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三、解答题(共48分)
15. (6分)在探究“压力的作用效果与哪些因素有关”的实验中,小明同学用海绵、小桌和砝码做了如图甲、乙、丙所示的一系列实验。
(1)实验中是通过比较海绵的
(2)通过比较
(3)同桌小红用一支铅笔来探究“压力的作用效果与受力面积的关系”,她设计了如图丁、戊所示的两种实验方案,你认为图
15. (6分)在探究“压力的作用效果与哪些因素有关”的实验中,小明同学用海绵、小桌和砝码做了如图甲、乙、丙所示的一系列实验。
(1)实验中是通过比较海绵的
凹陷程度
来判断压力的作用效果的;若实验室没有海绵,则小明不能
(选填“能”或“不能”)用木板代替海绵进行实验。(2)通过比较
乙、丙
两次实验,可以探究压力的作用效果与受力面积大小的关系,得到的结论是:在压力相同时,受力面积越小
,压力的作用效果越明显。(3)同桌小红用一支铅笔来探究“压力的作用效果与受力面积的关系”,她设计了如图丁、戊所示的两种实验方案,你认为图
戊
所示的方案更合理一些,另一种方案不足的原因是没有控制压力大小相同
答案
(1)凹陷程度 不能 (2)乙、丙 小 (3)戊 没有控制压力大小相同
【点拨】本题考查探究影响压力的作用效果与什么因素有关的实验。
【解析】(1)该实验通过比较海绵的凹陷程度来显示压力的作用效果,海绵的凹陷程度越大,压力作用效果越明显;我们一般选择海绵、泡沫塑料等较易形变的材料,如果用木板代替海绵做此实验,则不能完成实验,这是因为木板的形变程度不明显。
(2)由乙、丙两图所示实验现象可知,压力大小相同,乙图中受力面积较小,压力的作用效果较明显,可以得到压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越显著。
(3)探究压力的作用效果与受力面积的关系,要控制压力大小相同,图戊中铅笔水平放置且处于静止状态,则两手指对铅笔的压力大小相等;而图丁中因铅笔的重力作用,压力大小不同,故图丁的方法不合理,原因是没有控制压力大小相同。
【点拨】本题考查探究影响压力的作用效果与什么因素有关的实验。
【解析】(1)该实验通过比较海绵的凹陷程度来显示压力的作用效果,海绵的凹陷程度越大,压力作用效果越明显;我们一般选择海绵、泡沫塑料等较易形变的材料,如果用木板代替海绵做此实验,则不能完成实验,这是因为木板的形变程度不明显。
(2)由乙、丙两图所示实验现象可知,压力大小相同,乙图中受力面积较小,压力的作用效果较明显,可以得到压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越显著。
(3)探究压力的作用效果与受力面积的关系,要控制压力大小相同,图戊中铅笔水平放置且处于静止状态,则两手指对铅笔的压力大小相等;而图丁中因铅笔的重力作用,压力大小不同,故图丁的方法不合理,原因是没有控制压力大小相同。
解析
【分析】
本题是探究“压力的作用效果与哪些因素有关”的实验，核心运用转换法和控制变量法。首先，压力的作用效果通过受力物体的形变程度来体现（转换法）；探究某一因素的影响时，需控制其他因素不变（控制变量法）。针对各小问，需结合实验设计的要求逐一分析：
1. 第一问需明确判断压力作用效果的依据，以及替代材料的要求；
2. 第二问需找到控制压力相同、改变受力面积的实验组，推导结论；
3. 第三问需判断实验方案是否满足控制变量的要求，分析不合理方案的原因。
【解析】
(1) 实验中利用转换法，通过比较海绵的凹陷程度来判断压力的作用效果，凹陷程度越大，压力作用效果越明显；若用木板代替海绵，由于木板的形变程度不明显，无法准确观察压力的作用效果，因此不能用木板代替海绵。
