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12. 如图所示，同学们利用底面积为$500\ \mathrm{cm^{2}}$的压力锅模拟马德堡半球实验，已知大气压为$1.0×10^{5}\ \mathrm{Pa}$。理论上他们将压力锅拉开需要
5 000
N的力，实际他们拉开压力锅所用的力比计算结果小，主要原因是锅内还有部分空气
。答案
12. 5 000 锅内还有部分空气
解析
【分析】
我们首先明确解题思路：理论上拉开压力锅的力需要克服外界大气对压力锅的压力，因此可以利用压强公式的变形F=pS来计算所需的理论拉力。第一步先把给出的底面积从平方厘米换算为国际单位平方米，再代入大气压数值计算大气压力。之后分析实际拉力偏小的原因：理论计算的前提是锅内完全为真空、内部气压为0，但实际操作中无法将锅内空气完全排净，残留的空气会产生向外的气压，抵消一部分外界大气压的作用，因此实际需要的拉力会小于理论计算值。
【解析】
1. 单位换算：压力锅的底面积$S=500\ \mathrm{cm^2}=500×10^{-4}\ \mathrm{m^2}=0.05\ \mathrm{m^2}$。
2. 根据压强公式$p=\frac{F}{S}$变形可得理论上拉开压力锅需要的力：
$F=p_0S=1.0×10^5\ \mathrm{Pa}×0.05\ \mathrm{m^2}=5000\ \mathrm{N}$。
3. 实际操作中无法将锅内完全抽成真空，锅内还残留有部分空气，残留空气的内部气压向外作用，抵消了部分外界大气压产生的压力，因此实际拉开压力锅的力比计算结果小。
【答案】
5000；锅内还有部分空气
【知识点】
大气压强计算；压强公式应用
【点评】
本题结合模拟马德堡半球的小实验考查大气压力的计算与误差分析，属于基础应用题，解题核心是注意面积单位的正确换算，同时理解理论理想状态和实际实验条件的差异，就能顺利得到结果。
【难度系数】
0.8
我们首先明确解题思路：理论上拉开压力锅的力需要克服外界大气对压力锅的压力，因此可以利用压强公式的变形F=pS来计算所需的理论拉力。第一步先把给出的底面积从平方厘米换算为国际单位平方米，再代入大气压数值计算大气压力。之后分析实际拉力偏小的原因：理论计算的前提是锅内完全为真空、内部气压为0，但实际操作中无法将锅内空气完全排净，残留的空气会产生向外的气压，抵消一部分外界大气压的作用，因此实际需要的拉力会小于理论计算值。
【解析】
1. 单位换算：压力锅的底面积$S=500\ \mathrm{cm^2}=500×10^{-4}\ \mathrm{m^2}=0.05\ \mathrm{m^2}$。
2. 根据压强公式$p=\frac{F}{S}$变形可得理论上拉开压力锅需要的力：
$F=p_0S=1.0×10^5\ \mathrm{Pa}×0.05\ \mathrm{m^2}=5000\ \mathrm{N}$。
3. 实际操作中无法将锅内完全抽成真空，锅内还残留有部分空气，残留空气的内部气压向外作用，抵消了部分外界大气压产生的压力，因此实际拉开压力锅的力比计算结果小。
【答案】
5000；锅内还有部分空气
【知识点】
大气压强计算；压强公式应用
【点评】
本题结合模拟马德堡半球的小实验考查大气压力的计算与误差分析，属于基础应用题，解题核心是注意面积单位的正确换算，同时理解理论理想状态和实际实验条件的差异，就能顺利得到结果。
【难度系数】
0.8
13. 如图所示的装置是人体腹式呼吸过程的简易模型，气球相当于肺，橡皮膜相当于体内腹部上方的横膈膜。当向下拉橡皮膜时，瓶内的气球将变大，说明此时瓶内气压
小于
(填“大于”或“小于”)大气压。这个步骤是模拟人的吸
(填“吸”或“呼”)气过程。答案
13. 小于 吸
解析
【分析】
首先明确该模拟装置各部分的对应关系：气球模拟肺，橡皮膜模拟横膈膜，瓶内空间模拟胸廓。当向下拉橡皮膜时，瓶内的容积会增大，瓶内封闭的空气总质量不变，根据气体压强的变化规律，体积增大时内部气压会减小，当瓶内气压小于外界大气压时，外界空气就会沿吸管进入气球，使气球变大。再对应人体呼吸的实际过程：横膈膜下降、胸廓容积变大、外界空气进入肺的过程就是吸气过程，顺着这个逻辑就能推导出正确结果。
【解析】
1. 向下拉动橡皮膜时，瓶内的密闭空间容积增大，在温度不变的条件下，一定质量的气体体积变大时压强会减小，因此瓶内的气压小于外界的大气压，外界空气在大气压的作用下进入气球，使气球体积膨胀变大。
