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第4节跨学科实践：制作简易活塞式抽水机
一、生活应用填空题（本大题共5小题）
1．护士给病人输液时，药水瓶上插着两根管，一根给病人输液，另一根通过瓶盖扎进瓶内药水中，如图所示。这根“闲置”管是为了 （填“利用”或“不利用”）大气压强。由于针头较细，为确保药液的流速，需要将药水袋提升到相对针管一般不低于1.3m的高度，由此推算针管处受到的液体压强为 Pa。（， ）
2．物理知识在生活中有若广泛应用，图所示的各实例中，应用连通器原理的是 ；利用大气压强的是： ；利用阿基米德原理的是 。（均选填字母）
3．如图所示的是医院为病人输液时用的吊瓶，瓶中插入两条管子， A管是输液管、B管是空气管．在输液的过程中，如果发现病人的血液沿输液管回流，可将吊瓶适当地升高，血液就会随着药液重新流入患者的血管而不再回流．这是因为当吊瓶升高后，增大了流入患者血管药液的 ，阻止了血液的流出．B管的作用是 ．
4．注射疫苗用的注射器吸取药液时，是利用 把药液吸取上来的。为了防止医生和病人之间病毒的交叉感染。在重症病房，医生穿上如图所示正压防护头服，防护服内气压 （选填“高于”或“低于”）病房内气压，从而有效防止空气中病毒侵害医护人员的健康。
5．阅读：2020年1月份以来，我国乃至全世界范围内爆发了新型冠状病毒肺炎（新冠肺炎）疫情，这种病毒极其微小，直径约90nm，传染力高，潜伏期长，对呼吸系统、神经系统、免疫系统等多项功能组织都有损害，病死率也高。我们国家从中央到地方各级领导干部，乃至全国国民都积极投入到抗疫战中，尤其是医疗系统的白衣战士们，他们不辞辛劳、不顾危险、不分昼夜的奋斗在抗疫第一线，为挽救国家和人民的生命财产做出了不可磨灭的贡献，为他们点赞！下图就是一个抗击新冠肺炎的场景，打点滴静脉输液是不可缺少的治疗环节。请结合图形解答：
（1）单位换算：90nm= m；
（2）输液瓶下端插有两根管子，其中一根进气管的作用是 ；
（3）输液瓶位置一般比人体位高一些，是因为 ；
（4）医务人员用输液针刺穿病人的皮肤血管输液时，假设用力6N，针尖的面积为0.05mm2，则输液针对皮肤产生的压强为 ；
（5）相关信息显示：人体静脉压在5-12cm水柱范围内，输液瓶位置比人体刺破位一般高60-80cm。假设某新冠肺炎病人静脉压为9cm水柱，输液瓶液面位置比刺破位高74cm，则该病人输液处液体产生的压强差为 （ρ药液=ρ水=1.0×103kg/m3）。
二、生活中的物理单选题（本大题共8小题）
6．下列实例中利用大气压工作的是
A．火箭喷射高温燃气而升空 B．飞机获得向上的升力
C．用活塞式抽水机抽水 D．用注射器将药液注入病人体内
7．如图所示，用塑料管可以把瓶子中的水吸到嘴里，这是由于（ ）
A．人对水产生吸引力的作用
B．吸管本身有吸水的作用
C．大气压作用在水面上的结果
D．水压的作用
8．下列事例中，利用大气压作用的是
A．大坝修建成上窄下宽 B．医生用针筒把药水推入病人肌肉中
C．用吸管吸饮料 D．深水潜水员要穿特制的抗压潜水服
9．下列现象中与大气压强无关的是（　　）
A． 用吸管吸饮料，饮料上升 B． 吸盘上挂毛巾，吸盘不掉
C． 用滴管吸取液体 D． 帕斯卡“裂桶实验”
10．如图，下列小实验或生活现象中能说明大气压存在的是（　　）
A．橡皮膜外凸 B．纸片托住水
