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8 如图所示，“擦窗机器人”的质量为2 kg，它的“腹部”有两个吸盘，吸盘与玻璃的总接触面积为30 cm²，工作时，机器人的真空泵将吸盘内的空气向外抽出，使它能牢牢地吸在竖直玻璃上。(g取10 N/kg)
(1)真空泵将吸盘内的空气抽出，由于
(2)擦窗机器人工作时，吸盘内部的气压
(3)当擦窗机器人在竖直玻璃板上静止时，受到的摩擦力是
(4)为了保证机器人不下落，玻璃对吸盘的支持力至少为90 N，则吸盘内部气压不得高于
(1)真空泵将吸盘内的空气抽出，由于
大气压或大气压强
的作用，擦窗机器人被“吸”在玻璃上，当擦窗机器人在竖直玻璃板上静止时，受到摩擦力与重力
为一对平衡力；(2)擦窗机器人工作时，吸盘内部的气压
小于
(选填“大于”“小于”或“等于”)外部大气压而产生吸力；(3)当擦窗机器人在竖直玻璃板上静止时，受到的摩擦力是
20
N；若真空泵继续向外抽气，则擦窗机器人受到摩擦力不变
(选填“变大”“变小”或“不变”)；(4)为了保证机器人不下落，玻璃对吸盘的支持力至少为90 N，则吸盘内部气压不得高于
$7×10^4$
Pa。(已知外界大气压强 $ p_0 = 1 × 10^5 \, \mathrm{Pa} $)答案
8.(1)大气压或大气压强 重力 (2)小于 (3)20 不变 (4)$7×10^4$
解析
【分析】
本题围绕擦窗机器人的吸盘工作原理，结合大气压、二力平衡、压强计算的知识解题。思路如下：
(1) 吸盘内空气被抽出后，外部大气压大于内部气压，将吸盘压在玻璃上，利用大气压；机器人静止时，竖直方向受力平衡，摩擦力与重力是平衡力。
(2) 吸盘的吸力来自内外气压差，因此内部气压小于外部大气压。
(3) 静止时摩擦力等于重力，计算重力即可得摩擦力；抽气后机器人仍静止，重力不变，摩擦力不变。
(4) 支持力等于大气压力差，利用压强公式变形计算内部气压，注意单位换算。
【解析】
(1) 真空泵抽出吸盘内空气，吸盘内气压小于外界大气压，外界大气压将吸盘压在玻璃上，故是大气压的作用；擦窗机器人静止在竖直玻璃上时，竖直方向受向下的重力和向上的摩擦力，二力大小相等、方向相反，是一对平衡力，因此摩擦力与重力为平衡力。
(2) 吸盘能牢牢吸附在玻璃上，是因为吸盘内部气压小于外部大气压，形成压力差产生吸力，故填“小于”。
(3) 擦窗机器人的重力 $ G = mg = 2\,\mathrm{kg} × 10\,\mathrm{N/kg} = 20\,\mathrm{N} $；机器人静止时，竖直方向受力平衡，摩擦力等于重力，即摩擦力为20N；真空泵继续抽气，机器人仍静止，重力不变，因此摩擦力不变。
(4) 玻璃对吸盘的支持力等于内外大气的压力差，即 $ F_{\mathrm{支持}} = (p_0 - p_{\mathrm{内}})S $。先换算面积：$ S = 30\,\mathrm{cm}^2 = 30 × 10^{-4}\,\mathrm{m}^2 = 3 × 10^{-3}\,\mathrm{m}^2 $，变形得吸盘内部气压：
$ p_{\mathrm{内}} = p_0 - \frac{F_{\mathrm{支持}}}{S} = 1 × 10^5\,\mathrm{Pa} - \frac{90\,\mathrm{N}}{3 × 10^{-3}\,\mathrm{m}^2} = 1 × 10^5\,\mathrm{Pa} - 3 × 10^4\,\mathrm{Pa} = 7 × 10^4\,\mathrm{Pa} $。
【答案】
(1) 大气压(或大气压强)；重力 (2) 小于 (3) 20；不变 (4) $7×10^4$
【知识点】
大气压的应用；二力平衡；压强的计算
【点评】
本题以擦窗机器人为载体，综合考查大气压、二力平衡、压强计算的基础知识，贴近生活，难度适中，需要学生掌握受力分析和压强公式的应用。
【难度系数】
0.6
本题围绕擦窗机器人的吸盘工作原理，结合大气压、二力平衡、压强计算的知识解题。思路如下：
(1) 吸盘内空气被抽出后，外部大气压大于内部气压，将吸盘压在玻璃上，利用大气压；机器人静止时，竖直方向受力平衡，摩擦力与重力是平衡力。