2. 该过程中模拟的横膈膜位置下降，内部容纳空间扩大，外界气体进入代表肺的气球，和人体吸气时膈肌收缩、膈顶下降、胸腔容积扩大、外界气体进入肺的生理过程完全对应，因此是模拟人的吸气过程。
【答案】
小于；吸
【知识点】
气体压强与体积关系，呼吸运动原理
【点评】
本题用简易实物模型把抽象的人体呼吸过程直观化，结合气体压强变化规律考察吸气过程的原理，只要理清模型各部分的对应关系，理解气压差驱动气体流动的逻辑，就可以顺利得到答案，是理化生结合的基础应用型题目。
【难度系数】
0.8
首先明确该模拟装置各部分的对应关系：气球模拟肺，橡皮膜模拟横膈膜，瓶内空间模拟胸廓。当向下拉橡皮膜时，瓶内的容积会增大，瓶内封闭的空气总质量不变，根据气体压强的变化规律，体积增大时内部气压会减小，当瓶内气压小于外界大气压时，外界空气就会沿吸管进入气球，使气球变大。再对应人体呼吸的实际过程：横膈膜下降、胸廓容积变大、外界空气进入肺的过程就是吸气过程，顺着这个逻辑就能推导出正确结果。
【解析】
1. 向下拉动橡皮膜时，瓶内的密闭空间容积增大，在温度不变的条件下，一定质量的气体体积变大时压强会减小，因此瓶内的气压小于外界的大气压，外界空气在大气压的作用下进入气球，使气球体积膨胀变大。
2. 该过程中模拟的横膈膜位置下降，内部容纳空间扩大，外界气体进入代表肺的气球，和人体吸气时膈肌收缩、膈顶下降、胸腔容积扩大、外界气体进入肺的生理过程完全对应，因此是模拟人的吸气过程。
【答案】
小于；吸
【知识点】
气体压强与体积关系，呼吸运动原理
【点评】
本题用简易实物模型把抽象的人体呼吸过程直观化，结合气体压强变化规律考察吸气过程的原理，只要理清模型各部分的对应关系，理解气压差驱动气体流动的逻辑，就可以顺利得到答案，是理化生结合的基础应用型题目。
【难度系数】
0.8
14. 小梦在成长笔记中记录了如下错题，请你帮她找出错误之处、分析错因并写出正确的解答过程。
错题记录|小梦想要利用注射器测量当地的大气压，她准备了20 mL的注射器、弹簧测力计、刻度尺、细绳等器材进行探究，步骤如下：
如图甲所示，用刻度尺测出注射器刻度部分的长度；用细绳拴住注射器活塞的颈部，使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连，弹簧测力计一端固定并水平放置，然后水平向右慢慢地拉动注射器筒。当注射器活塞开始滑动时，弹簧测力计的示数如图乙所示，求此时外界大气压的数值。
解:注射器刻度部分的长度$l$为$10.0\ \mathrm{cm}$，活塞的横截面积
$S=\dfrac{V}{l}=\dfrac{20\ \mathrm{cm^{3}}}{10.0\ \mathrm{cm}}=2\ \mathrm{cm^{2}}$，
此时弹簧测力计的示数等于外界大气压对活塞的压力，外界大气压的数值
$p=\dfrac{F}{S}=\dfrac{20\ \mathrm{N}}{2×10^{-2}\ \mathrm{m^{2}}}=1\ 000\ \mathrm{Pa}$。
错题改正|错误之处：
错因分析：
正确解答：
错题记录|小梦想要利用注射器测量当地的大气压，她准备了20 mL的注射器、弹簧测力计、刻度尺、细绳等器材进行探究，步骤如下：
如图甲所示，用刻度尺测出注射器刻度部分的长度；用细绳拴住注射器活塞的颈部，使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连，弹簧测力计一端固定并水平放置，然后水平向右慢慢地拉动注射器筒。当注射器活塞开始滑动时，弹簧测力计的示数如图乙所示，求此时外界大气压的数值。
解:注射器刻度部分的长度$l$为$10.0\ \mathrm{cm}$，活塞的横截面积
$S=\dfrac{V}{l}=\dfrac{20\ \mathrm{cm^{3}}}{10.0\ \mathrm{cm}}=2\ \mathrm{cm^{2}}$，
此时弹簧测力计的示数等于外界大气压对活塞的压力，外界大气压的数值
$p=\dfrac{F}{S}=\dfrac{20\ \mathrm{N}}{2×10^{-2}\ \mathrm{m^{2}}}=1\ 000\ \mathrm{Pa}$。
错题改正|错误之处：
大气压计算错误
；错因分析：
面积单位转换错误
；正确解答：
$p=\frac{F}{S}=\frac{20\ \mathrm{N}}{2×10^{-4}\ \mathrm{m}^{2}}=1×10^{5}\ \mathrm{Pa}$
