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1 [2024 湖北武汉期中,中]抽水机也叫水泵,如图是活塞式抽水机工作原理的示意图。其中,活塞跟筒壁紧密接触但是可以上下滑动,A、B是只能向上开启的阀门,这样,活塞不停地上下移动,水就从管口连续不断地流出,下列说法正确的是(1标准大气压下) (
A.阀门A向上打开利用了大气压
B.阀门B与外部液面高度差不能超过约10 m
C.出水管口与外部液面的高度差不能超过约10 m
D.阀门B向下关闭利用了大气压
B
)A.阀门A向上打开利用了大气压
B.阀门B与外部液面高度差不能超过约10 m
C.出水管口与外部液面的高度差不能超过约10 m
D.阀门B向下关闭利用了大气压
答案
1.B 【解析】由图可知,活塞式抽水机在使用
时,提起活塞时,阀门A受到上方大气压的作
用而关闭,活塞下面的空气变稀薄,气压小于
外界大气压,于是低处的水在大气压的作用
下推开阀门B进入圆筒;当压下活塞时,阀门
B受水的压力而关闭,水不能向下流,于是水
产生向上的压力冲开阀门A进入A的上
部,再提起活塞时,活塞上面的水使阀门A关
闭,水被活塞提起,从出水管中流出来,故A、
D错误;1标准大气压大约能支持10 m高的
水柱,所以阀门B与外部液面高度差不能超
过约10 m,故B正确,C错误。故选B。
时,提起活塞时,阀门A受到上方大气压的作
用而关闭,活塞下面的空气变稀薄,气压小于
外界大气压,于是低处的水在大气压的作用
下推开阀门B进入圆筒;当压下活塞时,阀门
B受水的压力而关闭,水不能向下流,于是水
产生向上的压力冲开阀门A进入A的上
部,再提起活塞时,活塞上面的水使阀门A关
闭,水被活塞提起,从出水管中流出来,故A、
D错误;1标准大气压大约能支持10 m高的
水柱,所以阀门B与外部液面高度差不能超
过约10 m,故B正确,C错误。故选B。
解析
【分析】
解题时首先要明确活塞式抽水机的核心工作原理是利用大气压将水从外部液面压入圆筒内部，再结合1标准大气压可支撑约10m高水柱的特点，逐个分析选项：第一步先梳理活塞上下移动时阀门A、B的开闭逻辑，明确两个阀门开启、关闭的动力来源；第二步明确大气压的作用范围，大气压仅能将水从外部液面抬升到阀门B所在的圆筒内部位置，B点以上的水是依靠活塞的机械作用力提升的，不受大气压最大支撑高度的限制；第三步逐一比对四个选项的描述，排除错误选项得到正确答案。
【解析】
首先计算1标准大气压能支撑的最大水柱高度：
已知1标准大气压p₀≈1×10⁵Pa，根据液体压强公式p=ρgh，可得最大水柱高度：
$h = \frac{p_0}{\rho_{水}g} = \frac{1×10^5\mathrm{Pa}}{1×10^3\mathrm{kg/m^3}×10\mathrm{N/kg}} = 10\mathrm{m}$
接下来逐一分析选项：
1. 选项A：压下活塞时，阀门A是被圆筒内B区域的水的向上压力顶开的，并非利用大气压，该选项错误。
2. 选项B：抽水过程中，外部的水是依靠大气压的作用被压入圆筒、推开阀门B的，大气压最多支撑约10m高的水柱，因此阀门B与外部液面的高度差不能超过约10m，否则大气压无法将水压过阀门B进入圆筒，该选项正确。
3. 选项C：出水管口处的水是被活塞向上提拉的，依靠的是活塞的机械作用力，并非大气压将水直接压到出水管口，因此出水管口与外部液面的高度差可以超过10m，该选项错误。
4. 选项D：压下活塞时，阀门B是被圆筒内水的向下压力压住实现关闭的，并非利用大气压，该选项错误。
综上，答案选B。
【答案】
B
【知识点】
活塞式抽水机原理，大气压的应用，液体压强计算