(2) 探究压力的作用效果与受力面积的关系时，需控制压力大小相同，改变受力面积。乙、丙两次实验中，小桌和砝码的总重力相同（压力相同），乙中受力面积小，海绵凹陷更明显，因此通过乙、丙两次实验可得出：在压力相同时，受力面积越小，压力的作用效果越明显。
(3) 探究压力的作用效果与受力面积的关系时，需控制压力大小相同。图丁中，铅笔竖直放置，铅笔的重力会导致上下手指受到的压力不同；图戊中，铅笔水平放置，两手指对铅笔的压力大小相等（控制了压力相同），仅受力面积不同，因此图戊的方案更合理，图丁方案的不足是没有控制压力大小相同。
【答案】
(1)凹陷程度 不能 (2)乙、丙 小 (3)戊 没有控制压力大小相同
【知识点】
探究压力作用效果的实验、转换法、控制变量法
【点评】
本题考查探究压力作用效果的经典实验，重点考查转换法和控制变量法的应用，是力学基础实验题，需学生掌握实验设计的核心思路，难度适中。
【难度系数】
0.5
本题是探究“压力的作用效果与哪些因素有关”的实验，核心运用转换法和控制变量法。首先，压力的作用效果通过受力物体的形变程度来体现（转换法）；探究某一因素的影响时，需控制其他因素不变（控制变量法）。针对各小问，需结合实验设计的要求逐一分析：
1. 第一问需明确判断压力作用效果的依据，以及替代材料的要求；
2. 第二问需找到控制压力相同、改变受力面积的实验组，推导结论；
3. 第三问需判断实验方案是否满足控制变量的要求，分析不合理方案的原因。
【解析】
(1) 实验中利用转换法，通过比较海绵的凹陷程度来判断压力的作用效果，凹陷程度越大，压力作用效果越明显；若用木板代替海绵，由于木板的形变程度不明显，无法准确观察压力的作用效果，因此不能用木板代替海绵。
(2) 探究压力的作用效果与受力面积的关系时，需控制压力大小相同，改变受力面积。乙、丙两次实验中，小桌和砝码的总重力相同（压力相同），乙中受力面积小，海绵凹陷更明显，因此通过乙、丙两次实验可得出：在压力相同时，受力面积越小，压力的作用效果越明显。
(3) 探究压力的作用效果与受力面积的关系时，需控制压力大小相同。图丁中，铅笔竖直放置，铅笔的重力会导致上下手指受到的压力不同；图戊中，铅笔水平放置，两手指对铅笔的压力大小相等（控制了压力相同），仅受力面积不同，因此图戊的方案更合理，图丁方案的不足是没有控制压力大小相同。
【答案】
(1)凹陷程度 不能 (2)乙、丙 小 (3)戊 没有控制压力大小相同
【知识点】
探究压力作用效果的实验、转换法、控制变量法
【点评】
本题考查探究压力作用效果的经典实验，重点考查转换法和控制变量法的应用，是力学基础实验题，需学生掌握实验设计的核心思路，难度适中。
【难度系数】
0.5
17. (8分)如图1是某实验小组的同学探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验步骤。
(1)从图1A中可知物块的重力为N。
(2)比较图1中B和C数据可知,人从浅水区走向深水区时,变大,导致浮力变大。
(3)比较图1中A、D和E,可以得出的结论是:。
(4)本实验采用的物理方法是(选填“控制变量法”或“转换法”)。
(5)根据阿基米德原理计算出上述实验中物块的密度:$\rho_{物}=\_\_\_\_\_\_\mathrm{kg/m}^3$。
(6)小明还想用图2所示装置验证阿基米德原理:将装满水的溢水杯放在升降台上,用升降台来调节溢水杯的高度。当逐渐调高升降台时,小明发现随着重物浸入水中的体积变大,弹簧测力计甲的示数变小,此时弹簧测力计乙的示数会(选填“变大”“变小”或“不变”),若它们的变化量相等,则证明$F_{浮}$(选填“＞”“＜”或“=”)$G_{排}$。
(1)从图1A中可知物块的重力为N。
(2)比较图1中B和C数据可知,人从浅水区走向深水区时,变大,导致浮力变大。
(3)比较图1中A、D和E,可以得出的结论是:。
(4)本实验采用的物理方法是(选填“控制变量法”或“转换法”)。
