人教版八年级下册9.1 压强课后复习题
展开第09章 压强(A卷·知识通关练)
核心知识1 压力与压力作用效果的影响因素、压强及其应用
【高频考点精讲】
一、压力与重力区别
1、压力是由物体间的相互挤压产生的,重力是由地球的吸引产生的。
2、压力方向总是垂直于接触面并且指向被压物体,重力方向总是竖直向下。
3、 压力并不都是由重力引起的,当物体在水平面上时,若物体不受其他的力,则压力与重力相等。
二、探究影响压力作用效果的因素
比较甲、乙两图,得出结论:受力面积相同时,压力越大,压力作用效果越明显。
比较乙、丙两图,得出结论:压力相同时、受力面积越小压力作用效果越明显。
1、实验结论:压力的作用效果与压力大小和受力面积有关。
2、研究方法:转换法和控制变量法。
三、压强
1、定义:物体所受压力的大小与受力面积之比叫做压强。
2、公式:,推导公式:,。
3、单位:帕斯卡,简称“帕”,符号:Pa,1 Pa = 1。
4、放在水平地面上的柱体(固体)对地面的压强,其中ρ为柱体材料密度,h为柱体高度。
四、压强的应用
1、增大压强的方法
(1)受力面积一定时,增大压力。如图a所示,给压路机装上很重的碾子。
(2)压力一定时,减小受力面积。如图b所示,注射器的针头很细。
a b
2、 减小压强的方法
(1)受力面积一定时,减小压力。如图c所示,卡车限重。
(2)压力一定时,增大受力面积。如图d所示,铁轨下面垫上宽大的枕木。
c d
【热点题型精练】
1.(2022•威海模拟)如图1表示体重大致相同的滑雪者和步行者在雪地里行走的情景,为了探究他们对雪地压力的作用效果,现利用海绵、小桌、砝码进行模拟研究,应选择图2中的哪几种情形( )
A.甲与乙 B.乙与丙 C.甲与丙 D.以上都不对
解:表示体重大致相同的滑雪者和步行者,对雪地的压力大致相同,滑雪板比人的鞋子的受力面积大的多,故在雪地里行走时,人对雪地的压强大,所以下陷的程度深,这说明压力的作用效果与受力面积有关,
研究压力的作用效果与受力面积是否有关,应控制压力相同而受力面积不同,由图示可知,甲与乙受力面积相同,压力不同,不符合题意;
甲与丙,受力面积不同,压力也不同,没有控制变量,故不符合题意;
故乙、丙两个实验,压力相同而受力面积不同,可以研究压力的作用效果与受力面积是否有关。
答案:B。
2.(2022•大庆期末)甲、乙两种物体的质量和体积的关系图象如图所示,若用质量相等的甲、乙两种物质分别制成等高的实心圆柱体A、B,把它们并排竖直放在水平地面上,则两圆柱体A、B对水平地面的压强之比是( )
A.4:1 B.8:1 C.4:3 D.1:2
解:(1)由图可知,当V甲=1cm3时m甲=8g,当m乙=4g时V乙=4cm3,则
ρ甲=m甲V甲=8g1cm3=8g/cm3,ρ乙=m乙V乙=4g4cm3=1g/cm3,
则ρ甲ρ乙=8g/cm31g/cm3=81;
(2)圆柱体对水平地面的压强:
p=FS=GS=mgS=ρVgS=ρShgS=ρgh,
所以,等高的实心圆柱体A、B对水平地面的压强之比:
pApB=ρAghρBgh=ρ甲ρ乙=81。
答案:B。
3.(2022•聊城模拟)A,B两个实心正方体的质量相等,密度之比ρA:ρB=8:1,若按甲、乙两种不同的方式,分别将它们叠放在水平地面上(如图所示),则地面受到的压力之比和压强之比分别是( )
A.F甲:F乙=1:1,p甲:p乙=1:2
B.F甲:F乙=1:1,p甲:p乙=1:4
C.F甲:F乙=1:2,p甲:p乙=2:1
D.F甲:F乙=8:1,p甲:p乙=1:8
解:(1)若按(甲)的方式,将它们叠放在水平地面上,此时对地面的压力F甲=GA+GB,
若按(乙)的方式,将它们叠放在水平地面上,此时对地面的压力F乙=GA+GB,故F甲F乙=GA+GBGA+GB=1:1;
(2)由ρ=mV,ρA:ρB=8:1,mA:mB=1:1,可得,VAVB=18,
则边长之比为12,则面积之比为14,
因为F甲F乙=1:1,
所以按(甲)、(乙)两种不同的方式,分别将它们叠放在水平地面上,则地面受到的压强之比是p甲:p乙=1:4。
答案:B。
4.(2022•扬州模拟)下列实例中属于增大压强的是( )
A.图钉尖很尖锐 B.书包背带较宽
C.铁轨下铺设枕木 D.穿滑雪板滑雪
解:A、图钉尖很尖锐,减小了受力面积,增大了压强,符合题意;
B、书包背带较宽,增大了受力面积,减小了压强,不符合题意;
C、铁轨下铺设枕木,增大了受力面积,减小了压强,不符合题意;