【点评】
本题的易错点是混淆大气压的作用范围，很多同学会误以为抽水机所有位置的高度差都不能超过10m，实际上大气压仅负责将水从外部液面压入到阀门B的位置，B上方的水是通过活塞的机械力带动上升的，不受大气压最大支撑高度的限制，解题时要明确两个阀门开闭的动力来源，区分开不同阶段的作用力类型。
【难度系数】
0.6
解题时首先要明确活塞式抽水机的核心工作原理是利用大气压将水从外部液面压入圆筒内部，再结合1标准大气压可支撑约10m高水柱的特点，逐个分析选项：第一步先梳理活塞上下移动时阀门A、B的开闭逻辑，明确两个阀门开启、关闭的动力来源；第二步明确大气压的作用范围，大气压仅能将水从外部液面抬升到阀门B所在的圆筒内部位置，B点以上的水是依靠活塞的机械作用力提升的，不受大气压最大支撑高度的限制；第三步逐一比对四个选项的描述，排除错误选项得到正确答案。
【解析】
首先计算1标准大气压能支撑的最大水柱高度：
已知1标准大气压p₀≈1×10⁵Pa，根据液体压强公式p=ρgh，可得最大水柱高度：
$h = \frac{p_0}{\rho_{水}g} = \frac{1×10^5\mathrm{Pa}}{1×10^3\mathrm{kg/m^3}×10\mathrm{N/kg}} = 10\mathrm{m}$
接下来逐一分析选项：
1. 选项A：压下活塞时，阀门A是被圆筒内B区域的水的向上压力顶开的，并非利用大气压，该选项错误。
2. 选项B：抽水过程中，外部的水是依靠大气压的作用被压入圆筒、推开阀门B的，大气压最多支撑约10m高的水柱，因此阀门B与外部液面的高度差不能超过约10m，否则大气压无法将水压过阀门B进入圆筒，该选项正确。
3. 选项C：出水管口处的水是被活塞向上提拉的，依靠的是活塞的机械作用力，并非大气压将水直接压到出水管口，因此出水管口与外部液面的高度差可以超过10m，该选项错误。
4. 选项D：压下活塞时，阀门B是被圆筒内水的向下压力压住实现关闭的，并非利用大气压，该选项错误。
综上，答案选B。
【答案】
B
【知识点】
活塞式抽水机原理，大气压的应用，液体压强计算
【点评】
本题的易错点是混淆大气压的作用范围，很多同学会误以为抽水机所有位置的高度差都不能超过10m，实际上大气压仅负责将水从外部液面压入到阀门B的位置，B上方的水是通过活塞的机械力带动上升的，不受大气压最大支撑高度的限制，解题时要明确两个阀门开闭的动力来源，区分开不同阶段的作用力类型。
【难度系数】
0.6
2 [2025 辽宁丹东期末,中]在跨学科实践课上,某小组开展了"制作简易活塞式抽水机"的项目化学习活动。下面是该小组同学的实践过程,请帮助完成下列内容:
【项目分解】
(1)制作简易活塞式抽水机
(2)用活塞式抽水机抽水
【项目实施】
(1)制作简易活塞式抽水机
组员们先观察了生活中活塞式抽水机的结构,如图甲所示。该小组选用生活中常见的材料制作了如图乙所示的装置,此装置中的活塞是利用剪下来的瓶底制作而成,为了提升抽水效率,小组成员在活塞上打了四个通水孔(如图丙中A图)。接下来需要将活塞上的通水孔变成单向阀门,于是小组成员在气球上剪下一块和活塞大小相当的乳胶膜(如图丙中B图),为了能够实现利用该装置抽水的目的,应将乳胶膜粘在活塞的上表面还是下表面?答:
(2)用活塞式抽水机抽水
活塞式抽水机制作完成后,将瓶口朝下浸入水中,上下拉动活塞,水便在
【项目拓展】
风箱是一种用来产生风力的设备(如图丁),我国汉朝便有了关于风箱使用的记载,在冶炼金属和烧饭的过程中,常用风箱来增加气流,达到助燃的目的。它的工作原理与活塞式抽水机相同,如图戊是风箱的内部结构图,当左右推拉手柄M时,活塞便会左右运动,改变箱内的空间分配,当空间变小时,气压就会增大,当空间变大时,气压就会减小。
