登录
29. (9分)小慧提袋子时感觉有点勒手,于是她用衣服垫一下就没有那么勒了。由此她产生了疑问:压力的作用效果与哪些因素有关呢?
(1)小慧根据生活经验提出了以下两个猜想,请你将猜想2的依据补充完整:
猜想1:压力的作用效果可能与受力面积有关。
猜想依据:提袋子时用衣服垫一下没有那么勒手了。
猜想2:压力的作用效果可能与压力大小有关。
猜想依据:
(2)为了验证猜想,小慧利用海绵、砝码、小桌设计了如图甲、乙、丙所示的实验。实验中通过
(3)小慧通过甲、乙两次实验可以验证猜想
(4)通过乙、丙实验,可以初步得出:当压力大小相等时,
(5)小军将小桌换成了长方体木块,并将木块沿竖直方向切成大小不同的两块,如图丁所示。将左侧部分移开,发现实验现象无变化,他由此得出“压力的作用效果与受力面积无关”的结论。小慧发现后说他的结论不正确,是因为他没有
(6)该实验中用到的实验方法是转换法和
(7)实验中
(1)小慧根据生活经验提出了以下两个猜想,请你将猜想2的依据补充完整:
猜想1:压力的作用效果可能与受力面积有关。
猜想依据:提袋子时用衣服垫一下没有那么勒手了。
猜想2:压力的作用效果可能与压力大小有关。
猜想依据:
提的东西越重,越勒手
。(2)为了验证猜想,小慧利用海绵、砝码、小桌设计了如图甲、乙、丙所示的实验。实验中通过
海绵的形变程度
反映压力的作用效果。(3)小慧通过甲、乙两次实验可以验证猜想
2
(选填“1”或“2”),由实验现象可知:当受力面积相同时,压力越大
,压力的作用效果越明显。(4)通过乙、丙实验,可以初步得出:当压力大小相等时,
受力面积越小
,压力的作用效果越显著。(5)小军将小桌换成了长方体木块,并将木块沿竖直方向切成大小不同的两块,如图丁所示。将左侧部分移开,发现实验现象无变化,他由此得出“压力的作用效果与受力面积无关”的结论。小慧发现后说他的结论不正确,是因为他没有
控制压力大小相等
。请你帮小军改进实验:将长方体立起来放在海绵上
。(6)该实验中用到的实验方法是转换法和
控制变量法
。(7)实验中
不可以
(选填“可以”或“不可以”)用木板代替海绵。答案
29. (1)提的东西越重,越勒手 (2)海绵的形变程度 (3)2 当受力面积相同时,压力越大 (4)受力面积越小 (5)控制压力大小相等 将长方体立起来放在海绵上 (6)控制变量法 (7)不可以
【点拨】本题考查探究影响压力作用效果与压力大小、受力面积的关系。
【解析】(1)压力的作用效果与压力大小有关,在生活中,当我们提的袋子重力不同时,手被勒的感觉也不同。比如,提一个装满书的重袋子时,手会感觉比一个装少量轻物的袋子更勒手,这就说明压力越大,压力的作用效果越明显。所以猜想2的依据可以是:提不同重力的袋子,较重的袋子对手的勒痛感更明显;
(2)在实验中,通过观察海绵的形变(凹陷)程度来反映压力的作用效果。海绵凹陷得越深,说明压力的作用效果越明显;
(3)由图可知,甲、乙两次实验中,小桌对海绵的压力不同(乙实验中在小桌上放了砝码,压力增大),而受力面积相同,所以通过甲、乙两次实验可以验证猜想2。从图可看出,乙实验中海绵的形变程度比较大,则由实验现象可知,压力越大,海绵凹陷得越深,即压力的作用效果越明显;
(4)乙、丙两次实验中,小桌对海绵的压力相同(都放了砝码),而受力面积不同(丙实验中小桌倒放,受力面积增大),通过实验现象可知,当压力大小相等时,受力面积越小,海绵凹陷得越深,即压力的作用效果越显著;
(5)小军将小桌换成了长方体木块,并将木块沿竖直方向切成大小不同的两块,此时木块对接触面的压力也发生了变化(因为木块被切开后,自身重力减小,对接触面的压力也减小),没有控制压力大小不变,所以不能得出“压力的作用效果与受力面积无关”的结论。可以将长方体木块平放、侧放、立放在海绵上,这样在改变受力面积的同时,木块对海绵的压力始终等于木块的重力,保持压力大小不变,从而探究压力的作用效果与受力面积的关系;
(6)该实验中用到的实验方法是转换法(通过海绵的凹陷程度来反映压力的作用效果)和控制变量法(探究压力的作用效果与受力面积的关系时,控制压力大小不变;探究压力的作用效果与压力大小的关系时,控制受力面积不变);
(7)实验中不可以用木板代替海绵。因为木板发生的形变不明显,难以通过观察木板的形变程度来比较压力的作用效果,而海绵的形变明显,便于观察和比较。