D、穿滑雪板滑雪,增大了受力面积,减小了压强,不符合题意。
答案:A。
5.(2022•达州期末)如图所示,轻质细绳将物体A,B通过两个定滑轮分别连在同一弹簧测力计的两端,其中GA=10N,GB=100N,B是边长为20cm的正方体,整个装置处于静止状态(不计弹簧测力计的重力及滑轮与绳子的摩擦),下列说法正确的是( )
A.弹簧测力计的示数为0N
B.弹簧测力计的示数为40N
C.B物体对支撑面的压力为100N
D.B物体对支撑面的压强为2.25×103Pa
解:(1)物体A由于自身的重力对弹簧测力计施加了一个向右的10N的拉力,
因弹簧测力计处于静止状态,水平方向上受到的力是一对平衡力,
所以,B也对弹簧测力计施加了一个10N的拉力,则弹簧测力计的示数F=10N,故AB错误;
(2)B受到竖直向上的拉力、竖直向上的支持力和竖直向下的重力,这三个力是平衡力,
所以,物体B受到的支持力:
F支持=GB﹣F=100N﹣10N=90N,
因支持力和压力是一对相互作用力,大小相等,
所以,B物体对支撑面的压力:
F压=F支持=90N,故C错误;
B对地面的压强:
p=F压SB=90N(0.2m)2=2.25×103Pa,故D正确。
答案:D。
6.(2022•上海模拟)如图所示,均匀圆柱体甲和乙放置在水平地面上,现沿水平虚线切去部分后,使甲、乙剩余部分的高度均为h。若此时甲、乙的剩余部分对地面的压力相等,则甲、乙原先对地面的压强p甲、p乙和压力F甲、F乙的关系是( )
A.p甲<p乙,F甲>F乙 B.p甲<p乙,F甲<F乙
C.p甲>p乙,F甲>F乙 D.p甲>p乙,F甲<F乙
解:静止放在水平地面上的物体对地面的压力等于物体的重力,
F剩甲=F剩乙,G剩甲=G剩乙
所以ρ甲ghS甲=ρ乙ghS乙
所以ρ甲S甲=ρ乙S乙
由图可知h切甲<h切乙
ρ甲gh切甲S甲<ρ乙gh切乙S乙
所以F切甲<F切乙
F切甲+F剩甲<F切乙+F剩乙
所以:F甲<F乙
S甲>S乙由p=FS 得:
p甲<p乙
故ACD不符合题意,B符合题意。
答案:B。
7.(2022•兰州模拟)如图甲所示,将一块质地均匀的长木板平放在水平桌面上,用水平力F向右缓慢推动木板,使其右端渐渐露出桌面,如图乙所示。在推动木板,使其右端渐渐离开桌面边缘至木板中心到达桌面边缘的过程,长木板对桌面的压力 不变 ,压强 变大 ,如果水平推力F一直保持不变,则木板受到的合力将会 不变 (选填“变大”“变小”或“不变”)
解:水平面上物体的压力和自身的重力相等,向右缓慢地推木板的过程中,木板对桌面的压力F不变;
p=FS,且向右缓慢地推木板的过程中受力面积变小,木板对桌面的压强p变大。
因为水平推力F一直保持不变,接触面的粗糙程度不变,则摩擦力不变,所以木板受到的合力将不变。
答案:不变;变大;不变。
8.(2022•内江期末)如图所示,有两组同样的砖,A组一块,B组两块。每块砖平放时的长:宽:高为4:2:1.A组砖对地面的压力和压强分别为FA和pA;B组砖对地面的压力和压强分别为FB和pB;则:FA < FB,pA = pB(选填“>”“=”“<”)
解:两组砖对地面的压力均等于其重力,即可F=G,A组一块,B组两块,FA=G,FB=2G,故FA<FB;
A组砖侧放,则面积为SA=4×1=4;压强pA=FASA=FA4,
B组砖平放,则面积为SB=4×2=8;压强pB=FBSB=2FA8=FA4,
则pA=pB。
答案:<;=。
9.(2021•贺州中考)如图所示,甲、乙两质地均匀的正方体放在水平地面上,它们的边长之比l甲:l乙=2:3,质量之比m甲:m乙=2:1,则它们对地面的压力之比F甲:F乙= 2:1 ,对地面的压强之比p甲:p乙= 9:2 。
解:(1)根据G=mg知甲乙的重力之比为:G甲G乙=m甲gm乙g=m甲m乙=21,
水平面上物体的压力和自身的重力相等,由此可知其对水平地面的压力之比为:
F甲F乙=m甲m乙=21;
(2)已知边长之比l甲:l乙=2:3,则S甲S乙=(l甲)2(l乙)2=2232=49,
对地面的压强之比:p甲p乙=F甲S甲F乙S乙=F甲F乙×S乙S甲=21×94=92。
答案:2:1;9:2。
10.(2022•淮安模拟)如图所示,手指用4N的力压铅笔尖,铅笔对水平桌面的压力是 4 N(铅笔受到的重力忽略不计)。手指与铅笔尖的接触面积是0.5mm2,笔尾端与桌面的接触面积是0.4cm2,手指受到的压强是 8×106 Pa,桌面受到的压强是 105 Pa。
解:∵铅笔受到的重力忽略不计,