A、B、C三处各有一个通风口,并安装有阀门,在气流的作用下每个阀门都可以在当前位置和虚线位置之间绕$O_{1}$、$O_{2}$、$O_{3}$点转动。
(1)在活塞移动过程中,依据A、B、C三处阀门的开合情况,可以判断出
(2)当左右推拉此风箱的手柄M时,关于出风口气流情况,下列说法正确的是
A.只有活塞向左运动时出风口出风
B.只有活塞向右运动时出风口出风
C.活塞左右运动时出风口都会出风
D.活塞左右运动时出风口都不会出风
【项目分解】
(1)制作简易活塞式抽水机
(2)用活塞式抽水机抽水
【项目实施】
(1)制作简易活塞式抽水机
组员们先观察了生活中活塞式抽水机的结构,如图甲所示。该小组选用生活中常见的材料制作了如图乙所示的装置,此装置中的活塞是利用剪下来的瓶底制作而成,为了提升抽水效率,小组成员在活塞上打了四个通水孔(如图丙中A图)。接下来需要将活塞上的通水孔变成单向阀门,于是小组成员在气球上剪下一块和活塞大小相当的乳胶膜(如图丙中B图),为了能够实现利用该装置抽水的目的,应将乳胶膜粘在活塞的上表面还是下表面?答:
上表面
。(2)用活塞式抽水机抽水
活塞式抽水机制作完成后,将瓶口朝下浸入水中,上下拉动活塞,水便在
大气压
的作用下被抽上来。我国某地区的气压为$0.65×10^{5}\ \mathrm{Pa}$,利用图甲的活塞式抽水机理想状态下在该地区可将水抽高6.5
m。($g$取$10\ \mathrm{N/kg}$,$\rho_{\mathrm{水}}=1.0×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}$)【项目拓展】
风箱是一种用来产生风力的设备(如图丁),我国汉朝便有了关于风箱使用的记载,在冶炼金属和烧饭的过程中,常用风箱来增加气流,达到助燃的目的。它的工作原理与活塞式抽水机相同,如图戊是风箱的内部结构图,当左右推拉手柄M时,活塞便会左右运动,改变箱内的空间分配,当空间变小时,气压就会增大,当空间变大时,气压就会减小。
A、B、C三处各有一个通风口,并安装有阀门,在气流的作用下每个阀门都可以在当前位置和虚线位置之间绕$O_{1}$、$O_{2}$、$O_{3}$点转动。
(1)在活塞移动过程中,依据A、B、C三处阀门的开合情况,可以判断出
B
处为出风口。(2)当左右推拉此风箱的手柄M时,关于出风口气流情况,下列说法正确的是
C
。A.只有活塞向左运动时出风口出风
B.只有活塞向右运动时出风口出风
C.活塞左右运动时出风口都会出风
D.活塞左右运动时出风口都不会出风
答案
2.【项目实施】(1)上表面 (2)大气压 6.5
【项目拓展】(1)B (2)C 【解析】【项目实
施】(1)为了能够实现利用该装置抽水的目
的,应将乳胶膜粘在活塞的上表面,这样活塞
上移时密封,下移时可以让玻璃球上方的水
通过通水孔流到活塞上方。(2)活塞式抽水
机抽水时,活塞下圆筒内气压小于外界大气
压,水在大气压的作用下被抽上来。该地区
利用图甲的活塞式抽水机理想状态下可将水
抽高:$h=\frac {p}{ρ_{水}g}=\frac {0.65×10^{5}\ \mathrm{Pa}}{1.0×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}×10\ \mathrm{N/kg}}=$
6.5 m。【项目拓展】(1)当向左推手柄 M
时,活塞便会向左运动,风箱左半部分空间变
小,气压增大,阀门A关闭,B向右摆动,风从
B处吹出,风箱右半部分空间变大,气压减
小,阀门C打开,空气由C进入风箱;当向右
拉手柄M时,活塞便会向右运动,风箱右半