【点拨】本题考查探究影响压力作用效果与压力大小、受力面积的关系。
【解析】(1)压力的作用效果与压力大小有关,在生活中,当我们提的袋子重力不同时,手被勒的感觉也不同。比如,提一个装满书的重袋子时,手会感觉比一个装少量轻物的袋子更勒手,这就说明压力越大,压力的作用效果越明显。所以猜想2的依据可以是:提不同重力的袋子,较重的袋子对手的勒痛感更明显;
(2)在实验中,通过观察海绵的形变(凹陷)程度来反映压力的作用效果。海绵凹陷得越深,说明压力的作用效果越明显;
(3)由图可知,甲、乙两次实验中,小桌对海绵的压力不同(乙实验中在小桌上放了砝码,压力增大),而受力面积相同,所以通过甲、乙两次实验可以验证猜想2。从图可看出,乙实验中海绵的形变程度比较大,则由实验现象可知,压力越大,海绵凹陷得越深,即压力的作用效果越明显;
(4)乙、丙两次实验中,小桌对海绵的压力相同(都放了砝码),而受力面积不同(丙实验中小桌倒放,受力面积增大),通过实验现象可知,当压力大小相等时,受力面积越小,海绵凹陷得越深,即压力的作用效果越显著;
(5)小军将小桌换成了长方体木块,并将木块沿竖直方向切成大小不同的两块,此时木块对接触面的压力也发生了变化(因为木块被切开后,自身重力减小,对接触面的压力也减小),没有控制压力大小不变,所以不能得出“压力的作用效果与受力面积无关”的结论。可以将长方体木块平放、侧放、立放在海绵上,这样在改变受力面积的同时,木块对海绵的压力始终等于木块的重力,保持压力大小不变,从而探究压力的作用效果与受力面积的关系;
(6)该实验中用到的实验方法是转换法(通过海绵的凹陷程度来反映压力的作用效果)和控制变量法(探究压力的作用效果与受力面积的关系时,控制压力大小不变;探究压力的作用效果与压力大小的关系时,控制受力面积不变);
(7)实验中不可以用木板代替海绵。因为木板发生的形变不明显,难以通过观察木板的形变程度来比较压力的作用效果,而海绵的形变明显,便于观察和比较。
解析
【分析】
本题是探究压力作用效果影响因素的实验题，需结合控制变量法和转换法分析。首先，猜想2的依据要从生活中压力不同时的感受入手；实验中通过海绵形变程度反映压力作用效果（转换法）；甲、乙实验控制受力面积相同，改变压力，验证压力大小的影响；乙、丙控制压力相同，改变受力面积，验证受力面积的影响；丁图实验错误在于未控制压力，改进需保持压力不变改变受力面积；实验方法包括转换法和控制变量法；因木板形变不明显，不能替代海绵。
【解析】
(1) 猜想2是压力作用效果与压力大小有关，生活中提不同重力的袋子时，较重的袋子对手的勒痛感更明显，故依据为：提的袋子越重，手越勒得疼。
(2) 实验中利用转换法，通过海绵的形变程度（凹陷程度）来反映压力的作用效果，形变越明显，压力作用效果越显著。
(3) 甲、乙两次实验，小桌与海绵的受力面积相同，乙中砝码增加了压力，受力面积相同，压力不同，故验证猜想2；实验现象显示乙中海绵形变更大，因此结论：当受力面积相同时，压力越大，压力的作用效果越明显。
(4) 乙、丙实验中，小桌对海绵的压力相同（都有砝码），丙中受力面积更大，乙中海绵形变更明显，故结论：当压力大小相等时，受力面积越小，压力的作用效果越显著。
(5) 丁图中，将木块竖直切开后，剩余部分的压力也减小了，未控制压力大小相等，所以结论错误；改进方法：将长方体木块平放、侧放、立放在海绵上，改变受力面积时保持压力（木块重力）不变。
(6) 实验中，探究某一因素影响时控制其他因素不变，用了控制变量法；通过海绵形变反映压力作用效果，用了转换法，故另一种方法是控制变量法。
(7) 实验需通过形变程度比较作用效果，木板形变不明显，难以观察，故不可以用木板代替海绵。
【答案】
(1) 提的袋子越重，手越勒得疼
(2) 海绵的形变程度
(3) 2；当受力面积相同时，压力越大
(4) 受力面积越小
(5) 控制压力大小相等；将长方体木块平放、侧放、立放在海绵上
(6) 控制变量法
(7) 不可以
【知识点】
压力作用效果；控制变量法；转换法
【点评】
本题是初中物理探究压力作用效果的经典实验题，重点考查控制变量法和转换法的应用，要求学生理解实验设计的逻辑，明确实验操作中的变量控制要点，以及转换法在实验中的具体体现，同时能分析实验错误并改进，是对实验探究能力的综合考查。
【难度系数】
0.6
