的密度为$ \rho $，重力加速度为$ g $，竖直吸管最低端与水平吸管的高度差为$ h $（第一阶段）、$ h' $（第二阶段）。分别分析两阶段水平吸管左右两侧的压强，通过压强差判断水的流动状态。
【解析】
第一阶段：竖直安置的吸管上端与大气连通，吸管内气体压强等于大气压$ p_0 $。当竖直吸管上提，其最低端高于水平安置吸管的高度为$ h $时，水平安置吸管左侧的压强为竖直吸管内气体压强加上竖直吸管内水柱产生的压强，即$ p_左 = p_0 + \rho g h $；水平安置吸管右侧与大气相连，压强为大气压$ p_右 = p_0 $。由于$ p_左 ＞ p_右 $，水在压强差的作用下从水平吸管向右流出。
第二阶段：当竖直安置的吸管下压，其最低端低于水平安置吸管的高度为$ h' $时，水平安置吸管左侧的压强为竖直吸管内气体压强减去竖直吸管内水柱产生的压强，即$ p_左' = p_0 - \rho g h' $；水平安置吸管右侧压强仍为$ p_右 = p_0 $。由于$ p_左' ＜ p_右 $，水在大气压的作用下停止流出。
【答案】
第一阶段，竖直安置的吸管上端和大气连通，吸管下端压强等于大气压$ p_0 $，把竖直安置的吸管往上提一段距离，使其最低端高于水平安置的吸管的高度为$ h $，则水平安置的吸管左侧压强$ p_左=p_0+\rho g h $，水平安置的吸管右侧与大气相连，则水平安置的吸管右侧压强$ p_右=p_0 $，水平安置的吸管左侧压强大于水平安置的吸管右侧压强，水在压强的作用下，向右流出。第二阶段，把竖直安置的吸管往下按一段距离，使其最低端低于水平安置的吸管的高度为$ h' $，则水平安置的吸管左侧压强$ p_左'=p_0-\rho g h' $，水平安置的吸管右侧压强不变，仍为$ p_0 $，水平安置的吸管左侧压强小于水平安置的吸管右侧压强，则水在大气压的作用下停止流出。
【知识点】
液体压强、大气压强
【点评】
本题结合生活中的简易饮水机装置，考查液体压强与大气压强的综合应用，需通过分析不同阶段的压强差解释现象，体现了物理知识在生活中的实际应用，难度适中。
【难度系数】
0.6
要解释放水两阶段的原理，需明确水平安置吸管两侧的压强差是水流动的核心原因，结合液体压强公式和大气压的特点分析。先确定物理量：大气压为$ p_0 $，水的密度为$ \rho $，重力加速度为$ g $，竖直吸管最低端与水平吸管的高度差为$ h $（第一阶段）、$ h' $（第二阶段）。分别分析两阶段水平吸管左右两侧的压强，通过压强差判断水的流动状态。
【解析】
第一阶段：竖直安置的吸管上端与大气连通，吸管内气体压强等于大气压$ p_0 $。当竖直吸管上提，其最低端高于水平安置吸管的高度为$ h $时，水平安置吸管左侧的压强为竖直吸管内气体压强加上竖直吸管内水柱产生的压强，即$ p_左 = p_0 + \rho g h $；水平安置吸管右侧与大气相连，压强为大气压$ p_右 = p_0 $。由于$ p_左 ＞ p_右 $，水在压强差的作用下从水平吸管向右流出。
第二阶段：当竖直安置的吸管下压，其最低端低于水平安置吸管的高度为$ h' $时，水平安置吸管左侧的压强为竖直吸管内气体压强减去竖直吸管内水柱产生的压强，即$ p_左' = p_0 - \rho g h' $；水平安置吸管右侧压强仍为$ p_右 = p_0 $。由于$ p_左' ＜ p_右 $，水在大气压的作用下停止流出。
【答案】
第一阶段，竖直安置的吸管上端和大气连通，吸管下端压强等于大气压$ p_0 $，把竖直安置的吸管往上提一段距离，使其最低端高于水平安置的吸管的高度为$ h $，则水平安置的吸管左侧压强$ p_左=p_0+\rho g h $，水平安置的吸管右侧与大气相连，则水平安置的吸管右侧压强$ p_右=p_0 $，水平安置的吸管左侧压强大于水平安置的吸管右侧压强，水在压强的作用下，向右流出。第二阶段，把竖直安置的吸管往下按一段距离，使其最低端低于水平安置的吸管的高度为$ h' $，则水平安置的吸管左侧压强$ p_左'=p_0-\rho g h' $，水平安置的吸管右侧压强不变，仍为$ p_0 $，水平安置的吸管左侧压强小于水平安置的吸管右侧压强，则水在大气压的作用下停止流出。
【知识点】
液体压强、大气压强
【点评】
本题结合生活中的简易饮水机装置，考查液体压强与大气压强的综合应用，需通过分析不同阶段的压强差解释现象，体现了物理知识在生活中的实际应用，难度适中。
【难度系数】
0.6
