17.小凯对新闻报道中画线的内容产生了好奇,然后通过实验研究液体内部的压强。
受蝙蝠鱼启发,我科研团队成功实现小型机器人漫步万米深海
在地球最深处马里亚纳海沟的万米深渊,压强相当于一个指甲盖上站了一头一吨重的犀牛,此前,能达到这里的深海机器人,多为质量达数吨的刚性体大型潜航器。如今,一台身长不到50厘米,体重仅1500克的“小精灵”来到这曾经的小型机器人“禁区”,为深海探索带来更多可能性。
(节选)

(1)用液体压强传感器测量盐水内部压强的大小,并作出盐水内部压强随深度变化的图线,如图所示。由图可知盐水内部压强随深度增大而;用酒精重复上述实验,作出酒精内部压强随深度变化的图线,如图所示。比较两条图线,深度相同时,盐水的压强比酒精的压强;液体的密度越大,内部压强与深度的比值越;
(2)由盐水的压强—深度图线可推知一万米深处海水产生的压强约为Pa,对大拇指指甲盖的压力约为N。
受蝙蝠鱼启发,我科研团队成功实现小型机器人漫步万米深海
在地球最深处马里亚纳海沟的万米深渊,压强相当于一个指甲盖上站了一头一吨重的犀牛,此前,能达到这里的深海机器人,多为质量达数吨的刚性体大型潜航器。如今,一台身长不到50厘米,体重仅1500克的“小精灵”来到这曾经的小型机器人“禁区”,为深海探索带来更多可能性。
(节选)
(1)用液体压强传感器测量盐水内部压强的大小,并作出盐水内部压强随深度变化的图线,如图所示。由图可知盐水内部压强随深度增大而;用酒精重复上述实验,作出酒精内部压强随深度变化的图线,如图所示。比较两条图线,深度相同时,盐水的压强比酒精的压强;液体的密度越大,内部压强与深度的比值越;
(2)由盐水的压强—深度图线可推知一万米深处海水产生的压强约为Pa,对大拇指指甲盖的压力约为N。
答案
(1) 增大;大;大
(2) $1×10^8$;$1×10^4$(合理即可)
(2) $1×10^8$;$1×10^4$(合理即可)
解析
解:
(1) 由图像变化趋势可知,盐水内部压强随深度增大而增大;
对比相同深度下两条图线的压强数值,可得深度相同时,盐水的压强比酒精的压强大;
由$p=\rho gh$变形得$\frac{p}{h}=\rho g$,因此液体的密度越大,内部压强与深度的比值越大。
(2) 由盐水的压强-深度图线可知,深度$h_1=0.1\ \mathrm{m}$时,对应的压强$p_1=1000\ \mathrm{Pa}$,
压强与深度的比值为:$\frac{p_1}{h_1}=\frac{1000\ \mathrm{Pa}}{0.1\ \mathrm{m}}=1×10^4\ \mathrm{Pa/m}$,
一万米深处海水产生的压强:
$p=1×10^4\ \mathrm{Pa/m} × 10000\ \mathrm{m}=1×10^8\ \mathrm{Pa}$;
大拇指指甲盖的面积约为$S=1\ \mathrm{cm}^2=1×10^{-4}\ \mathrm{m}^2$,
根据$p=\frac{F}{S}$,可得对指甲盖的压力:
$F=pS=1×10^8\ \mathrm{Pa} × 1×10^{-4}\ \mathrm{m}^2=1×10^4\ \mathrm{N}$。
(1) 由图像变化趋势可知,盐水内部压强随深度增大而增大;
对比相同深度下两条图线的压强数值,可得深度相同时,盐水的压强比酒精的压强大;
由$p=\rho gh$变形得$\frac{p}{h}=\rho g$,因此液体的密度越大,内部压强与深度的比值越大。
(2) 由盐水的压强-深度图线可知,深度$h_1=0.1\ \mathrm{m}$时,对应的压强$p_1=1000\ \mathrm{Pa}$,
压强与深度的比值为:$\frac{p_1}{h_1}=\frac{1000\ \mathrm{Pa}}{0.1\ \mathrm{m}}=1×10^4\ \mathrm{Pa/m}$,
一万米深处海水产生的压强:
$p=1×10^4\ \mathrm{Pa/m} × 10000\ \mathrm{m}=1×10^8\ \mathrm{Pa}$;