(2) 吸盘的吸力来自内外气压差，因此内部气压小于外部大气压。
(3) 静止时摩擦力等于重力，计算重力即可得摩擦力；抽气后机器人仍静止，重力不变，摩擦力不变。
(4) 支持力等于大气压力差，利用压强公式变形计算内部气压，注意单位换算。
【解析】
(1) 真空泵抽出吸盘内空气，吸盘内气压小于外界大气压，外界大气压将吸盘压在玻璃上，故是大气压的作用；擦窗机器人静止在竖直玻璃上时，竖直方向受向下的重力和向上的摩擦力，二力大小相等、方向相反，是一对平衡力，因此摩擦力与重力为平衡力。
(2) 吸盘能牢牢吸附在玻璃上，是因为吸盘内部气压小于外部大气压，形成压力差产生吸力，故填“小于”。
(3) 擦窗机器人的重力 $ G = mg = 2\,\mathrm{kg} × 10\,\mathrm{N/kg} = 20\,\mathrm{N} $；机器人静止时，竖直方向受力平衡，摩擦力等于重力，即摩擦力为20N；真空泵继续抽气，机器人仍静止，重力不变，因此摩擦力不变。
(4) 玻璃对吸盘的支持力等于内外大气的压力差，即 $ F_{\mathrm{支持}} = (p_0 - p_{\mathrm{内}})S $。先换算面积：$ S = 30\,\mathrm{cm}^2 = 30 × 10^{-4}\,\mathrm{m}^2 = 3 × 10^{-3}\,\mathrm{m}^2 $，变形得吸盘内部气压：
$ p_{\mathrm{内}} = p_0 - \frac{F_{\mathrm{支持}}}{S} = 1 × 10^5\,\mathrm{Pa} - \frac{90\,\mathrm{N}}{3 × 10^{-3}\,\mathrm{m}^2} = 1 × 10^5\,\mathrm{Pa} - 3 × 10^4\,\mathrm{Pa} = 7 × 10^4\,\mathrm{Pa} $。
【答案】
(1) 大气压(或大气压强)；重力 (2) 小于 (3) 20；不变 (4) $7×10^4$
【知识点】
大气压的应用；二力平衡；压强的计算
【点评】
本题以擦窗机器人为载体，综合考查大气压、二力平衡、压强计算的基础知识，贴近生活，难度适中，需要学生掌握受力分析和压强公式的应用。
【难度系数】
0.6
9 半潜船是一种特殊的船舶设计方式,它通常拥有较深的吃水,但又不似潜水艇般完全隐没于水中,而是有部分船体或结构外露在水面外。由于隐没在水中的体积比例高,因此半潜船比较不容易受到海面上的波浪影响,能够保持较佳的稳定性;如图甲所示。如图乙所示,半潜船通过调整水舱内的压载水质量,把装货甲板潜入水中,等待货物装载,当货物拖至甲板上方后,再次调整水舱内的压载水质量,船体上浮,即完成装载。
(1)装货后,船身所受浮力
(2)当半潜船依次处于图乙中三种状态时,从左至右船底受到水的压强分别为$ p_1 $、$ p_2 $、$ p_3 $,则压强最小的是
(3)当甲板下潜至水下2 m时,它受到水的压强为
(1)装货后,船身所受浮力
变大
(选填“变大”“变小”或“不变”),其是通过改变自身重力
实现上浮和下沉的;(2)当半潜船依次处于图乙中三种状态时,从左至右船底受到水的压强分别为$ p_1 $、$ p_2 $、$ p_3 $,则压强最小的是
$p_1$
,水舱内水的质量分别为$ m_1 $、$ m_2 $、$ m_3 $,则质量最大的是$m_2$
;(3)当甲板下潜至水下2 m时,它受到水的压强为
$2×10^4$
Pa。($ \rho_{水}=1.0×10^3 \ \mathrm{kg/m}^3 $,g取10 N/kg)答案
9.(1)变大 自身重力 (2)$p_1$ $m_2$ (3)$2×10^4$
解析
【分析】
本题需结合物体浮沉条件、液体压强公式分析半潜船的工作原理及相关物理量。首先，半潜船装货后总重力变化，根据漂浮时浮力等于总重力判断浮力变化；半潜船通过改变自身重力实现浮沉；液体压强由深度决定，结合三个状态的船底深度判断压强大小；水舱内水的质量影响半潜船总重力，结合浮沉时的重力变化判断水的质量；最后利用液体压强公式计算下潜时的压强。
【解析】
(1) 半潜船装货后，总重力增大，由于半潜船漂浮时浮力等于总重力，因此船身所受浮力变大；半潜船通过调整水舱内的压载水质量，改变自身重力来实现上浮和下沉，并非改变排开液体的体积。