(5)根据阿基米德原理计算出上述实验中物块的密度:$\rho_{物}=\_\_\_\_\_\_\mathrm{kg/m}^3$。
(6)小明还想用图2所示装置验证阿基米德原理:将装满水的溢水杯放在升降台上,用升降台来调节溢水杯的高度。当逐渐调高升降台时,小明发现随着重物浸入水中的体积变大,弹簧测力计甲的示数变小,此时弹簧测力计乙的示数会(选填“变大”“变小”或“不变”),若它们的变化量相等,则证明$F_{浮}$(选填“＞”“＜”或“=”)$G_{排}$。
答案
(1)4.8 (2)排开液体的体积 (3)浮力大小与液体的密度有关 (4)控制变量法 (5)$8×10^3$ (6)变大 =
【点拨】本题考查探究浮力大小与什么因素有关,探究阿基米德原理实验装置和操作步骤。
【解析】(1)由图1A可知,弹簧测力计的分度值为0.2 N,弹簧测力计示数为4.8 N,所以物块的重力为4.8 N。
(2)由图1B到C,物块排开水的体积增大,弹簧测力计示数变小,根据称重法可知,浮力变大。所以从浅水区走向深水区时,人排开水的体积变大,受到的浮力变大。
(3)比较图1D和E,物块浸入液体的体积相同,液体的密度不同,弹簧测力计的示数不同,根据称重法可知,浮力不同。所以可以得出:浮力大小与液体的密度有关。
(4)实验中探究浮力和密度的关系,保持物块排开液体的体积不变;探究浮力和排开液体体积的关系时,保持液体的密度不变,实验运用了控制变量法。
(5)由A、D两图可知,物块浸没于水中所受浮力为$F_{\mathrm{浮}}=G-F_{\mathrm{拉}}=4.8\ \mathrm{N}-4.2\ \mathrm{N}=0.6\ \mathrm{N}$,由阿基米德原理可得,物块的体积为$V=V_{\mathrm{排水}}=\frac{F_{\mathrm{浮}}}{\rho_{\mathrm{水}}g}=\frac{0.6\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}}=6×10^{-5}\ \mathrm{m^3}$,物块的质量为$m=\frac{G}{g}=\frac{4.8\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}}=0.48\ \mathrm{kg}$,则物块的密度为$\rho_{\mathrm{物}}=\frac{m}{V}=\frac{0.48\ \mathrm{kg}}{6×10^{-5}\ \mathrm{m^3}}=8×10^3\ \mathrm{kg/m^3}$。
(6)随着重物浸入水中的体积变大,重物所受浮力变大,排开液体的重力变大,弹簧测力计甲的示数变小,弹簧测力计乙示数变大;弹簧测力计甲的示数变化量为重物所受浮力的变化量,弹簧测力计乙的变化量为排开液体的重力的变化量,若两者相等,即证明物体所受浮力等于排开液体的重力,即$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排}}$。
【点拨】本题考查探究浮力大小与什么因素有关,探究阿基米德原理实验装置和操作步骤。
【解析】(1)由图1A可知,弹簧测力计的分度值为0.2 N,弹簧测力计示数为4.8 N,所以物块的重力为4.8 N。
(2)由图1B到C,物块排开水的体积增大,弹簧测力计示数变小,根据称重法可知,浮力变大。所以从浅水区走向深水区时,人排开水的体积变大,受到的浮力变大。
(3)比较图1D和E,物块浸入液体的体积相同,液体的密度不同,弹簧测力计的示数不同,根据称重法可知,浮力不同。所以可以得出:浮力大小与液体的密度有关。
(4)实验中探究浮力和密度的关系,保持物块排开液体的体积不变;探究浮力和排开液体体积的关系时,保持液体的密度不变,实验运用了控制变量法。