大拇指指甲盖的面积约为$S=1\ \mathrm{cm}^2=1×10^{-4}\ \mathrm{m}^2$,
根据$p=\frac{F}{S}$,可得对指甲盖的压力:
$F=pS=1×10^8\ \mathrm{Pa} × 1×10^{-4}\ \mathrm{m}^2=1×10^4\ \mathrm{N}$。
18. 小明同学用吸管制作了一个简易的密度计。
(1)他取来一根长度为20.00 cm的吸管并将底端密封,将一定数量的小钢珠放入吸管内作为配重,使其能够竖直漂浮在水中,如图甲所示。在吸管上标出水面的位置,测出该位置到吸管底端的距离为$H=10.00\ \mathrm{cm}$;
(2)吸管的横截面积为$S$,在水中漂浮时它所受重力与浮力的大小相等,所以$G=\rho_{水}gSH$;若漂浮在其他液体中,浸入的深度为$h$,此时$G=\rho_{液}gSh$,由以上两式可得$h=\frac{\rho_{水}}{\rho_{液}}H$;
(3)根据上式的数量关系,补全表格中的数据;(结果保留两位小数,$\rho_{水}=1.0\ \mathrm{g/cm}^3$)

(4)根据表格中的数据,小明在吸管上标出了对应的刻度线,刻度线的分布(选填“是”或“不是”)均匀的,此密度计所能标注的最小密度值为g/cm³;
(5)为了检验小明制作的密度计是否准确,小华将此密度计放在密度为0.8 g/cm³的煤油中,为了用更少的煤油完成实验,小华应该选择图乙四种圆柱形容器(已知A、B两容器的深度均为10 cm,C、D两容器的深度均为22 cm。容器的横截面积均满足测量需求)中的容器。密度计逐渐浸入煤油的过程中,密度计底端所受压强越来越;
(6)利用多种液体检验后,小华认为小明制作的密度计比较准确,于是用另一根长度相同且较细的吸管制作了等质量的密度计。小华直接将小明的数据标在自己制作的密度计上,若用小华的密度计来测量液体密度,则测量值(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。

(1)他取来一根长度为20.00 cm的吸管并将底端密封,将一定数量的小钢珠放入吸管内作为配重,使其能够竖直漂浮在水中,如图甲所示。在吸管上标出水面的位置,测出该位置到吸管底端的距离为$H=10.00\ \mathrm{cm}$;
(2)吸管的横截面积为$S$,在水中漂浮时它所受重力与浮力的大小相等,所以$G=\rho_{水}gSH$;若漂浮在其他液体中,浸入的深度为$h$,此时$G=\rho_{液}gSh$,由以上两式可得$h=\frac{\rho_{水}}{\rho_{液}}H$;
(3)根据上式的数量关系,补全表格中的数据;(结果保留两位小数,$\rho_{水}=1.0\ \mathrm{g/cm}^3$)
(4)根据表格中的数据,小明在吸管上标出了对应的刻度线,刻度线的分布(选填“是”或“不是”)均匀的,此密度计所能标注的最小密度值为g/cm³;
(5)为了检验小明制作的密度计是否准确,小华将此密度计放在密度为0.8 g/cm³的煤油中,为了用更少的煤油完成实验,小华应该选择图乙四种圆柱形容器(已知A、B两容器的深度均为10 cm,C、D两容器的深度均为22 cm。容器的横截面积均满足测量需求)中的容器。密度计逐渐浸入煤油的过程中,密度计底端所受压强越来越;
(6)利用多种液体检验后,小华认为小明制作的密度计比较准确,于是用另一根长度相同且较细的吸管制作了等质量的密度计。小华直接将小明的数据标在自己制作的密度计上,若用小华的密度计来测量液体密度,则测量值(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
答案
(3) $\boldsymbol{8.33}$
(4) $\boldsymbol{不是}$;$\boldsymbol{0.5}$
(5) $\boldsymbol{D}$;$\boldsymbol{大}$