(2) 根据液体压强公式 $ p=\rho gh $，深度 $ h $ 越小，压强越小。观察乙图，从左至右，船底的深度依次增大后减小，因此压强最小的是 $ p_1 $；半潜船下沉时需要增大总重力，即增加水舱内的水的质量，中间状态时半潜船下沉程度最大，总重力最大，因此水舱内水的质量最大的是 $ m_2 $。
(3) 利用液体压强公式计算：$ p=\rho_{水}gh=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 ×10\ \mathrm{N/kg} ×2\ \mathrm{m}=2×10^4\ \mathrm{Pa} $。
【答案】
(1)变大；自身重力 (2)$ p_1 $；$ m_2 $ (3)$ 2×10^4 $
【知识点】
浮力的应用、液体压强计算、物体浮沉条件
【点评】
本题以半潜船为载体，考查浮力和液体压强的核心知识点，将物理知识与实际应用结合，需要学生理解半潜船的工作原理，灵活运用相关公式和规律，属于基础应用类题目。
【难度系数】
0.5
本题需结合物体浮沉条件、液体压强公式分析半潜船的工作原理及相关物理量。首先，半潜船装货后总重力变化，根据漂浮时浮力等于总重力判断浮力变化；半潜船通过改变自身重力实现浮沉；液体压强由深度决定，结合三个状态的船底深度判断压强大小；水舱内水的质量影响半潜船总重力，结合浮沉时的重力变化判断水的质量；最后利用液体压强公式计算下潜时的压强。
【解析】
(1) 半潜船装货后，总重力增大，由于半潜船漂浮时浮力等于总重力，因此船身所受浮力变大；半潜船通过调整水舱内的压载水质量，改变自身重力来实现上浮和下沉，并非改变排开液体的体积。
(2) 根据液体压强公式 $ p=\rho gh $，深度 $ h $ 越小，压强越小。观察乙图，从左至右，船底的深度依次增大后减小，因此压强最小的是 $ p_1 $；半潜船下沉时需要增大总重力，即增加水舱内的水的质量，中间状态时半潜船下沉程度最大，总重力最大，因此水舱内水的质量最大的是 $ m_2 $。
(3) 利用液体压强公式计算：$ p=\rho_{水}gh=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 ×10\ \mathrm{N/kg} ×2\ \mathrm{m}=2×10^4\ \mathrm{Pa} $。
【答案】
(1)变大；自身重力 (2)$ p_1 $；$ m_2 $ (3)$ 2×10^4 $
【知识点】
浮力的应用、液体压强计算、物体浮沉条件
【点评】
本题以半潜船为载体，考查浮力和液体压强的核心知识点，将物理知识与实际应用结合，需要学生理解半潜船的工作原理，灵活运用相关公式和规律，属于基础应用类题目。
【难度系数】
0.5
三、综合题
10 如图所示，已知桶壁上最长的木板长0.5 m，最短的木板长0.2 m，桶底面积0.05 m²，空桶重40 N（忽略圆桶外壁的厚度，桶底面平整）。求：
（1）空桶放在水平地面时对地面的压强；
（2）当桶装足够多的水时，桶底受到水的压力。
10 如图所示，已知桶壁上最长的木板长0.5 m，最短的木板长0.2 m，桶底面积0.05 m²，空桶重40 N（忽略圆桶外壁的厚度，桶底面平整）。求：
（1）空桶放在水平地面时对地面的压强；
（2）当桶装足够多的水时，桶底受到水的压力。
答案
10.(1)800Pa (2)100N
(1)空桶放在水平地面时对地面的压强为 $p=\frac{F}{S}=\frac{G}{S}=\frac{40\mathrm{N}}{0.05\mathrm{m}^2}=800\mathrm{Pa}$。
(2)当桶装足够多的水时,水的深度为 0.2m,桶底受到水的压强为 $p'=\rho g h=1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}×0.2\mathrm{m}=2×10^3\mathrm{Pa}$,桶底受到水的压力为 $F'=p'S=2×10^3\mathrm{Pa}×0.05\mathrm{m}^2=100\mathrm{N}$。
(1)空桶放在水平地面时对地面的压强为 $p=\frac{F}{S}=\frac{G}{S}=\frac{40\mathrm{N}}{0.05\mathrm{m}^2}=800\mathrm{Pa}$。
