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微专题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。(液体压强的计算式:p=ρgh)
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:?　　　　　　　　　　　　　。
例2、下图是用压强计探究液体内部压强的情境。
(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　　　　。
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h、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。
序号 物体 底面积S/cm2 高度h/cm 海绵被压下深度/cm
1 合金甲圆柱体A 10 5 0.5
2 合金甲圆柱体B 10 10 1
3 合金甲圆柱体C 20 10 1
4 合金乙圆柱体A 10 5 1.5
5 合金乙圆柱体B 10 10 3
6 合金乙圆柱体C 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h,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。

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A、B位置，观察到U形管两侧液面的高度差hB>hA，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、C位置，观察到U形管两侧液面的高度差hC____hB(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A、B、C、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 N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。
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5.2 N。
图10-16
步骤三:用刻度尺测出注射器　　　　　　　的长度为4.00 cm。
步骤四:算出大气压强值为　　　　Pa。
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0.3 N,由此可知,此时活塞所受到的
　　　(选填“摩擦力”或“大气压力”)为0.3 N。小华根据改进后测得的数据,重新计算了大气压的值。
微专题9-7 压强相关实验
例1、【答案】(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、【答案】(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、【答案】(1)高度　(2)2、3或5、6　(3)控制变量法　转换法　(4)p=ρgh　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h,底面积为S,由压强的公式推导过程为p==ρgh。从推导过程可以看出p=ρgh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。
专题提升训练
1、 (1)控制变量法　(2)形状　(3)越大　(4)乙、丙　越小
【解析】(1)压力的作用效果与压力的大小和受力面积的大小有关，因此探究压力的作用效果与哪些因素有关时，必须采用控制变量法；(2)由题图可知，小桌对海绵的压力改变了海绵的形状；(3)图甲和图乙，受力面积相同，图乙中的压力大些，海绵被压陷的深一些，说明在受力面积相同时，压力越大，压力的作用效果越明显；(4)探究压力的作用效果与受力面积大小的关系时，应控制压力的大小相同，而受力面积的大小不同，因此要比较乙、丙两图的实验，乙图受力面积小些，海绵被压陷的深一些，说明在压力大小相同时，受力面积越小，压力的作用效果越明显．
2、 (1)高度差　 (2)有色　(3)深度　 (4)>　 密度　 (5)D
【解析】(1)在探头未放入液体中时，U形管两管内的液面是相平的，而当探头放入液体中后，因液体内存在着压强，则使得U形管两管内液面出现高度差，这个高度差的大小就能显示液体内部压强的大小；(2)管内用有色的液体，更便于观察实验现象；(3)将探头分别放在A、B位置时，液体的密度相同，B点深度较A大，U形管两侧液面高度差hB>hA，可见液体内部的压强随深度的增加而增大；(4)将探头放在B、C(同一深度)位置，我们将观察到hC>hB，这是为了研究液体压强与液体密度的关系；(5)由上可知，液体的压强与液体的密度和深度有关，即p＝ρgh，故D点位置的压强为最大．
3、　刚被拉动　有刻度部分　1.04×105　
①排空注射器内的空气　②摩擦力
[解析]安装好器材,水平向右缓慢拉动注射器筒,注射器中的活塞刚被拉动时弹簧测力计对活塞的拉力等于大气对活塞的压力;已知该注射器的体积为2 mL,所以只需测出其有刻度部分的长度即可知道活塞横截面积,其长度为4.00 cm,所以其横截面积S===5×10-5 m2;大气压强值为p===1.04×105 Pa。
实验改进:①在注射器内抽满水时,内部空气绝大部分已经被排出,此时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,这样更有利于排空注射器内的空气;②取下橡皮帽,重复步骤二的操作,此时弹簧测力计对活塞的拉力与活塞内壁对活塞的摩擦力是一对平衡力,所以读得弹簧测力计的示数0.3 N是活塞所受到的摩擦力的值。

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