探究压强与浮力考题精析

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　　一、探究压力的作用效果与什么因素有关
        　　力的作用效果有两个：使物体发生形变和改变物体的运动状态。压力的作用效果是使物体发生形变。同一个物体形变越大，表明它受到的压力越大，根据形变程度来反映压力的作用效果是“转换法”。压力的作用效果与压力大小、受力面积的大小都有关系。
        　　例1(09泰安)小明同学在探究“压力的作用效果与压力大小的关系”时，做了如下图1甲、乙所示的实验。
        　　(1)实验能够得到的结论是 。
        　　(2)若想继续探究“压力的作用效果与受力面积大小的关系”，应再做图_______(填“丙”或“丁”)所示实验。
        　　
       

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        　　解析：(1)比较甲、乙可以看出，二者相同的是海绵的受力面积，不同的是海绵受到的压力和海绵的形变程度。于是有些同学得出结论：压力越大，形变越大。这里就有两个错误：一是实验的目的搞偏了，题目探究的是“压力的作用效果与压力大小的关系”，你的答案却是“压力与形变的关系”，这个实验中我们是利用形变的大小来反映压力的作用效果的;二是结论不严密，科学的东西是严密的，我们的学习就是通过严谨的态度，获得严密的结论，上面的回答就缺少一个前提条件，即受力面积相同。(2)要探究“压力的作用效果与受力面积大小的关系”，就要运用控制变量的思想，就是要设法改变受力面积，同时要保持其它因素都不变。比较丙、丁可以看出，与甲相比，它们都改变了受力面积，都保持了压力不变，似乎两个图都符合控制变量的要求。如果你再仔细观察丙中不是海绵，你就会明白丙改变了受力物体的硬度，不符合控制变量的要求。
        　　答案：(1)受力面积一定时，压力越大，压力的作用效果越明显;(2)丁。
        　　二、探究液体内部压强规律
        　　液体由于受到重力作用，对容器底部有压强;又由于具有流动性，对容器侧壁也有压强;液体内部向各个方向都有压强;液体压强的大小与液体的密度和深度有关，与液体的质量、容器的形状无关。要研究液体内部压强的大小和方向，我们要用到一个专门的器材──压强计。压强计中U型管左右液面的高度差能反映液体压强的大小，高度差大，反映液体压强大;橡皮膜在水中的方向能反映出液体压强的方向，橡皮膜朝下，它受到的液体压强朝上。
        　　例2(09烟台)下表是小明同学利用图2所示的实验装置探究液体压强规律时所测得的部分数据。
        　　

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实验次数	深度h/cm	橡皮膜在水中的方向	U型管左右液面高度差/cm
1	3	朝上	2．6
2	6	朝上	5．4
3	9	朝上	8．2
4	9	朝下	8．0
5	9	朝左	8．2
6	9	朝右	8．2

        　　(1)实验所得的数据有一组是错误的，其实验序号为________________。
        　　(2)综合分析上列实验数据，归纳可以得出液体压强的规律：①____________________，该结论是通过分析比较实验序号____的数据得出来的。②_______________________，该结论是通过分析比较实验序号____的数据得出来的。
        　　解析：(1)液体内部压强的规律是：压强随深度的增加而增大，在同一深度，液体向各个方向的压强相等。这样找出第4次的数据“8.0”是错误的，应该也为“8.2”。
        　　(2)要通过实验数据，归纳得出液体压强的规律，就要观察比较数据的相同和不同点。观察第1、2、3次实验可以看出，深度增加，压强计中U型管左右液面的高度差增大，表明压强增大;观察第3、5、6次实验，可以得出在同一深度，液体向各个方向的压强相等。
        　　答案：(1)4。
        　　(2)①液体内部的压强随深度的增加而增大 1、2、3;②在同一深度，液体向各个方向的压强相等 3、5、6。
        　　三、探究大气压大小的实验
        　　与液体压强的产生原因相同，大气因为受到重力并具有流动性，所以大气对浸入其中的物体具有压强，大气压强的方向也是向着各个方向的。马德堡半球实验显示了大气压非常大，托里拆利实验能测量出大气压的数值，约等于76厘米水银柱产生的压强，合1.013×105Pa。
        　　例3(09山东临沂)为测量大气压强的数值，王欣同学进行了如下实验，将塑料挂钩吸盘按压在光滑水平玻璃下面，挤出塑料吸盘内的空气，测出吸盘压在玻璃上的面积为S;将装适量细沙的小桶轻轻挂在吸盘下面的塑料挂钩上，如图3所示，用小勺轻轻向桶内加细沙，直到塑料吸盘刚好脱落玻璃板，测出此时塑料挂钩、小桶和沙的总重力为G。
        　　
       