∴铅笔对水平桌面的压力等于手指对铅笔尖的压力,
即:F1=F2=4N;
∵s1=0.5mm2=0.5×10﹣6m2,s2=0.4cm2=0.4×10﹣4m2,
∴p1=F1s1=4N0.5×10-6m2=8×106Pa,
p2=F2s2=4N0.4×10-4m2=105Pa。
答案:4,8×106,105。
11.(2022•衡阳期末)在探究“压力的作用效果与哪些因素有关”的实验中,小刚利用了两个相同的木块和一块海绵,进行了如图所示的实验。
(1)实验中通过观察海绵的凹陷程度来比较压力的作用效果,这种物理学研究方法也运用于以下 C (选填“A”、“B”或“C”)实验中。
A.用两支完全相同的蜡烛探究平面镜成像的特点
B.当电压一定时,探究电流与电阻的关系
C.用吸引大头针的多少比较电磁铁磁性的强弱
(2)对比甲、乙两图,可以得出:当压力一定时, 受力面积 越小,压力的作用效果越明显。
(3)对比甲、丁两图,小刚认为压力的作用效果与压力大小无关。你认为他的观点 错误 (选填“正确”或“错误”),并说明理由: 没有控制受力面积相同 。
解:(1)实验中通过观察海绵的凹陷程度来比较压力的作用效果,这种物理学研究方法叫转换法:
A.用两支完全相同的蜡烛探究平面镜成像的特点,采用了等效替代法;
B.当电压一定时,探究电流与电阻的关系,采用了控制变量法;
C.用吸引大头针的多少比较电磁铁磁性的强弱,采用了转换法,选C;
(2)对比甲、乙两图,可以得出:当压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
(3)研究压力的作用效果与压力大小的关系要控制受力面积相同,因甲、丁两图中受力面积不同,即没有控制受力面积相同,故他的观点错误。
答案:(1)C;(2)受力面积;(3)错误;没有控制受力面积相同。
12.(2022•潍坊模拟)电动汽车是正在大力推广的新型交通工具,它具有节能、环保的特点,如图是一辆停放在水平地面上的比亚迪汉千山翠电动汽车,质量为2.2×103kg,每个轮胎和地面的接触面积为2×10﹣2m2,g取10N/kg,求:
(1)车对地面的压力;
(2)车对地面的压强。
解:
(1)车对地面的压力:
F=G=mg=2.2×103kg×10N/kg=2.2×104N;
(2)车对地面的压强:
p=FS=2.2×104N4×2×10-2m2=2.75×105Pa。
答:(1)车对地面的压力为2.2×104N;
(2)车对地面的压强为2.75×105Pa。
核心知识2 液体压强及其实际应用
【高频考点精讲】
一、液体压强的特点
1、 液体压强产生原因:液体受到重力的作用,并且具有流动性。
2、液体内部压强的特点
(1)液体内部向各个方向都有压强。
(2)同种液体内部的同一深度,向各个方向的压强相等。
(3)同种液体,深度越深,压强越大。
(4)在深度相同时,液体的密度越大,压强越大。
3、注意事项
(1)检查装置气密性:用手指轻压橡皮膜,如果U形管两侧液柱的高度差几乎无变化,说明橡皮膜漏气。
(2)U形管两侧的液面不相平,说明橡皮管中有气体,应该重新安装U形管。
(3)通过观察U形管两侧液柱的高度差反映液体压强的大小。
二、液体压强的大小
1、液体压强计算公式:。
(1)单位:→,→,→。
(2)公式中的“”为液体内部某点到液面(与空气接触的面)的竖直距离。
(3)液体内部压强只与液体的密度和深度有关,与液体的质量、体积、重力以及容器形状、底面积无关。
2、液体对容器底部压力
(1)比较大小(割补法)
甲图中,液体对容器底部压力;
乙图中,液体对容器底部压力;
丙图中,液体对容器底部压力。
(2)计算数据
【规则形容器】
如图乙所示,液体对容器底部压力等于液体自身重力,。
【不规则容器】
如图甲、丙所示,液体对容器底部压力的计算方法
①求液体对容器底部压强:;
②求液体对容器底部压力:。
三、连通器—液体压强的实际应用
1、定义:上端开口、下端连通的容器叫做连通器。
2、特点:连通器里装有同种液体,当液体不流动时,连通器各部分中的液面高度总是相同的。
3、应用:水壶、锅炉水位计、船闸、下水道的U形“反水弯”。
【热点题型精练】
13.(2022•武汉期末)如图所示,容器中间用隔板分成左右两部分,隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封闭,橡皮膜两侧压强不同时其形状发生改变。图中,在隔板两侧分别装入两种不同的液体,不能比较出左右两侧液体密度大小关系的是( )