(5)由A、D两图可知,物块浸没于水中所受浮力为$F_{\mathrm{浮}}=G-F_{\mathrm{拉}}=4.8\ \mathrm{N}-4.2\ \mathrm{N}=0.6\ \mathrm{N}$,由阿基米德原理可得,物块的体积为$V=V_{\mathrm{排水}}=\frac{F_{\mathrm{浮}}}{\rho_{\mathrm{水}}g}=\frac{0.6\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}}=6×10^{-5}\ \mathrm{m^3}$,物块的质量为$m=\frac{G}{g}=\frac{4.8\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}}=0.48\ \mathrm{kg}$,则物块的密度为$\rho_{\mathrm{物}}=\frac{m}{V}=\frac{0.48\ \mathrm{kg}}{6×10^{-5}\ \mathrm{m^3}}=8×10^3\ \mathrm{kg/m^3}$。
(6)随着重物浸入水中的体积变大,重物所受浮力变大,排开液体的重力变大,弹簧测力计甲的示数变小,弹簧测力计乙示数变大;弹簧测力计甲的示数变化量为重物所受浮力的变化量,弹簧测力计乙的变化量为排开液体的重力的变化量,若两者相等,即证明物体所受浮力等于排开液体的重力,即$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排}}$。
解析
【分析】
本题围绕“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验展开，解题思路如下：
1. 读取弹簧测力计示数时，先确定分度值，图A中弹簧测力计分度值为0.2N，直接读数得到物块重力；
2. 对比B、C两图，液体密度相同，排开液体体积不同，结合称重法分析浮力变化，对应人从浅水区到深水区的变化；
3. 对比A、D、E，物块排开液体体积相同，液体密度不同，分析浮力差异得出结论；
4. 实验中控制某一变量不变，研究另一变量对浮力的影响，判断所用方法；
5. 利用称重法计算物块浸没在水中的浮力，结合阿基米德原理求物块体积，再由重力计算质量，最后求出物块密度；
6. 图2装置中，根据阿基米德原理，重物浸入体积变大时排开液体重力变化，分析弹簧测力计乙的示数变化，结合变化量关系验证阿基米德原理。
【解析】
(1) 图A中弹簧测力计分度值为0.2N，示数为4.8N，因此物块的重力为4.8N；
(2) B、C中液体均为水，密度相同，C中物块排开液体体积更大，弹簧测力计示数更小，由称重法$F_{浮}=G-F_{拉}$知浮力更大，所以人从浅水区走向深水区时，排开液体的体积变大，浮力变大；
(3) A、D、E中，物块排开液体的体积相同，D中是水，E中是盐水，液体密度不同，弹簧测力计示数不同，浮力不同，因此结论：浮力大小与液体的密度有关；
(4) 实验中探究浮力与排开体积的关系时控制液体密度不变，探究浮力与液体密度的关系时控制排开体积不变，采用的是控制变量法；
(5) 物块浸没在水中时，由A、D得浮力$F_{浮}=G-F_{拉}=4.8N-4.2N=0.6N$，根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$，得物块体积$V=V_{排}=\frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}=\frac{0.6N}{1.0×10^3kg/m^3×10N/kg}=6×10^{-5}m^3$；物块质量$m=\frac{G}{g}=\frac{4.8N}{10N/kg}=0.48kg$，故物块密度$\rho_{物}=\frac{m}{V}=\frac{0.48kg}{6×10^{-5}m^3}=8×10^3kg/m^3$；