部分空间变小,气压增大,阀门C关闭,B向
左摆动,风从B处吹出,风箱左半部分空间变
大,气压减小,阀门A打开,空气由A进入风
箱;因此可以判断出B处为出风口。(2)当左
右推拉此风箱的手柄M时,活塞左右运动,出
风口都会出风,故选C。
【项目拓展】(1)B (2)C 【解析】【项目实
施】(1)为了能够实现利用该装置抽水的目
的,应将乳胶膜粘在活塞的上表面,这样活塞
上移时密封,下移时可以让玻璃球上方的水
通过通水孔流到活塞上方。(2)活塞式抽水
机抽水时,活塞下圆筒内气压小于外界大气
压,水在大气压的作用下被抽上来。该地区
利用图甲的活塞式抽水机理想状态下可将水
抽高:$h=\frac {p}{ρ_{水}g}=\frac {0.65×10^{5}\ \mathrm{Pa}}{1.0×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}×10\ \mathrm{N/kg}}=$
6.5 m。【项目拓展】(1)当向左推手柄 M
时,活塞便会向左运动,风箱左半部分空间变
小,气压增大,阀门A关闭,B向右摆动,风从
B处吹出,风箱右半部分空间变大,气压减
小,阀门C打开,空气由C进入风箱;当向右
拉手柄M时,活塞便会向右运动,风箱右半
部分空间变小,气压增大,阀门C关闭,B向
左摆动,风从B处吹出,风箱左半部分空间变
大,气压减小,阀门A打开,空气由A进入风
箱;因此可以判断出B处为出风口。(2)当左
右推拉此风箱的手柄M时,活塞左右运动,出
风口都会出风,故选C。
解析
【分析】
我们顺着项目推进的逻辑逐步思考：
1. 第一空：要让乳胶膜充当单向阀门，需要满足活塞下移时，活塞下方的水可以推开乳胶膜从通水孔流到活塞上方；活塞上移时，通水孔被乳胶膜密封，活塞下方形成低压区带动水上升，因此乳胶膜粘在活塞上表面才能实现该效果。
2. 第二空：活塞式抽水机工作时内部气压小于外界大气压，依靠气压差将水压入装置，所以水是在大气压作用下被抽上来的。
3. 第三空：已知当地大气压，将液体压强公式p=ρ水gh变形为h=p/(ρ水g)，代入对应数值即可算出理论抽水高度。
4. 项目拓展第一空：分别分析活塞左移、右移时三个通风口的状态：活塞左移时左侧空间气压增大，气流从B流出，右侧空间气压减小，空气从C进入；活塞右移时右侧空间气压增大，气流从B流出，左侧空间气压减小，空气从A进入，始终向外出气的B就是出风口。
5. 项目拓展第二空：结合上述分析，活塞无论向左还是向右运动，都有一侧的气体被挤压从B口排出，因此左右运动时出风口都会出风。
【解析】
项目实施部分
(1) 将乳胶膜粘在活塞上表面时：活塞向下移动，活塞下方的水的压强会顶开乳胶膜，从通水孔流到活塞上方；活塞向上移动时，活塞下方气压小于上方大气压，乳胶膜被压紧在通水孔上实现密封，活塞下方形成低压区带动下方的水同步上升，完全满足抽水的功能要求。
(2) 活塞式抽水机工作时，装置内部的气压远小于外界大气压，水在大气压的作用下被压入抽水机内部，最终被抽上来。
根据液体压强公式 $p=\rho_{\mathrm{水}}gh$，变形可得当地理想状态下的抽水高度：
$h=\frac{p}{\rho_{\mathrm{水}}g}=\frac{0.65×10^5\ \mathrm{Pa}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}}=6.5\ \mathrm{m}$
项目拓展部分