(2)当桶装足够多的水时,水的深度为 0.2m,桶底受到水的压强为 $p'=\rho g h=1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}×0.2\mathrm{m}=2×10^3\mathrm{Pa}$,桶底受到水的压力为 $F'=p'S=2×10^3\mathrm{Pa}×0.05\mathrm{m}^2=100\mathrm{N}$。
解析
【分析】
本题考查固体压强和液体压强的计算。第（1）问，空桶放在水平地面时，对地面的压力等于空桶的重力，利用压强公式$p=\frac{F}{S}$即可计算压强；第（2）问，木桶装水时，水的最大深度由最短木板的长度决定（水不能超过最短木板，否则溢出），先通过液体压强公式$p=\rho gh$算出桶底受到的水的压强，再结合桶底面积，利用$F=pS$计算桶底受到的水的压力。
【解析】
（1）空桶放在水平地面时，对地面的压力等于空桶的重力，即$F = G = 40\mathrm{N}$。根据压强公式$p=\frac{F}{S}$，代入数据得：
$p=\frac{40\mathrm{N}}{0.05\mathrm{m}^2}=800\mathrm{Pa}$。
（2）当桶装足够多的水时，水的深度等于最短木板的长度，即$h = 0.2\mathrm{m}$。根据液体压强公式$p'=\rho gh$，其中$\rho=1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3$，$g=10\mathrm{N/kg}$，代入得：
$p'=1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}×0.2\mathrm{m}=2×10^3\mathrm{Pa}$。
再根据压力公式$F'=p'S$，代入数据得：
$F'=2×10^3\mathrm{Pa}×0.05\mathrm{m}^2=100\mathrm{N}$。
【答案】
（1）800Pa；（2）100N
【知识点】
固体压强、液体压强
【点评】
本题结合木桶装水的实际场景，考查压强公式的应用，关键是理解木桶装水的最大深度由最短木板决定，属于基础应用题型，需掌握固体压强和液体压强的计算方法。
【难度系数】
0.6
本题考查固体压强和液体压强的计算。第（1）问，空桶放在水平地面时，对地面的压力等于空桶的重力，利用压强公式$p=\frac{F}{S}$即可计算压强；第（2）问，木桶装水时，水的最大深度由最短木板的长度决定（水不能超过最短木板，否则溢出），先通过液体压强公式$p=\rho gh$算出桶底受到的水的压强，再结合桶底面积，利用$F=pS$计算桶底受到的水的压力。
【解析】
（1）空桶放在水平地面时，对地面的压力等于空桶的重力，即$F = G = 40\mathrm{N}$。根据压强公式$p=\frac{F}{S}$，代入数据得：
$p=\frac{40\mathrm{N}}{0.05\mathrm{m}^2}=800\mathrm{Pa}$。
（2）当桶装足够多的水时，水的深度等于最短木板的长度，即$h = 0.2\mathrm{m}$。根据液体压强公式$p'=\rho gh$，其中$\rho=1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3$，$g=10\mathrm{N/kg}$，代入得：
$p'=1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}×0.2\mathrm{m}=2×10^3\mathrm{Pa}$。
再根据压力公式$F'=p'S$，代入数据得：
$F'=2×10^3\mathrm{Pa}×0.05\mathrm{m}^2=100\mathrm{N}$。
【答案】
（1）800Pa；（2）100N
【知识点】
固体压强、液体压强
【点评】
本题结合木桶装水的实际场景，考查压强公式的应用，关键是理解木桶装水的最大深度由最短木板决定，属于基础应用题型，需掌握固体压强和液体压强的计算方法。
【难度系数】
0.6