A. B. C. D.
解:A、由图可知,橡皮膜向左边凸起,说明右边液体压强大,而左边的液面高度低于右边液面的高度,所以无法根据p=ρgh判断左右两侧液体密度大小关系。故A符合题意;
B、由图可知,橡皮膜向右边凸起,说明左边液体压强大,而左边的液面高度低于右边液面的高度,所以根据p=ρgh可知,左侧液体的密度大于右侧液体密度。故B不合题意;
C、由图可知,橡皮膜向左边凸起,说明左边液体压强大,而左边的液面高度等于右边液面的高度,所以根据p=ρgh可知,左侧液体的密度大于右侧液体密度。故C不合题意;
D、由图可知,橡皮膜没有凸起,说明左右两边液体压强一样大,而左边的液面高度低于右边液面的高度,所以根据p=ρgh可知,左侧液体的密度大于右侧液体密度。故D不合题意。
答案:A。
14.(2022•攀枝花模拟)匀速地向某容器内注满水,容器底所受水的压强与注水时间的关系如图所示,这个容器可能是( )
A.锥形瓶 B.烧杯 C.量杯 D.量筒
解:根据图象,容器底所受水的压强变化是越来越慢,
当匀速地向某容器内注满水时,压强变化越来越慢,根据p=ρgh可知,水面升高的高度变化越来越慢,容器的形状是上口大、底小。
A、A选项的锥形瓶,水面升高的高度变化是越来越快,不符合题意
BD、BD选项的烧杯和量筒,水面升高的高度变化是均匀的,不符合题意;
C、C选项的量杯,水面升高的高度变化是越来越慢,符合题意;
答案:C。
15.(2022•常德模拟)如图所示,水平桌面上放有底面积和质量都相同的甲、乙两平底容器,分别装有深度相同、质量相等的不同液体。下列说法正确的是( )
①容器对桌面的压力:F甲>F乙
②液体的密度:ρ甲=ρ乙
③液体对容器底部的压强:p甲>p乙
④容器对桌面的压强:p甲′=p乙′
A.只有①和③ B.只有①和④ C.只有②和③ D.只有③和④
解:①水平桌面上,甲、乙两个容器中两种液体质量相等,则重力相等,容器底面积和质量相同,故对桌面的压力F甲=F乙,由p=FS得,容器对桌面的压强:p甲′=p乙′,故①错误,④正确;
②因为容器底面积相同,液体同高,乙中液体的体积大于甲中液体的体积,因为质量相同,所以ρ甲>ρ乙,故②错误;
③由图知,两容器中液体的深度相同,由②知ρ甲>ρ乙,根据p=ρgh知,液体对杯底的压强p甲>p乙;故③正确。
综上所述,①②错误,③④正确。
答案:D。
16.(2022•长沙期末)在两个完全相同的容器中分别倒入甲和乙两种不同的液体,如图所示,下列分析正确的是( )
A.若甲和乙的质量相等,则甲的密度小于乙的密度
B.若甲和乙对容器底部的压强相等,则甲的密度小于乙的密度
C.若甲和乙对容器底部的压强相等,则甲的质量小于乙的质量
D.若甲和乙的质量相等,则甲对容器底部的压强小于乙对容器底部的压强
解:
A、由题意可知,甲和乙的质量相等,由图可知,V甲<V乙,根据ρ=mV可知,ρ甲>ρ乙,故A错误;
B、若甲和乙对容器底部的压强相等,由图可知,h甲<h乙,根据p=ρgh可知,ρ甲>ρ乙,故B错误;
C、液体压强相等,两容器底面积相等,由p=FS可知,甲、乙对容器底的压力相等,即F甲=F乙﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
采用割补法,分别把容器两侧半球部分补上同种液体,此时液体为圆柱形;
割补后深度不变,液体密度不变,所以液体对容器底的压强不变,又因为容器底面积不变,所以割补前后液体对容器底部的压力不变,且此时液体为圆柱形(液体对容器底的压力等于液体的总重力);
所以,F甲=G甲总﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②,F乙=G乙总﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③,
两容器完全相同,则补上的液体体积相等,设补充的液体体积为V,
由①②③可得:G甲总=G乙总,
即m甲g+ρ甲gV=m乙g+ρ乙gV﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣④,
由B选项可知,ρ甲>ρ乙;
所以由④式可得:m甲﹣m乙=(ρ乙﹣ρ甲)V<0,
所以m甲<m乙,故C正确;
D、由A选项可知,ρ甲>ρ乙,
由割补法可知,甲对容器底部的压力F甲=m甲g+ρ甲gV,
乙对容器底部的压力F乙=m乙g+ρ乙gV,
而m甲=m乙,ρ甲>ρ乙,
所以F甲>F乙,
又因为两容器的底面积相等,所以根据公式p=FS可知,p甲>p乙,故D错误。
答案:C。
17.(2022•郑州模拟)三峡船闸是世界上最大的人造连通器。图是轮船通过船闸的示意图。此时上游阀门A打开,下游阀门B关闭。下列说法正确的是( )
A.闸室和上游水道构成连通器,水对阀门A两侧的压力相等
B.闸室和上游水道构成连通器,水对阀门A右侧的压力大于左侧的压力
C.闸室和下游水道构成连通器,水对阀门B右侧的压力大于左侧的压力