(6) 图2中，重物浸入水中体积变大，浮力变大，排开的水增多，弹簧测力计乙测桶和排开水的总重，因此乙的示数变大；弹簧测力计甲的示数变化量等于浮力变化量，乙的示数变化量等于排开液体重力的变化量，若两者变化量相等，说明$F_{浮}=G_{排}$。
【答案】
(1)4.8 (2)排开液体的体积 (3)浮力大小与液体的密度有关 (4)控制变量法 (5)$8×10^3$ (6)变大 =
【知识点】
浮力的影响因素、阿基米德原理、控制变量法
【点评】
本题是初中浮力部分的经典实验题，综合考查了浮力影响因素的探究、控制变量法的应用、阿基米德原理的理解与验证，以及密度计算，需要学生掌握称重法测浮力、阿基米德原理的公式应用，理解实验设计逻辑，是对浮力核心知识点的综合考查。
【难度系数】
0.6
本题围绕“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验展开，解题思路如下：
1. 读取弹簧测力计示数时，先确定分度值，图A中弹簧测力计分度值为0.2N，直接读数得到物块重力；
2. 对比B、C两图，液体密度相同，排开液体体积不同，结合称重法分析浮力变化，对应人从浅水区到深水区的变化；
3. 对比A、D、E，物块排开液体体积相同，液体密度不同，分析浮力差异得出结论；
4. 实验中控制某一变量不变，研究另一变量对浮力的影响，判断所用方法；
5. 利用称重法计算物块浸没在水中的浮力，结合阿基米德原理求物块体积，再由重力计算质量，最后求出物块密度；
6. 图2装置中，根据阿基米德原理，重物浸入体积变大时排开液体重力变化，分析弹簧测力计乙的示数变化，结合变化量关系验证阿基米德原理。
【解析】
(1) 图A中弹簧测力计分度值为0.2N，示数为4.8N，因此物块的重力为4.8N；
(2) B、C中液体均为水，密度相同，C中物块排开液体体积更大，弹簧测力计示数更小，由称重法$F_{浮}=G-F_{拉}$知浮力更大，所以人从浅水区走向深水区时，排开液体的体积变大，浮力变大；
(3) A、D、E中，物块排开液体的体积相同，D中是水，E中是盐水，液体密度不同，弹簧测力计示数不同，浮力不同，因此结论：浮力大小与液体的密度有关；
(4) 实验中探究浮力与排开体积的关系时控制液体密度不变，探究浮力与液体密度的关系时控制排开体积不变，采用的是控制变量法；
(5) 物块浸没在水中时，由A、D得浮力$F_{浮}=G-F_{拉}=4.8N-4.2N=0.6N$，根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$，得物块体积$V=V_{排}=\frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}=\frac{0.6N}{1.0×10^3kg/m^3×10N/kg}=6×10^{-5}m^3$；物块质量$m=\frac{G}{g}=\frac{4.8N}{10N/kg}=0.48kg$，故物块密度$\rho_{物}=\frac{m}{V}=\frac{0.48kg}{6×10^{-5}m^3}=8×10^3kg/m^3$；
(6) 图2中，重物浸入水中体积变大，浮力变大，排开的水增多，弹簧测力计乙测桶和排开水的总重，因此乙的示数变大；弹簧测力计甲的示数变化量等于浮力变化量，乙的示数变化量等于排开液体重力的变化量，若两者变化量相等，说明$F_{浮}=G_{排}$。
【答案】
(1)4.8 (2)排开液体的体积 (3)浮力大小与液体的密度有关 (4)控制变量法 (5)$8×10^3$ (6)变大 =
【知识点】
浮力的影响因素、阿基米德原理、控制变量法
【点评】
本题是初中浮力部分的经典实验题，综合考查了浮力影响因素的探究、控制变量法的应用、阿基米德原理的理解与验证，以及密度计算，需要学生掌握称重法测浮力、阿基米德原理的公式应用，理解实验设计逻辑，是对浮力核心知识点的综合考查。
【难度系数】
0.6