(1) 活塞向左运动时，风箱左半部分空间减小、气压增大，阀门A关闭，气流推开B处阀门向外流出；右半部分空间增大、气压减小，外界空气推开C处阀门进入箱内。活塞向右运动时，风箱右半部分空间减小、气压增大，阀门C关闭，气流推开B处阀门向外流出；左半部分空间增大、气压减小，外界空气推开A处阀门进入箱内。因此A、C为进气口，B为出风口。
(2) 由上述分析可知，活塞向左、向右运动的过程中，都有气流从B出风口排出，即活塞左右运动时出风口都会出风，故选C。
【答案】
上表面；大气压；6.5；B；C
【知识点】
大气压的应用；液体压强计算；单向阀门原理
【点评】
本题是典型的跨学科项目化实践题型，从简易抽水机的制作、使用延伸到传统风箱的原理拓展，既考察了活塞式抽水机相关的基础核心知识点，又设置了陌生的风箱新情境，要求学生将已学的气压变化、单向阀门的知识进行迁移应用，能有效锻炼学生的逻辑分析能力，贴合新课标跨学科实践的考察方向。
【难度系数】
0.6
我们顺着项目推进的逻辑逐步思考：
1. 第一空：要让乳胶膜充当单向阀门，需要满足活塞下移时，活塞下方的水可以推开乳胶膜从通水孔流到活塞上方；活塞上移时，通水孔被乳胶膜密封，活塞下方形成低压区带动水上升，因此乳胶膜粘在活塞上表面才能实现该效果。
2. 第二空：活塞式抽水机工作时内部气压小于外界大气压，依靠气压差将水压入装置，所以水是在大气压作用下被抽上来的。
3. 第三空：已知当地大气压，将液体压强公式p=ρ水gh变形为h=p/(ρ水g)，代入对应数值即可算出理论抽水高度。
4. 项目拓展第一空：分别分析活塞左移、右移时三个通风口的状态：活塞左移时左侧空间气压增大，气流从B流出，右侧空间气压减小，空气从C进入；活塞右移时右侧空间气压增大，气流从B流出，左侧空间气压减小，空气从A进入，始终向外出气的B就是出风口。
5. 项目拓展第二空：结合上述分析，活塞无论向左还是向右运动，都有一侧的气体被挤压从B口排出，因此左右运动时出风口都会出风。
【解析】
项目实施部分
(1) 将乳胶膜粘在活塞上表面时：活塞向下移动，活塞下方的水的压强会顶开乳胶膜，从通水孔流到活塞上方；活塞向上移动时，活塞下方气压小于上方大气压，乳胶膜被压紧在通水孔上实现密封，活塞下方形成低压区带动下方的水同步上升，完全满足抽水的功能要求。
(2) 活塞式抽水机工作时，装置内部的气压远小于外界大气压，水在大气压的作用下被压入抽水机内部，最终被抽上来。
根据液体压强公式 $p=\rho_{\mathrm{水}}gh$，变形可得当地理想状态下的抽水高度：
$h=\frac{p}{\rho_{\mathrm{水}}g}=\frac{0.65×10^5\ \mathrm{Pa}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}}=6.5\ \mathrm{m}$
项目拓展部分
(1) 活塞向左运动时，风箱左半部分空间减小、气压增大，阀门A关闭，气流推开B处阀门向外流出；右半部分空间增大、气压减小，外界空气推开C处阀门进入箱内。活塞向右运动时，风箱右半部分空间减小、气压增大，阀门C关闭，气流推开B处阀门向外流出；左半部分空间增大、气压减小，外界空气推开A处阀门进入箱内。因此A、C为进气口，B为出风口。
(2) 由上述分析可知，活塞向左、向右运动的过程中，都有气流从B出风口排出，即活塞左右运动时出风口都会出风，故选C。
【答案】
上表面；大气压；6.5；B；C
【知识点】
大气压的应用；液体压强计算；单向阀门原理
【点评】
本题是典型的跨学科项目化实践题型，从简易抽水机的制作、使用延伸到传统风箱的原理拓展，既考察了活塞式抽水机相关的基础核心知识点，又设置了陌生的风箱新情境，要求学生将已学的气压变化、单向阀门的知识进行迁移应用，能有效锻炼学生的逻辑分析能力，贴合新课标跨学科实践的考察方向。
【难度系数】
0.6