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        　　(1)吸盘即将脱离玻璃板时，空气对塑料吸盘的压力大小是__________，所测大气压强的数值是_____________。
        　　(2)该方法所测大气压强数值往往比实际值小一些，你认为产生这一误差的原因可能是(一条即可)：___________________________________。
        　　解析：如果不挤出塑料吸盘内的空气，虽然吸盘的上下两个面都受到大气压强，但它们大小相等，方向相反，彼此平衡，吸盘下面是不可能挂住物体的。挤出塑料吸盘内的空气，吸盘就只受到大气给它向上的压力，其大小为F=PS(P为大气压，S为吸盘压在玻璃上的面积)。吸盘还要承受塑料挂钩、小桶和沙的总重力G，当吸盘刚好脱落玻璃板时，可以认为F=G，根据以上两个等式就可以测量出大气压的数值。可以想象，如果吸盘里面存有空气，它就会抵消一部分外面的大气压，使所测大气压强的数值偏小。
        　　答案：(1)G G/S。
        　　(2)吸盘的空气没有完全挤出(或吸盘的气密性不好;实验过程中有外部空气进入吸盘;吸盘脱离玻璃板前面积有所减小等)。
        　　四、探究浮力大小与哪些因素有关
        　　浸在液体或气体中的物体要受到液体或气体竖直向上的托力，这就是浮力。浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力，即F浮=G排液=ρ液gV排。可以看出，物体受到的浮力只与液体的密度和物体排开液体的体积有关，与物体的重力、密度、体积、形状等无关，与容器中液体的重力等无关。阿基米德原理不仅适用于液体，也适用于气体。此时F浮=ρ气gV排，浸在大气里的物体，V排=V物。
        　　例4(09福州市)翔翔在家探究鸡蛋受到的浮力大小与哪些因素有关，如图4所示。请仔细观察图示并回答下列问题：
        　　(1)从A、B两图可知，鸡蛋在水中受到的浮力大小是___N。
        　　(2)根据B、C两实验，他就得出鸡蛋受到的浮力大小与液体的密度有关，你认为对呢?________，理由是________。
        　　
       

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        　　解析：(1)同一个物体在空气中和在液体中用弹簧测力计称重，我们会发现物体在液体中时弹簧测力计的示数变小了，这并不表示物体受到的重力变小了，而是因为物体受到液体给它向上的浮力，两次示数差多少，就表明浮力等于多少。即浮力可以用“称重法”测量，浮力的大小等于物体在空气中静止时弹簧测力计的示数减去物体在液体中静止时弹簧测力计的示数。
        　　(2)物体受到的浮力大小确实与液体的密度有关，但根据B、C两实验，得出这个结论并不对，因为没有控制变量，即B、C两实验中，除了液体种类不同外，鸡蛋排开液体的体积并不相同。
        　　答案：(1)0.5。
        　　(2)不对 实验中没有控制鸡蛋排开液体的体积相同。
        　　五、探究物体浮沉的条件
        　　浸没在液体中的物体，如果只受到向下的重力G和向上的浮力F浮，不再受到其它的力，根据二力的平衡条件，当G=F浮时，物体可以静止在液体中或在液体中作匀速直线运动，我们称为悬浮;G>F浮时，物体在液体中加速向下运动，称为下沉;Gρ液时，物体在液体中下沉;当ρ物
       
       
       
                　　例5(09湖州)某科学兴趣小组用以下器材设计实验，探究“物体漂浮时，所受浮力与自身重力的大小关系”。
       
                　　器材：弹簧秤、量筒、小塑料瓶、细线、若干玻璃珠。
       
                　　①向量筒中注入适量的水，读出量筒中水的体积V1=30 毫升。
       
                　　②在质量为5克的小塑料瓶中放入适量的玻璃珠，测出放有玻璃珠的小塑料瓶的重力G
       
                　　③将该小塑料瓶放人量筒中，使它浮在水面上。稳定时读出水面对应的刻度V2=90 毫升。
       
                　　④比较小塑料瓶的重力和所受的浮力的大小关系，可以初步得出结论。
       
                　　
       
               

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                　　(1)使用测量仪器前，应观察它的量程和最小刻度值。图示弹簧测力计的量程是 牛。
       
                　　(2)小塑料瓶本身就能浮在水面，实验时为什么还要放入适量的玻璃珠? 。
       
                　　(3)计算放有玻璃珠的小塑料瓶所受的浮力F= 牛
       
                　　解析：题目不是考查探究实验的结论，而是以这个实验为载体，对探究的过程进行考查，特别考查的是实验时，如何减小误差。因为本实验中小塑料瓶的重力太小了，如果直接用弹簧测力计测量，误差太大。同时由于小塑料瓶的重力太小，当它在水面漂浮时，受到的浮力也很小，这样它排开水的体积也很小，即将该小塑料瓶放入量筒中，使它浮在水面上。稳定时水面对应的刻度与原来相比变化不大，这也会增大实验误差，使测量不准确。为了避免上述情况的发生，最简单有效的方法便是在小塑料瓶中放入适量的玻璃珠，来增加瓶的重力。第3问计算浮力时，直接利用阿基米德原理就行了。
       
                　　答案：(1)5。
       
                　　(2)能用弹簧测力计比较准确地测量出小塑料瓶的重力(或“使塑料瓶有较大体积浸在水中，减小测量误差”)。
       
                　　(3)0.6。