D.闸室和下游水道构成连通器,水对阀门B两侧的压力相等
解:图中,上游阀门A打开,下游阀门B关闭:
闸室和上游水道构成连通器,此时右侧水深大于左水深,右侧水对阀门A的压强大于左侧水对阀门A的压强,右侧水对阀门A的压力大于左侧水对阀门A的压力,故A错误、B正确;
阀门B关闭,闸室和下游水道不连通,不能构成连通器,故C、D错误。
答案:B。
18.(2022•柳州期末)如图是两边管子粗细相同、足够高的连通器,其水平细管足够长,中间有一个可无摩擦移动的活塞。刚开始活塞固定不动,两管液面相平,左管液体是酒精(ρ酒精=0.8×103kg/m3),右管液体是水(ρ水=1.0×103kg/m3)。现松开活塞,重新稳定后( )
A.右边液面下降1cm
B.右边液面下降2cm
C.右边液面比左边液面低1cm
D.左右液面一样高
解:
由图可知,连通器两边的液体高度都为9cm,根据连通器的特点可知,在连通器内装入不同液体,当液体静止时,连通器两侧液体对活塞的压强相等,
因为酒精的密度小于水的密度,所以松开活塞后,酒精的液面升高,水面下降,因为连通器两边管子粗细相同,所以酒精上升的高度等于水下降的高度h,
因为左、右两管中的液体对活塞的压强相等,即p酒精=p水;
所以根据液体压强的计算公式p=ρ液gh,可得:
ρ酒精g(9cm+h)=ρ水g(9cm﹣h);解得:h=1cm,所以右边液面下降1cm,左边上升1cm,故A正确。
答案:A。
19.(2021•兰州中考)如图所示,质量为120g的平底烧瓶内装有300mL的水,静止放在水平桌面上,烧瓶底面积为30cm2,测得水的深度为5cm,则水对瓶底的压强为 500 Pa,烧瓶对桌面的压强为 1.4×103 Pa。(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
解:(1)水对瓶底的压强:p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×5×10﹣2m=500Pa;
(2)烧瓶内水的质量:m水=ρ水V=1×103kg/m3×300×10﹣6m3=0.3kg,
烧瓶和水的总质量:m=m瓶+m水=120×10﹣3kg+0.3kg=0.42kg,
烧瓶和水的总重力:G=mg=0.42kg×10N/kg=4.2N,
此时烧瓶对水平桌面的压力:F=G=4.2N,
烧瓶对水平桌面的压强:p=FS=4.2N30×10-4m2=1.4×103Pa。
答案:500;1.4×103。
20.(2022•镇江模拟)如图所示是一辆不慎驶入水中汽车的车门,随着水位升高,车门上A处受到水的压强将 增大 。若车门在水下部分的面积为0.8m2,受到水的平均压强为5×103Pa,g=10N/kg,此时车门所受水的压力为 4×103 N,相当于 400 kg水压在车门上,因此,建议汽车不慎驶入水中时,应立即设法从车内逃离,避免生命危险。
解:随水位升高,A处的水深h不断增加,由p=ρgh可知,A处受到水的压强将增大;
由p=FS可知,车门受到的压力:F=pS=5×103Pa×0.8m2=4×103N;
由G=mg可知,水的质量:m=Gg=4×103N10N/kg=400kg;
答案:增大;4×103;400。
21.(2022•桂林期末)如图所示,有一横截面积为0.4m2的薄圆柱形盛水容器,侧面有一横截面积为10mm2的小孔A;容器底部的密闭活塞可在小孔A下方沿容器内壁上下移动。开始水深h=2m,水流出小孔的速度为1m/s,水恰巧能落入小管B中,为使水始终能落入B管中,须通过自动装置使活塞缓慢向上移动,则5000s内流入小孔的水的质量为 50 kg,容器中的水对活塞压强减少了约 1250 Pa(水的密度为1.0×103kg/m3)
解:流出的水的体积V=S孔vt=10×10﹣6m2×1m/s×5000s=0.05m3,
由ρ=mV得:m=ρV=1.0×103kg/m3×0.05m3=50kg;
水深度的变化量△h=VS=0.05m30.4m2=0.125m,
减少的压强:
△p=ρg△h=1×103kg/m3×10N/kg×0.125m=1250Pa。
答案:50;1250。
22.(2022•鄂州模拟)一个底面积为400cm2的圆柱形容器,现有底面积为100cm2,高为15cm的长方体木块,密度为0.6g/cm3,竖直放在容器中,当向容器中注入3500ml水时,则水对容器底的压强为 1100 Pa(此过程中水未溢出容器外)。
解:
若木块漂浮,V排=900cm3,
则木块浸入的深度为900cm3100cm2=9cm;
假设木块不漂浮起来,则容器中的水深为11cm,假设不成立,木块会漂浮。
即F浮=G物=ρ物gV物=600kg/m3×10N/kg×(0.01m2×0.15m)=9N;
故此时木块浸入水中的体积是:F浮=ρ水gV排
V排=F浮ρg=9N1000kg/m3×10N/kg=0.0009m3=900cm3
