版块9 压强 专题9-7 压强相关实验 （学生版） 初中物理尖子生自主招生培优讲义83讲

专题9-7 压强相关实验 知识· 解读 实验一 探究影响压力作用效果的因素 【设计和进行实验】 1 实验主要器材:海绵、沙子或橡皮泥等容易发生形变的物体(不用木板:因为受力时不容易 发生形变,不利于观察实验现象)。 2 实验方法:①转换法(通过海绵的凹陷程度来比较压力的作用效果)。 ②控制变量法(探究压力的作用效果与压力大小的关系应控制受力面积不变;探究压力的作 用效果与受力面积的关系应控制压力大小不变,通常采用叠加法)。 【实验结论】 3 压力的作用效果与压力的大小和接触面积大小有关。压力一定时,接触面积越小,压力的作 用效果越明显;接触面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显。 突破二 研究液体内部的压强 【设计和进行实验】 1 实验主要器材:U 形管压强计(实验前需检查装置气密性:用手指压橡皮膜,观察U 形管两侧 液面是否有高度差。若有,说明良好;若高度差几乎不变,说明装置漏气,要重新组装)。 2 实验方法:转换法(根据U 形管两侧液面的高度差来判断液体压强的大小)、控制变量法(① 保持探头在液体中深度不变,改变探头方向,探究液体压强与方向的关系;②改变探头在液体 中深度,探究液体压强与深度的关系;③同一深度,换用不同的液体,探究液体压强与液体密度 的关系)。 【数据处理和分析】 3 设计实验数据记录表格,分析表格数据,可得出液体内部压强的特点:液体内部各个方向都 有压强,并且在液体内部的同一深度,向各个方向的压强都相等,深度越深,压强越大,液体内 部压强的大小还跟液体的密度有关,在深度相同时,液体的密度越大,压强越大。(液体压强的 第 1 页 / 共 6 页 计算式:p=ρg) 典例· 解读 例1、在探究压力的作用效果与哪些因素有关的实验中,小邹同学用一块海绵和两块规格相 同的长方体砖块做了如图所示的一系列实验,请仔细观察,并分析回答下列问题: (1)压力的作用效果的大小是通过比较海绵的 程度来确定的。 (2)分析比较图乙和图丙的实验现象,可以得出结论: 。 (3)分析比较图 的实验现象,可得出结论:当受力面积相同时,压力越大,压力的作用 效果越显著。 (4) 进一步综合分析图甲、乙、丙和丁的实验现象, 并归纳得出结论: 。 【答】(1)凹陷 (2)当压力相同时,受力面积越小,压力作用效果越显著 (3)乙和丁 (4)压力作用效果与压力的大小和受力面积的大小有关,压力越大,受力面积越小,压力作用效果 越显著 【解析】实验中是利用砖块在海绵上探究压力的作用效果,是因为海绵受力后形状容易改变,通过其凹 陷程度反映压力的作用效果的大小;图乙与图丙实验中砖对海绵的压力相同,受力面积不同,压 力的作用效果不同,说明压力的作用效果与受力面积有关;图乙、丁中海绵的受力面积相等,而 压力不等,压力较大的丁图中海绵凹陷得深,说明压力的作用效果明显,从而得出压力的作用效 果与压力大小有关。 例2、下图是用压强计探究液体内部压强的情境。 第 2 页 / 共 6 页 (1)把探头放入水中,通过观察U 形管两边液面的高度差来判断探头处水的压强的大小,高度 差越大,水的压强 (选填“越大”或“越小”)。 (2)比较甲图、乙图和丙图,可以得到:在同一深度,液体内部向各个方向的压强 。 (3)在乙图中把探头慢慢下移,可以观察到U 形管两边液体的高度差增大,从而得到:在同一种 液体里,液体的压强随 的增加而增大。 (4)在乙图中,若只将烧杯中的水换成盐水,其他条件不变,则可以观察到U 形管两边液体的 。 【答】(1)越大 (2)相等 (3)深度 (4)高度差变大 【解析】(1)把水的内部压强的大小转换成U 形管两边液面高度差的大小来判断,液面高度差越大,表示 水内部的压强越大。 (2)比较甲图、乙图和丙图,控制液体密度和深度不变,改变探头的方向,U 形管两侧的液面高 度差相等。可以得到:在同一深度,液体内部向各个方向的压强相等。 (3)在乙图中把探头慢慢下移,控制液体的密度不变,改变深度,可以观察到U 形管两边液体的高 度差增大,得到:在同一种液体里,液体的压强随深度的增加而增大。 (4)在乙图中,若只将烧杯中的水换成盐水,其他条件不变,控制深度不变,把水换成盐水,密度变大, 则可以观察到U 形管两边液体的高度差变大。 例3、在探究实心圆柱体对地面的压强与哪些因素有关的实验中,某中学一小组的同学们认 为此压强跟圆柱体的密度ρ、高度、圆柱体底面积S 是有关的,但有怎样的关系看法不同。 