C．U形管中液面相平 D．手指夹住铅笔
11．传染病负压隔离病房的室内气压低于室外大气压。关于负压病房,下列说法正确的是 (　　)
A.病房内处于真空状态
B.病房内的气压一定是1个标准大气压
C.病房内的空气可以通过门窗流向病房外
D.可以通过从病房内抽气实现负压
12．下列事例中，利用大气压作用的是( )
A．水往低处流 B．医生用针筒把药水推入病人肌肉中
C．用吸管吸饮料 D．深水潜水员要穿特制的抗压潜水服
13．在实验中，常用胶头滴管吸取药液，下列现象中，“吸”的物理道理与其相同的是（ ）
A．鲜花的香味“吸”引很多蝴蝶 B．磁铁可以“吸”引大头针
C．拔火罐，玻璃罐“吸”在皮肤上 D．粘上胶水，纸张被“吸”在一起
三、实验题（本大题共1小题）
14．生活中处处有物理，同学们在玩中都会无意识的涉及到许多物理知识．以下两个现象可能您尝试或观察过。
(1)喝牛奶时，把吸管插人牛奶盒中往里吹气，迅速放开，牛奶从吸管喷出；
(2)在室温下，把吹鼓的气球放在火炉附近，过一会儿，气球就爆破了；
由以上现象进行猜想：
当气体的体积一定时，气体压强可能与气体的 和 有关。
设计并进行实验：
小明同学进行了如下实验来研究烧瓶内水面上方的气体压强：
(1) 把细玻璃管插人装有半瓶水的密闭烧瓶中，如图所示；
(2)从细管上端往烧瓶里吹气，此时瓶内气体压强 （选填“增大”、“减小”或“不变”）；迅速放开，观察到细玻璃管内水柱上升到a处位置（如图所示）。
(3)接着用手握住烧瓶的瓶颈部分，使瓶内气体的压强增大，请您在图中画出细玻璃管内水柱所上升到b处的大致位置；
实验拓展
(1)控制其它条件相同时，换用内径不同的细玻璃管进行上述实验，则管内水柱上升的高度会 （选填“相同”或“不同”），理由是 ；
(2）控制其它条件相同时，把图的装置从山脚移到山顶，则细玻璃管内的液面将 （选填“上升”、“下降”或“不变”），这是由于 。
四、能力提升综合题（本大题共1小题）
15．如图所示是自带吸管的玻璃杯，杯中装有水，小明用手掌封住杯口，通过玻璃吸管不容易“吸”到水；移开手后，能轻松“吸”到水。
（1）小明能轻松“吸”到水是利用了 。
（2）图中A、B两点压强的大小关系是pA pB。
（3）装有水的玻璃杯总质量为0.3kg，放置在水平桌面上，杯底与桌面的接触面积为3cm2，此时杯子对桌面的压强为 Pa。（g取10N/kg）
五、综合计算题（本大题共2小题）
16．下表记录了干燥空气在不同气压和温度时的密度，请依据表中的相关数据回答问题：
(1)当温度为5 ℃、气压为104 000帕时，干燥空气的密度为 千克/米3．
(2)干燥空气的密度与气压的关系是 ．
(3)通常情况下，某地区冬季的气压比夏季高，则该地区冬季干燥空气的密度 (填“大于”“等于”或“小于”)夏季干燥空气的密度．
17．如图是护土给小明输液时的场景，药水瓶上插着两根管A、B，管A用于输液，管B与空气接触。由于针头较细，当输液管中装满药液时，为确保药液的流速，药水瓶与针头间的压强最少为1.3×104Pa（大气压约为1×105Pa，ρ药液＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）。求：
（1）若药水瓶与针头间的高度约为1.1m，请你通过计算判断是否能确保药液的流速；
（2）当瓶中药液液面与药液中管B中的末端C间的高度为2cm时，瓶内液面上方气体的压强是多少；