本题是探究压力作用效果影响因素的实验题，需结合控制变量法和转换法分析。首先，猜想2的依据要从生活中压力不同时的感受入手；实验中通过海绵形变程度反映压力作用效果（转换法）；甲、乙实验控制受力面积相同，改变压力，验证压力大小的影响；乙、丙控制压力相同，改变受力面积，验证受力面积的影响；丁图实验错误在于未控制压力，改进需保持压力不变改变受力面积；实验方法包括转换法和控制变量法；因木板形变不明显，不能替代海绵。
【解析】
(1) 猜想2是压力作用效果与压力大小有关，生活中提不同重力的袋子时，较重的袋子对手的勒痛感更明显，故依据为：提的袋子越重，手越勒得疼。
(2) 实验中利用转换法，通过海绵的形变程度（凹陷程度）来反映压力的作用效果，形变越明显，压力作用效果越显著。
(3) 甲、乙两次实验，小桌与海绵的受力面积相同，乙中砝码增加了压力，受力面积相同，压力不同，故验证猜想2；实验现象显示乙中海绵形变更大，因此结论：当受力面积相同时，压力越大，压力的作用效果越明显。
(4) 乙、丙实验中，小桌对海绵的压力相同（都有砝码），丙中受力面积更大，乙中海绵形变更明显，故结论：当压力大小相等时，受力面积越小，压力的作用效果越显著。
(5) 丁图中，将木块竖直切开后，剩余部分的压力也减小了，未控制压力大小相等，所以结论错误；改进方法：将长方体木块平放、侧放、立放在海绵上，改变受力面积时保持压力（木块重力）不变。
(6) 实验中，探究某一因素影响时控制其他因素不变，用了控制变量法；通过海绵形变反映压力作用效果，用了转换法，故另一种方法是控制变量法。
(7) 实验需通过形变程度比较作用效果，木板形变不明显，难以观察，故不可以用木板代替海绵。
【答案】
(1) 提的袋子越重，手越勒得疼
(2) 海绵的形变程度
(3) 2；当受力面积相同时，压力越大
(4) 受力面积越小
(5) 控制压力大小相等；将长方体木块平放、侧放、立放在海绵上
(6) 控制变量法
(7) 不可以
【知识点】
压力作用效果；控制变量法；转换法
【点评】
本题是初中物理探究压力作用效果的经典实验题，重点考查控制变量法和转换法的应用，要求学生理解实验设计的逻辑，明确实验操作中的变量控制要点，以及转换法在实验中的具体体现，同时能分析实验错误并改进，是对实验探究能力的综合考查。
【难度系数】
0.6
30. (5分)某小组同学设计了相关的测量方案来测量大气压强的值,实验步骤如下所示。
实验步骤:
①记录注射器内管的横截面积$ S $,然后将注射器活塞推到0毫升处,用橡胶帽把注射器出液口密封;
②将注射器倒立(出液口向上)竖直固定,用一段轻绳把一个水桶吊在活塞上(桶的重力约6 N,桶容积约3 L);
③将水缓慢注入水桶,当发现活塞在水桶拉动下开始缓慢向下移动时马上停止注水;
④测量水桶和水的总重力$ G $并做记录,计算并记录总重力$ G $与横截面积$ S $的比值;
⑤重复以上步骤三次,计算并记录三次结果的平均值。
(见示意图,图中注射器与水桶的大小比例关系不对应真实比例关系)
(1)在该实验中,实验原理是________,实验中多次测量是为了________;
(2)若已知当地的大气压强的值在$ 1 × 10^5 \ \mathrm{Pa} $左右,现有两个内管横截面积不同的注射器可供选择,该实验选择________(选填“A”或“B”)比较合适,理由是________;
A. 内管横截面积$ 0.4 \ \mathrm{cm}^2 $的注射器
B. 内管横截面积$ 3 \ \mathrm{cm}^2 $的注射器
(3)若考虑活塞、绳子所受重力,且用橡胶帽封闭出液口后注射器中还有少量气体存留,测出的大气压强值应________(选填“偏大”或“偏小”)。
实验步骤:
①记录注射器内管的横截面积$ S $,然后将注射器活塞推到0毫升处,用橡胶帽把注射器出液口密封;
②将注射器倒立(出液口向上)竖直固定,用一段轻绳把一个水桶吊在活塞上(桶的重力约6 N,桶容积约3 L);
③将水缓慢注入水桶,当发现活塞在水桶拉动下开始缓慢向下移动时马上停止注水;
④测量水桶和水的总重力$ G $并做记录,计算并记录总重力$ G $与横截面积$ S $的比值;
⑤重复以上步骤三次,计算并记录三次结果的平均值。
(见示意图,图中注射器与水桶的大小比例关系不对应真实比例关系)
(1)在该实验中,实验原理是________,实验中多次测量是为了________;