。答案
14. 错误之处:大气压计算错误
错因分析:面积单位转换错误
正确解答:$p=\frac{F}{S}=\frac{20\ \mathrm{N}}{2×10^{-4}\ \mathrm{m}^{2}}=1×10^{5}\ \mathrm{Pa}$
错因分析:面积单位转换错误
正确解答:$p=\frac{F}{S}=\frac{20\ \mathrm{N}}{2×10^{-4}\ \mathrm{m}^{2}}=1×10^{5}\ \mathrm{Pa}$
解析
【分析】
我们顺着原解题步骤逐一核查正误：首先确认注射器容积为20mL，测量得到的刻度部分长度为10.0cm，算出活塞横截面积为2cm²这一步是正确的；弹簧测力计读数为20N也符合图乙的示数。接下来排查压强计算环节，发现原解答把2cm²换算为平方米时出现错误：面积是长度的二次方，1cm²=1×10⁻⁴m²，2cm²不可能等于2×10⁻²m²，代入错误的面积数值后得到的大气压结果远小于实际大气压，因此可以定位错误出在大气压的最终计算环节，错因是面积单位换算出错，修正单位后代入压强公式就能得到正确结果。
【解析】
1. 核对前序步骤：注射器容积V=20cm³，刻度部分长度l=10.0cm，活塞横截面积$S=\frac{V}{l}=\frac{20\ \mathrm{cm^3}}{10.0\ \mathrm{cm}}=2\ \mathrm{cm^2}$，弹簧测力计示数F=20N，这两步均正确。
2. 定位错误：原解答将2cm²错误换算为$2×10^{-2}\ \mathrm{m^2}$，属于面积单位转换错误。
3. 修正单位换算：$2\ \mathrm{cm^2}=2×(10^{-2}\ \mathrm{m})^2=2×10^{-4}\ \mathrm{m^2}$。
4. 代入压强公式计算得到正确大气压数值。
【答案】
错误之处:大气压计算错误
错因分析:面积单位转换错误
正确解答:$p=\frac{F}{S}=\frac{20\ \mathrm{N}}{2×10^{-4}\ \mathrm{m}^{2}}=1×10^{5}\ \mathrm{Pa}$
【知识点】
注射器测大气压，面积单位换算，压强计算
【点评】
本题是利用注射器测量大气压实验的典型错题，易错点集中在面积单位换算环节，很多同学会忽略面积是长度的二次方，误将平方厘米转平方米的进率记为10²，导致最终大气压结果偏差3个数量级，解题时要注意不同物理量单位换算的对应进率，避免这类低级失误。
【难度系数】
0.6
我们顺着原解题步骤逐一核查正误：首先确认注射器容积为20mL，测量得到的刻度部分长度为10.0cm，算出活塞横截面积为2cm²这一步是正确的；弹簧测力计读数为20N也符合图乙的示数。接下来排查压强计算环节，发现原解答把2cm²换算为平方米时出现错误：面积是长度的二次方，1cm²=1×10⁻⁴m²，2cm²不可能等于2×10⁻²m²，代入错误的面积数值后得到的大气压结果远小于实际大气压，因此可以定位错误出在大气压的最终计算环节，错因是面积单位换算出错，修正单位后代入压强公式就能得到正确结果。
【解析】
1. 核对前序步骤：注射器容积V=20cm³，刻度部分长度l=10.0cm，活塞横截面积$S=\frac{V}{l}=\frac{20\ \mathrm{cm^3}}{10.0\ \mathrm{cm}}=2\ \mathrm{cm^2}$，弹簧测力计示数F=20N，这两步均正确。
2. 定位错误：原解答将2cm²错误换算为$2×10^{-2}\ \mathrm{m^2}$，属于面积单位转换错误。
3. 修正单位换算：$2\ \mathrm{cm^2}=2×(10^{-2}\ \mathrm{m})^2=2×10^{-4}\ \mathrm{m^2}$。
4. 代入压强公式计算得到正确大气压数值。
【答案】
错误之处:大气压计算错误
错因分析:面积单位转换错误
正确解答:$p=\frac{F}{S}=\frac{20\ \mathrm{N}}{2×10^{-4}\ \mathrm{m}^{2}}=1×10^{5}\ \mathrm{Pa}$
【知识点】
注射器测大气压，面积单位换算，压强计算
【点评】
本题是利用注射器测量大气压实验的典型错题，易错点集中在面积单位换算环节，很多同学会忽略面积是长度的二次方，误将平方厘米转平方米的进率记为10²，导致最终大气压结果偏差3个数量级，解题时要注意不同物理量单位换算的对应进率，避免这类低级失误。
【难度系数】
0.6