所以此时的总体积是:V=900cm3+3500cm3=4400cm3;
所以此时液面的高度是:h=VS=4400cm3400cm2=11cm=0.11m;
故此时容器对液面底部的压强是:p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.11m=1100Pa。
答案:1100。
23.(2022•荆州模拟)如图所示,用压强计“探究影响液体内部压强大小的因素”。
(1)图甲所示压强计是通过U形管中水面 高度差 来反映被测压强大小的。
(2)若在使用压强计前,发现U形管内水面已有高度差,通过 B (填写正确选项前字母)方法可以进行调节。
A.从U形管内向外倒出适量水;B.拆除软管重新安装;C.向U形管内添加适量水;
(3)比较乙图、丙图和丁图,可以得到:在同一深度,液体内部向各个方向的压强 相等 。
(4)在乙图中,若只将烧杯中的水换成同深度的盐水,其他条件不变,则可以观察到U形管两边液面的高度差将 变大 。(选填“变大”、“变小”或“不变”)。
(5)若在步骤(4)时,图乙中U形管左右两侧水面的高度差h=5cm,则橡皮管内气体的压强与大气压之差约为 500 Pa.(ρ盐水=1.2×103kg/m3,ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
解:(1)图甲所示压强计是通过U形管中水面高度差来反映被测压强大小的;
(2)调节压强计时,只需要将软管取下,再重新安装,这样U形管中两管上方的气体压强就是相等的(都等于大气压),当橡皮膜没有受到压强时,U形管中的液面就是相平的,故选B;
(3)比较乙图、丙图和丁图,在相同液体的同一深度处,金属盒的朝向不同,而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;
(4)在乙图中,若只将烧杯中的水换成同深度的盐水,其他条件不变,控制了深度不变,把水换成盐水,液体密度变大,液体压强变大,则可以观察到U形管两边液面的高度差将变大。
(5)图乙中U形管左右两侧水面的高度差h=5cm,则橡皮管内气体的压强与大气压之差约为:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.05m=500Pa。
答案:(1)高度差;(2)B;(3)相等;(4)变大;(5)500。
24.(2022•上海模拟)如图所示,足够高的圆柱形薄底容器A、B置于水平地面上,分别盛有水和液体乙。水的深度为0.08米,两容器底部受到液体的压强相等。(g取9.8N/kg)
①若水的质量为2千克,求水的体积V水.
②求水对容器A底部的压强p水。
③在容器A中注入水,使两容器中液面相平,此时水对容器A底部的压强增加了196帕。求液体乙的密度ρ乙。
解:
①由ρ=mV可得,容器中甲水的体积为:V=mρ=2kg1.0×103kg/m3=2×10﹣3m3;
②容器甲中水对容器底部的压强:p水=ρgh=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.08m=784Pa。
③当容器甲内加水至于容器乙相平时,设此时水深为h1,
此时水对容器底部的压强:p1=p水+△p=784Pa+196Pa=980Pa;
由p=ρgh可得此时水的深度:h1=p1ρ水g=980Pa1.0×103kg/m3×9.8N/kg=0.1m;
由题知,原来容器甲、乙底部所受液体的压强相等,即:p乙=p水=784Pa;
由p=ρgh可得,液体乙的密度:ρ乙=pgh1=784Pa9.8N/kg×0.1m=800kg/m3。
答:①水的体积为2×10﹣3m3;
②容器甲中水对容器底部的压强为784Pa;
③液体乙的密度为800kg/m3。
核心知识3 大气压及其测量
【高频考点精讲】
一、大气压的存在
1、大气压产生原因:大气受到重力的作用,并且具有流动性。
2、第一个证明大气压强存在的实验:马德堡半球实验。
3、应用:注射器吸入药水,利用吸管吸入饮料,钢笔吸入钢笔水,吸盘式挂钩,水泵吸水。
二、大气压的测量—托里拆利实验
1、实验方法:在长约1m、一端封闭的玻璃管中灌满水银,用手指堵住管口,然后倒插在水银槽中。放开手指,管内水银面下降到一定高度时就不再下降,测出管内外水银面高度差。
2、通常把支持760mm水银柱的大气压叫做标准大气压。
3、大气压数值的计算
4、注意事项
(1)玻璃管倾斜,管内水银柱长度会增加,但是竖直高度不变,不会影响实验结果。
(2)玻璃管变粗或者变细,不会影响实验结果。
(3)玻璃管变长,只要管内水银柱上方保持真空状态,管内水银柱竖直高度不变,不会影响实验结果。
(4)把玻璃管在水银槽中提升或者深入一些(管口始终不离开槽中水银面),不影响实验结果。
(5)管内混有少量空气,水银柱会降低,导致测量结果偏小。
(6)实验方法:等效替代法。
三、大气压的变化