（3）当病人输液时，若药液中输液管中下降到距血管0.6m高时不再下降，此时病人的血压是多少？
参考答案
1．【答案】利用；1.3×104
【详解】[1]输液时，如果没有这根“闲置”管，外部压强大于瓶内压强时，液体就无法输入到人体中，所以这根“闲置”管是利用大气压使药液顺利流出的；
[2]针管处受到的液体压强
2．【答案】 b ； c ； a
【详解】
[1][2][3]液体密度计就是应用阿基米德原理制成的，利用阿基米德原理的是图a。
打开船闸的一端，船闸里的水位逐渐与外面相平，外面的船就可以开进船闸。然后把这一端船闸关闭。然后打开另一端的船闸，船闸里的水位逐渐与外面相等。船就可以开到另一端去，利用了连通器，应用连通器的是图b。
拔火罐在使用时，由于燃烧，内部的气压减小，小于外部气压，所以火罐被压在皮肤上，故其原理是利用了大气压，利用大气压强的是图c。
3．【答案】压强；使瓶内上方气压与外界大气压相等
【分析】
人体内流动的血液具有一定的压强，当输液管内液体产生的压强小于血液原来的压强时，会发现病人的血液沿输液管回流，根据液体压强的特点知，当吊瓶高度增加时，输液管内液体压强增大，输液正常进行；为了使瓶内外大气压平衡，需要一个B管与大气连通．
【详解】
如果输液管内药液产生的压强小于人体内的血液压强，则血液回流；提高吊瓶，人与吊瓶间的距离变大，相当于液体越深，所以输液管内药液产生的压强增大，即增大了流入患者血管药液的压强；
B管保持吊瓶与瓶外大气相通，使瓶内上方保持与外界大气压相等，药才能不断流出．
4．【答案】 大气压 ； 高于
【详解】
[1]用注射器吸取药液时，用手向后拉动活塞，使针管内的压强变小，药液在外界大气压作用下，通过针头进入针管里。
[2]防护服内气压应高于病房内气压，这样病房内的带菌空气就难以进入医生的防护服内，从而有效防止空气中病毒侵害医护人员的健康。
5．【答案】9×10-8；平衡输液瓶内外大气压；增大液柱的高度而增加了液体压强，提高输液速度；1.2×108Pa；6.5×103Pa；
【详解】
（1）因为
m
故
（2）输液瓶下端插有两根管子，其中一根进气管的作用是平衡输液瓶内外大气压，避免瓶内压力低于外界压力，而导致药液不能顺输液管流下。
（3）因为液体压强随液体深度的增加而增加，把输液瓶吊的比手高一些，增加了液体深度，则液体压强增大，液体的流速就会更快。故输液瓶位置一般比人体位高一些，是通过增大液柱的高度而增加了液体压强，提高输液速度。
（4）医务人员用输液针刺穿病人的皮肤血管输液时，用力为6N，针尖的面积为0.05mm2，则输液针对皮肤产生的压强为
（5）某新冠肺炎病人静脉压为9cm水柱，输液瓶液面位置比刺破位高74cm，则该病人输液处液体产生的压强差为
6．【答案】C
【详解】
解答：A. 火箭点火后从尾部猛烈喷出燃气，对气体施加了一个向后的作用力，从而使火箭受到了气体对它施加了一个向前的反作用力，这是利用了物体间力的作用是相互的，才使火箭得到向前的动力，不合题意；B. 飞机获得向上的升力是利用了“机翼上方空气流速大、压强小，下方空气流速小、压强大，从而产生向上的压强差”的道理，故不合题意；C. 抽水机抽水，通过活塞上移或叶轮转动使抽水机内水面上方的气压减小，水在外界大气压的作用下，被压上来，利用了大气压，符合题意；D. 用注射器将药液注入病人体内是利用人的压力将药液注入人体肌肉的，不是利用大气压来工作的，不合题意．