(2)若已知当地的大气压强的值在$ 1 × 10^5 \ \mathrm{Pa} $左右,现有两个内管横截面积不同的注射器可供选择,该实验选择________(选填“A”或“B”)比较合适,理由是________;
A. 内管横截面积$ 0.4 \ \mathrm{cm}^2 $的注射器
B. 内管横截面积$ 3 \ \mathrm{cm}^2 $的注射器
(3)若考虑活塞、绳子所受重力,且用橡胶帽封闭出液口后注射器中还有少量气体存留,测出的大气压强值应________(选填“偏大”或“偏小”)。
答案
30. (1)$p = \frac{F}{S}$ 减小误差 (2)B 对A活塞上大气压力约为4 N,小于桶的重力,所以实验时选用A注射器无法测出大气压 (3)偏小
【点拨】本题考查测大气压强的实验设计和测量方法。
【解析】(1)测出注射器全部带刻度的长度,求出活塞的横截面积S和测出活塞刚被拉动时的拉力F,就可根据$p = \frac{F}{S}$求出大气压强的值,实验中多次测量是为了减小误差;
(2)因A、B两个注射器,活塞的横截面积分别为$0.4\ \mathrm{cm}^2$和$3\ \mathrm{cm}^2$,当地大气压约为$1.0 × 10^5\ \mathrm{Pa}$,当面积为$0.4\ \mathrm{cm}^2$,即$4 × 10^{-5}\ \mathrm{m}^2$时,由$p = \frac{F}{S}$,可得$F = p × S = 1 × 10^5\ \mathrm{Pa} × 4 × 10^{-5}\ \mathrm{m}^2 = 4\ \mathrm{N}$,对A活塞向上的大气压约为4 N,小于桶的重力,所以实验时选用A注射器无法测出大气压;
(3)若考虑活塞、绳子所受重力及注射器中还有少量气体存留,拉力小于外界大气压,计算出来的大气压强值偏小。
【点拨】本题考查测大气压强的实验设计和测量方法。
【解析】(1)测出注射器全部带刻度的长度,求出活塞的横截面积S和测出活塞刚被拉动时的拉力F,就可根据$p = \frac{F}{S}$求出大气压强的值,实验中多次测量是为了减小误差;
(2)因A、B两个注射器,活塞的横截面积分别为$0.4\ \mathrm{cm}^2$和$3\ \mathrm{cm}^2$,当地大气压约为$1.0 × 10^5\ \mathrm{Pa}$,当面积为$0.4\ \mathrm{cm}^2$,即$4 × 10^{-5}\ \mathrm{m}^2$时,由$p = \frac{F}{S}$,可得$F = p × S = 1 × 10^5\ \mathrm{Pa} × 4 × 10^{-5}\ \mathrm{m}^2 = 4\ \mathrm{N}$,对A活塞向上的大气压约为4 N,小于桶的重力,所以实验时选用A注射器无法测出大气压;
(3)若考虑活塞、绳子所受重力及注射器中还有少量气体存留,拉力小于外界大气压,计算出来的大气压强值偏小。
解析
【分析】
要解决这道实验题，需明确实验原理、器材选择依据和误差来源：
1. 问题（1）：实验中活塞刚被拉动时，水桶总重力近似等于大气对活塞的压力，根据压强公式可计算大气压强，测量类实验多次测量是为了减小偶然误差。
2. 问题（2）：需计算两种注射器对应的大气压力，对比桶的重力判断是否能拉动活塞：先将横截面积单位换算为平方米，再用$F=pS$计算，若大气压力小于桶重则无法拉动，反之可以，据此选合适的注射器。
3. 问题（3）：若注射器内有残留气体，气体会对活塞产生向下的压力，加上活塞和绳子的重力，会使水桶总重力小于实际大气压力，导致测量的压强偏小。
【解析】
(1) 当活塞刚被拉动时，活塞受到的拉力（等于水桶总重力）近似等于大气对活塞的压力，根据压强公式可得实验原理为$p = \frac{F}{S}$；本实验是测量类实验，多次测量求平均值是为了减小误差。
(2) 计算两种注射器对应的大气压力：
A的横截面积$S_A = 0.4\ \mathrm{cm}^2 = 0.4 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2$，大气压力$F_A = pS_A = 1 × 10^5\ \mathrm{Pa} × 0.4 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 4\ \mathrm{N}$，小于桶的重力约6N，无法拉动活塞，不能完成实验；