1、大气压随海拔高度的增加而减小,在海拔3000m以内,大约每升高10m,大气压减小100Pa。
2、一般情况下,晴天比阴天的气压高,冬天比夏天气压高。
3、液体的沸点随气压的减小而降低,随气压的增大而升高。
4、气压计—测定大气压的仪器。种类:水银气压计、金属盒气压计(无液气压计)。
【热点题型精练】
25.(2022•成都期末)下列现象中能说明存在大气压的是( )
A.火箭升空过程不断喷射高温燃气
B.坦克装有宽大的履带
C.医生推动活塞给病人注射药液
D.用吸管将杯中饮料吸入口中
解: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。故A不符合题意;
B、坦克装有宽大的履带,是在压力一定时,增大受力面积来减小压强。故B不符合题意。
C、医生向病人体内注射药液是利用了人的推力,与大气压无关。故C不符合题意。
D、用力一吸气,吸管内的气压小于外界大气压,饮料在外界大气压的作用下,被压入口腔内,所以利用了大气压。故D符合题意。
答案:D。
26.(2022•淮安期末)医院体检抽血时,普遍采用如图所示的真空采血管,使用时将导管一端的针头插入被检查者的静脉,另一端的针头插入真空采血管,血液便自动流入采血管,此时的血液是( )
A.靠自身重力流入采血管 B.被真空吸入采血管
C.被空气压入采血管 D.由血压压入采血管
解:真空采血管在组装后应保持一定的负压,即真空试管内气体的压强低于大气压,针头插入检查者的静脉时,在检查者血压的压力下,血液流入真空采血管。
答案:D。
27.(2022•内江模拟)大气压是由于空气受到重力而产生的。如果地球的表面约为5×1014m2,那么,在一个标准大气压下,地球周围的空气质量约为(标准大气压取1.0×105Pa,g=10N/kg)( )
A.5×1012kg B.5×1018kg C.1×1018kg D.1×1012kg
解:球体的表面积是:S=5×1014m2;
1标准大气压的值为1.0×105Pa;
由p=FS可得,大气压力为F=pS=1.0×105Pa×5×1014m2=5×1019N;
空气的重力G=F=5×1019N;
空气质量m=Gg=5×1019N10N/kg=5×1018kg;
答案:B。
28.(2022•衢州模拟)小柯设计了一个“不用绳子扎口的气球”,如图所示,先将气球放入玻璃瓶中,再将球口紧套在玻璃瓶口,从抽气口抽气,观察到气球变大;停止抽气后,马上用橡皮套封住抽气口,此时气球不用绳子扎,也能保持膨胀状态。假设抽气前后气球内的气压分别是p1、p2,瓶内的气压分别是p3、p4,则下列关系正确的是( )
A.p1<p2 B.p1=p2 C.p3<p4 D.p3=p4
解:
抽气前气球内气体压强与外界大气压强相通,气球体积没有变化,所以与大气压相等;抽气后,气球与外界大气相通,气球内气压等于大气压,故p1=p2,故A错误,B正确;
抽气前瓶内气体压强与外界大气压强相通,与大气压强相等;用抽气机向外抽气时发现瓶内的气球在膨胀,说明此时气球内气体压强大,玻璃瓶内气体压强小才会导致气球膨胀,即p3>p4,故CD错误。
答案:B。
29.(2022•齐齐哈尔模拟)塑料吸盘是家庭常用的小工具,小明做了如图的实验,在实验中吸盘都保持静止,但所挂钩码已是吸盘所能提起的最大重物,你认为正确的是( )
A.甲图中如果将塑料吸盘戳个小孔,吸盘仍能吸在墙面上
B.甲图中大气对吸盘的压力等于钩码的重力
C.利用乙图的实验可以粗略测量大气压强的值
D.利用乙图的实验在海拔更高的地区仍能提起该重物
解:A、甲图中如果将塑料吸盘戳个小孔,内外大气压相等,吸盘不能吸在墙面上,故A错误;
B、甲图中吸盘在竖直方向受竖直向下的拉力和竖直向上的摩擦力,并且二力是一对平衡力;在水平方向受大气对吸盘的压力和支持力,二力也是一对平衡力;因此大气对吸盘的压力与钩码的重力没有任何关系,故B错误;
C、乙图中下面吸盘受到大气向上的压力和物体向下的拉力,并且二力是一对平衡力,故大气对下面吸盘的压力等于钩码的重力;能求出大气对吸盘的压力,故可以粗测大气压的值;故C正确;
D、用乙图的实验在海拔更高的地区,气压减小,大气对下面吸盘的压力小于钩码的重力,不能再提起该重物,故D错误;
答案:C。
30.(2022•滨州期末)如图所示,把一根两端开口的细玻璃管,通过橡皮塞插入装有红色水的玻璃瓶中,从管口向瓶内吹入少量气体后,瓶内的水沿玻璃管上升的高度为h。把这个自制气压计从1楼带到5楼的过程中(对瓶子采取了保温措施),观察到管内水柱的高度发生了变化,如表所示,
楼层
1
2
3
4
5
管内与瓶内水面的高度差/cm
5
5.3
5.7
6
6.3
根据实验现象下列判断错误的是( )
A.往瓶内吹气后,瓶内气压小于瓶外大气压
B.水柱高度h增大,说明大气压降低了
C.上楼的过程中,给瓶子保温是为了避免温度对测量结果的影响
D.水柱高度h越大,瓶内外的气体压强差越大