7．【答案】C
【详解】
用塑料吸管吸水，不是靠水产生的引力，吸管本身也不具有吸水的作用，更不是靠水压的作用．而是先把塑料管内的空气吸走，在外界大气压的作用下，水被压进吸管里。
故选C。
8．【答案】C
【分析】
大气压的存在能够解释很多现象，这些现象有一个共性：通过某种方法，使设备的内部气压小于外界大气压，在外界大气压的作用下出现了某种现象．
【详解】
A、大坝修建成上窄下宽，是因为液体压强随着深度的增加而增大，不是大气压的作用，故A不符合题意；
B、肌肉注射时，向前推活塞，注射器内压强增大，大于人的体内压强，所以将药液压入人体内，与大气压无关，故B不符合题意；
C、用吸管吸饮料时，口腔内气压小于饮料牛奶瓶中的气压，在大气压的作用下，把饮料压入口内，这是有大气压的缘故，故C符合题意；
D、深水潜水员要穿特制的抗压潜水服，是因为液体压强随着深度的增加而增大，为了承受更大的水压，不是大气压的作用，故D不符合题意；
故选C．
9．【答案】D
【详解】
A．用吸管吸饮料的原理是：先把吸管内的空气吸走，在外界大气压的作用下，汽水被压进吸管里。故此现象与大气压有关；
B．塑料吸盘要固定在墙壁上，需要先用力挤压塑料吸盘，把盘内的空气挤出，然后吸盘就被外界的大气压紧压在了墙壁上，所以在吸盘上挂毛巾吸盘也不会掉下来。故此现象与大气压有关；
C．胶头滴管吸药液时，需先把胶头中的空气挤出，在外界大气压的作用下，药液就被压进滴管中。故此现象与大气压有关；
D．帕斯卡的“裂桶实验”是为了验证液体压强与水的深度有关，因为管很细，但水的深度很大，所以只用很少的水就能把桶压裂开。此现象与大气压无关。
故选D。
10．【答案】B
【详解】
A．橡皮膜向外凸出，是因为管中的水给橡皮膜一个向下的压力，是液体的压强，不能够证明大气压的存在，故A不符合题意；
B．纸托水杯实验中，水为什么没有把纸压下来，是因为纸下面有大气压给纸一个向上的压力，能够证明大气压的存在，故B符合题意；
C．U形管中液面相平，是连通器原理，不能够证明大气压的存在，故C不符合题意；
D．图中，手指同时压铅笔两端，由于物体间力的作用是相互的，所以左手和右手受到的压力相同，由于右手的受力面积小，铅笔对右手的压强大，所以右手感到疼，不能够证明大气压的存在，故D不符合题意。
故选B。
11．【答案】D
【解析】“负压”是指室内的气压低于室外的气压,不能判断出室内大气压是否一定是1个标准大气压;可以通过从病房内抽气实现负压,使传染病负压隔离病房的室内气压低于室外大气压;病房外的空气可以通过门窗流入病房内,故A、B、C错误,D正确。故选D。
12．【答案】C
【详解】
A．水往低处流是水受到重力作用的结果，与大气压无关，故不符合题意；
B．注射时，医生用力将针筒内的药水推入病人肌肉中，不是大气压的作用，故不符合题意；
C．用吸管吸饮料饮料时，口腔内气压小于饮料瓶中的气压，在大气压的作用下，把饮料压入口内，这是有大气压的缘故，符合题意；
D．深水潜水员要穿特制的抗压潜水服，是为了承受更大的水压，不是大气压的作用，故D不符合题意。
故选C。
13．【答案】C
【详解】
用胶头滴管吸取药液，要先把滴管中的空气排出，在外界大气压的作用下，药液就被压进了滴管里。
A．鲜花的香味“吸”引很多蝴蝶，说明分子在不停的做无规则运动，与大气压无关，故A不符合题意；