(6) $\boldsymbol{小于}$
(4) $\boldsymbol{不是}$;$\boldsymbol{0.5}$
(5) $\boldsymbol{D}$;$\boldsymbol{大}$
(6) $\boldsymbol{小于}$
解析
解:
(3) 将$\rho_{水}=1.0\ \mathrm{g/cm}^3$,$H=10.00\ \mathrm{cm}$,$\rho_{液}=1.2\ \mathrm{g/cm}^3$代入公式$h=\frac{\rho_{水}}{\rho_{液}}H$,可得:
$h=\frac{1.0\ \mathrm{g/cm}^3}{1.2\ \mathrm{g/cm}^3}×10.00\ \mathrm{cm}\approx8.33\ \mathrm{cm}$
(4) 由$h=\frac{\rho_{水}H}{\rho_{液}}$可知,浸入深度$h$和液体密度$\rho_{液}$成反比例关系,因此刻度线的分布不是均匀的;
吸管总长度为20.00 cm,最大可浸入深度为20.00 cm,对应最小标注密度:
$\rho_{\mathrm{min}}=\frac{\rho_{水}H}{h_{\mathrm{max}}}=\frac{1.0\ \mathrm{g/cm}^3×10.00\ \mathrm{cm}}{20.00\ \mathrm{cm}}=0.5\ \mathrm{g/cm}^3$
(5) 密度计在煤油中浸入深度为12.50 cm,容器深度需要大于12.50 cm,排除深度仅10 cm的A、B容器;要使用更少的煤油,应选择横截面积更小的容器,因此选D容器;
密度计逐渐浸入煤油的过程中,底端所处深度不断增大,由$p=\rho gh$可知,密度计底端所受压强越来越大。
(6) 两支密度计质量相等、重力相等,小华的吸管横截面积更小,由$G=\rho_{液}gSh$可知,测量相同密度的液体时,小华的密度计实际浸入深度更大;由于密度计刻度随浸入深度增大而减小,直接使用小明的刻度标注时,测量值小于真实值。
最终
(3) 将$\rho_{水}=1.0\ \mathrm{g/cm}^3$,$H=10.00\ \mathrm{cm}$,$\rho_{液}=1.2\ \mathrm{g/cm}^3$代入公式$h=\frac{\rho_{水}}{\rho_{液}}H$,可得:
$h=\frac{1.0\ \mathrm{g/cm}^3}{1.2\ \mathrm{g/cm}^3}×10.00\ \mathrm{cm}\approx8.33\ \mathrm{cm}$
(4) 由$h=\frac{\rho_{水}H}{\rho_{液}}$可知,浸入深度$h$和液体密度$\rho_{液}$成反比例关系,因此刻度线的分布不是均匀的;
吸管总长度为20.00 cm,最大可浸入深度为20.00 cm,对应最小标注密度:
$\rho_{\mathrm{min}}=\frac{\rho_{水}H}{h_{\mathrm{max}}}=\frac{1.0\ \mathrm{g/cm}^3×10.00\ \mathrm{cm}}{20.00\ \mathrm{cm}}=0.5\ \mathrm{g/cm}^3$
(5) 密度计在煤油中浸入深度为12.50 cm,容器深度需要大于12.50 cm,排除深度仅10 cm的A、B容器;要使用更少的煤油,应选择横截面积更小的容器,因此选D容器;
密度计逐渐浸入煤油的过程中,底端所处深度不断增大,由$p=\rho gh$可知,密度计底端所受压强越来越大。
(6) 两支密度计质量相等、重力相等,小华的吸管横截面积更小,由$G=\rho_{液}gSh$可知,测量相同密度的液体时,小华的密度计实际浸入深度更大;由于密度计刻度随浸入深度增大而减小,直接使用小明的刻度标注时,测量值小于真实值。
最终
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