B的横截面积$S_B = 3\ \mathrm{cm}^2 = 3 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2$，大气压力$F_B = pS_B = 1 × 10^5\ \mathrm{Pa} × 3 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 30\ \mathrm{N}$，大于桶的重力约6N，能拉动活塞，故选择B。
(3) 若注射器内有少量气体，气体会对活塞产生向下的压力，同时活塞、绳子的重力也向下，平衡时水桶总重力$G = F_{\mathrm{大气}} - F_{\mathrm{内气}} - G_{\mathrm{活塞}}$，计算时用$G/S$得到的压强小于实际大气压强，故测出的大气压强值偏小。
【答案】
(1)$p = \frac{F}{S}$；减小误差 (2)B；A活塞受到的大气压力约为4N，小于桶的重力，无法拉动活塞，B活塞受到的大气压力约为30N，大于桶的重力，能拉动活塞 (3)偏小
【知识点】
大气压强测量、压强公式应用、实验误差分析
【点评】
本题考查利用二力平衡和压强公式测量大气压强的实验，涵盖实验原理、器材选择和误差分析，需学生理解实验中力的平衡关系，掌握单位换算和误差判断方法，属于基础实验题，难度适中。
【难度系数】
0.5
要解决这道实验题，需明确实验原理、器材选择依据和误差来源：
1. 问题（1）：实验中活塞刚被拉动时，水桶总重力近似等于大气对活塞的压力，根据压强公式可计算大气压强，测量类实验多次测量是为了减小偶然误差。
2. 问题（2）：需计算两种注射器对应的大气压力，对比桶的重力判断是否能拉动活塞：先将横截面积单位换算为平方米，再用$F=pS$计算，若大气压力小于桶重则无法拉动，反之可以，据此选合适的注射器。
3. 问题（3）：若注射器内有残留气体，气体会对活塞产生向下的压力，加上活塞和绳子的重力，会使水桶总重力小于实际大气压力，导致测量的压强偏小。
【解析】
(1) 当活塞刚被拉动时，活塞受到的拉力（等于水桶总重力）近似等于大气对活塞的压力，根据压强公式可得实验原理为$p = \frac{F}{S}$；本实验是测量类实验，多次测量求平均值是为了减小误差。
(2) 计算两种注射器对应的大气压力：
A的横截面积$S_A = 0.4\ \mathrm{cm}^2 = 0.4 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2$，大气压力$F_A = pS_A = 1 × 10^5\ \mathrm{Pa} × 0.4 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 4\ \mathrm{N}$，小于桶的重力约6N，无法拉动活塞，不能完成实验；
B的横截面积$S_B = 3\ \mathrm{cm}^2 = 3 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2$，大气压力$F_B = pS_B = 1 × 10^5\ \mathrm{Pa} × 3 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 30\ \mathrm{N}$，大于桶的重力约6N，能拉动活塞，故选择B。
(3) 若注射器内有少量气体，气体会对活塞产生向下的压力，同时活塞、绳子的重力也向下，平衡时水桶总重力$G = F_{\mathrm{大气}} - F_{\mathrm{内气}} - G_{\mathrm{活塞}}$，计算时用$G/S$得到的压强小于实际大气压强，故测出的大气压强值偏小。
【答案】
(1)$p = \frac{F}{S}$；减小误差 (2)B；A活塞受到的大气压力约为4N，小于桶的重力，无法拉动活塞，B活塞受到的大气压力约为30N，大于桶的重力，能拉动活塞 (3)偏小
【知识点】
大气压强测量、压强公式应用、实验误差分析
【点评】
本题考查利用二力平衡和压强公式测量大气压强的实验，涵盖实验原理、器材选择和误差分析，需学生理解实验中力的平衡关系，掌握单位换算和误差判断方法，属于基础实验题，难度适中。
【难度系数】
0.5