B．磁铁可以“吸”引大头针，因为磁铁具有磁性，能够吸引铁钴镍等物质，与大气压无关，故B不符合题意；
C．拔火罐，玻璃罐“吸”在皮肤上，玻璃罐中酒精燃烧消耗氧气，使得罐内气压减小，小于外界大气压，外界大气压紧紧地将罐压在皮肤上，利用了大气压，故C符合题意；
D．粘上胶水，纸张被“吸”在一起，是利用了分子间有引力，与大气压无关，故D不符合题意。
故选C。
14．【答案】质量；温度；增大；；相同；液体压强只与液体的密度和深度有关；上升；见解析
【详解】
(1)[1][2]把吸管插入牛奶盒中往里吹气，迅速放开，牛奶从吸管喷出。牛奶喷出的原因是内部压强大造成的；其盒内压强变大的原因是：向里面吹气时，体积一定气体质量增大造成的，即能说明气体压强的大小与气体的质量有关；同理，把吹鼓的气球放在火炉附近，过一会儿，气球就爆破了。气球爆破的原因也是内部压强变大造成的，即体积一定的气体由于温度升高导致压强增大，所以气体压强的大小还与温度有关。
(2)[3]当用细管向瓶中吹气时，瓶内空气的体积一定，质量变大，所以瓶内的气压变大，在瓶内气压的作用下细玻璃管内水柱上升。
(3)[4]用手握住烧瓶的瓶颈部分，瓶内气体的压强增大，因此，玻璃管内水柱上升的高度更高，b处位置如图所示：
实验拓展：
(1)[5][6]在该题中，瓶内增大的压强与上升的那一段液柱的压强是相等的，因为液体压强与液体的密度和深度有关，所以在瓶内增大的压强相等的情况下，换用内径不同的细玻璃管进行上述实验，液柱的深度相同，管中的水柱上升的高度相等。
(2)[7][8]大气压随高度的增加而减小，山顶的气压比山脚的气压小，把图甲的装置从山脚移到山顶时，因为外界气压减小，所以细玻璃管内的液柱在瓶内气压的作用下会上升。
15．【答案】（1）大气压　（2）等于　（3）104
【详解】（1）用吸管从瓶子里吸水时，先把吸管内的部分空气吸走，管内的气压小于外界大气压，水在大气压的作用下被压入吸管，上升到嘴里。
（2）由图可知，A点的深度等于B点的深度，所以根据p=ρ液gh可知，A点压强等于B点压强。
（3）杯子对桌面的压强为。
16．【答案】（1）1.30kg/m3；（2）温度一定时，气压越大，密度越大；（3）大于
【详解】由表可知，当温度为5℃、气压为104000Pa时，干燥空气的密度为1.30kg/m3．
由图表可知，温度一定时，气压越大，密度越大．
通常情况下，某地区冬季的气压比夏季高，则该地区冬季干燥空气的密度大于夏季干燥空气的密度．
17．【答案】（1）不能；（2）9.98×104Pa；（3）6000Pa
【详解】解：（1）输液时，当瓶内液体压强与瓶内气体压强之和小于外界大气压时，液体无法输入人体内，“闲置”管的作用就是导入空气，利用大气压使药物顺利流入人体；此时瓶内外气体压强相互抵消，根据针管处所受药水压强公式可得，输液管中药水深度为，故药水袋至少应比针管高1.3m，所以若药水瓶与针头间的高度约为1.1m，不能确保药液的流速。
（2）由于管B中的末端C，使得大气压等于药液压强加上瓶内气体压强，所以此时瓶内液面上方气体的压强为
（3）药液在输液管中下降到距血管0.6m高时不再下降，说明血压与药液压强平衡，即
答：（1）不能确保药液的流速；
（2）瓶内液面上方气体的压强是9.98×104Pa；
（3）此时病人的血压是6000Pa。
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