在老师的帮助下,小组的同学们从实验室里挑选了由不同密度的合金材料制成、高度和横截 面积不同、质量分布均匀的实心圆柱体做实验,测出实心圆柱体竖直放置时(如图所示)对水 平桌面上海绵的压下深度,实验记录见下表。 第 3 页 / 共 6 页 序号 物体 底面积S/m2 高度/m 海绵被压下深度/m 1 合金甲圆柱体 10 5 05 2 合金甲圆柱体B 10 10 1 3 合金甲圆柱体 20 10 1 4 合金乙圆柱体 10 5 15 5 合金乙圆柱体B 10 10 3 6 合金乙圆柱体 20 10 3 (1)分析实验1、2 或4、5 可以得出:当圆柱体的材料密度相同时,实心圆柱体对水平地面的 压强与圆柱体的 有关。 (2)分析 可以得出,当圆柱体的密度相同时,实心圆柱体对水平地面的压强与底 面积无关。 (3)此探究过程用到的科学探究方法有 、 。 (4)实验结束之后,同学们在老师的指导下,以某一合金甲圆柱体为研究对象,推导它对海绵的 压强大小的表达式(已知合金的密度为ρ,圆柱体的高度为,底面积为S)。表达式为 。该推导出的表达式 (选填“能”或“不能”)应用于各类固体的压强的计算。 【答】(1)高度 (2)2、3 或5、6 (3)控制变量法 转换法 (4)p=ρg 不能 【解析】(1)分析实验1、2 或4、5,圆柱体的材料密度相同,高度不同,对水平面的压强不同,故可得出 结论:当圆柱体的材料密度相同时,实心圆柱体对水平地面的压强与圆柱体的高度有关。 (2)当圆柱体的密度相同时,实心圆柱体对水平地面的压强与底面积无关,要求圆柱体的密度相 同,对水平面的压强也相同,而底面积必须不同,故序号2、3 或5、6 符合要求。 (3)在探究多个因素对压强的影响时,运用了控制变量法来研究某一因素的影响,还利用转换法— —用海绵被压下的深度表示压力的作用效果。 (4)已知合金的密度为ρ,圆柱体的高度为,底面积为S,由压强的公式推导过程为p==ρg。从推 导过程可以看出p=ρg 这一公式只适用于质量分布均匀的实心柱状物体,不能应用于其他类 固体(如质量分布不均匀,非柱体物体等)的压强的计算。 第 4 页 / 共 6 页 培优· 训练 1、如图所示，某同学利用小桌、海绵和砝码等器材进行“探究压力的作用效果与哪些因 素有关”的实验． 第10 题图 (1)本实验的科学探究方法是______________和转换法． (2)小桌对海绵的压力改变了海绵的________(选填“形状”或“运动状态”)． (3)为了探究压力的作用效果与压力大小的关系，应比较图甲和图乙的实验，可知受力面积 相同时，压力________(选填“越大”或“越小”)，压力的作用效果越明显． (4)为了探究压力的作用效果与受力面积大小的关系，应比较________两图的实验，可知压 力大小相同时，受力面积________(选填“越大”或“越小”)，压力的作用效果越明显． 2、如图甲所示，用微小压强计探究液体内部压强的特点．(ρ 盐水>ρ 水) (1)实验中，将液体内部的压强大小转换为用U 形管两侧液面的________来表示． 甲 乙 (2)为了使实验现象更明显，U 形管中的液体最好用________的(选填“有色”或“无色”)． (3)将探头放在图乙所示液体内部的、B 位置，观察到U 形管两侧液面的高度差B>，经过 多次实验观察到同样的现象，这说明同种液体内部的压强随________的增加而增大． (4)将探头放在图乙所示液体内部等深的B、位置，观察到U 形管两侧液面的高度差___ _B(选填“<”“＝”或“>”)， 这是为了研究液体压强与液体________的关系． (5)由以上实验可知图乙所示液体内部、B、、D 四个位置压强最大的是________位置． 3、小明用2 mL 注射器、量程为0~10 的弹簧测力计和刻度尺粗略测量大气压的值,本实 验的原理是二力平衡和p= 。 步骤一:把注射器的活塞推至注射器筒的底端,然后用橡皮帽封住注射器的小孔。 第 5 页 / 共 6 页 步骤二:如图10-16 所示安装好器材,水平向右缓慢拉动注射器筒,当注射器中的活塞 时,记下弹簧测力计的示数为52 。 图10-16 步骤三:用刻度尺测出注射器 的长度为400 m。 步骤四:算出大气压强值为 P。 同组的小华分析了影响实验结果的可能因素后,对实验进行了如下改进: ①将步骤一改为:先将注射器内抽满水,再竖直向上推动活塞至注射器筒的底端,然后用橡皮 帽封住注射器的小孔,这样有利于 。 ②取下橡皮帽,重复步骤二的操作,读得弹簧测力计的示数为03 ,由此可知,此时活塞所受到 的 (选填“摩擦力”或“大气压力”)为03 。小华根据改进后测得的数据,重新计算了 大气压的值。 第 6 页 / 共 6 页