解:A、从管口向瓶内吹入少量气体后,瓶内气压大于瓶外大气压,则竖直玻璃管中的水位将上升,故A错误;
BD、由于高度增加,大气压减小,则瓶内的气压高于瓶外大气压;管内的水面变高;所以玻璃管内水柱的高度增加,说明大气压随高度增加而变小,故BD正确;
C、由于热胀冷缩会引起玻璃管中水柱的变化影响实验结果,所以在拿着它上下楼时,应保持瓶中的水的温度不变,故C正确;
答案:A。
31.(2022•北京期末)在教室里用如图所示的喷壶喷洒消毒药液时,向壶内打气的目的是使壶内液面上方空气的压强 大于 (填“大于”、“等于”或“小于”)大气压强。
解:向壶内打气,壶内液面上方空气增多,压强增大,大于外界大气压,壶内液体便会压入管中。
答案:大于。
32.(2022•嘉兴期末)小张为研究“吸管中的饮料是被吸上来的?还是被压上来的?”这一问题时,设计了如图所示的实验。当用力推注射器活塞时,广口瓶内的气压将 大于 (选填“大于”、“小于”或“等于”)直玻璃管内的气压,能观察到的现象是 玻璃管内液体上升 。此实验 能 (选填“能”或“不能”)验证“饮料是被气压压上来的”这一结论。
解:广口瓶上部空气通过玻璃管与注射器相连,当用力推注射器活塞时,注射器与瓶内空气的体积减小,广口瓶内的气压就增大,由于瓶内的气压大于瓶外的大气压,在瓶内气压的作用下就把饮料压进吸管中,导致玻璃管内的液体上升。
答案:大于、玻璃管内液体上升、能。
33.(2022•济宁模拟)如图所示,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,这根“闲置”管是为了利用 大气压 。由于针头较细,为了确保药液的流速,需要将药水袋提升到比针管约高1.3m的高度,由此可推算出针管处受到药液的压强约为 1.3×104 Pa(ρ药液=ρ水)。
解:因为输液时,如果没有这根“闲置”,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;
针管处受到的液体压强p=ρ药液gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.3m=1.3×104Pa。
答案:大气压;1.3×104。
34.(2022•徐州期末)用如图所示装置粗略测量大气压的值。把吸盘用力压在玻璃上排出吸盘内的空气,吸盘压在玻璃上的面积为4×10﹣4m2.轻轻向挂在吸盘下的小桶内加沙子。吸盘刚好脱落时,测出吸盘、小桶和沙子的总质量为3.2kg.则大气对吸盘的压力为 32 N(g取10N/kg),大气压的测量值为 8×104 Pa.若吸盘内的空气不能完全排出,则大气压的测量值比实际值偏 小 。
解:大气对吸盘的压力 F=G=mg=3.2kg×10N/kg=32N;
大气压的测量值 p=FS=32N4×10-4m2=8×104Pa;
如果空气不能完全排出,使用较小的拉力便可将其拉下,拉力小了测得的压强也会偏小。
答案:32,8×104,小。
35.(2022•宜宾模拟)利用容积为10cm3的注射器、弹簧测力计和刻度尺可粗略测出大气压的值。
(1)实验的原理是 P=FS ;
(2)把注射器的活塞推到注射器筒的底端,这样做的目的是 排尽筒内空气,密封注射器 ,然后用一个橡皮帽封住注射器的小孔;
(3)如图所示,水平向左缓慢匀速拉动注射器筒,当注射器的活塞 刚被拉动 时,记下弹簧测力计的示数为19N;
(4)用刻度尺测出注射器 带刻度部分 长度为5cm,这样就不用测活塞的直径也能算出活塞横截面积;
(5)则大气压的值为 9.5×104 Pa;
(6)提出提高该种测量大气压值精确度的一条建议: 采用小活塞涂上凡士林或其他润滑油等 。
解:(1)本实验测量大气压的原理是p=FS;
(2)实验时,把活塞推至注射器筒底端是为了排出注射器中的空气,使注射器密封。
(3)水平向左缓慢匀速拉动注射器筒,当注射器的活塞刚被拉动时,拉力等于大气压力,弹簧测力计的示数F=19N即为大气压力;
(4)因活塞为圆柱体,知道注射器的容积,而活塞的横截面积可以通过公式S=VL来求出,所以需要用刻度尺量出针筒全部刻度部分的长度L=5cm;
(5)大气压的值p=FS=FVL=FLV=19N×0.05m10×10-6m3=9.5×104pa;
(6)由于注射器漏气会导致所测得的大气压值偏小,注射器漏气的主要原因是活塞的密闭性,所以可以采用小活塞涂上凡士林或其他润滑油等。
答案:(1)P=FS;(2)排尽筒内空气,密封注射器;(3)刚被拉动;(4)带刻度部分;(5)9.5×104;(6)采用小活塞涂上凡士林或其他润滑油等。
36.(2022•益阳期末)“拔火罐”是我国传统医疗的一种手段。如图所示,医生先用点燃的酒精球加热小罐内的空气,随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位,冷却后小罐便紧贴在皮肤上。已知大气压为1.0×105Pa,小罐底部和开口部位的面积均为10cm2,罐内空气冷却变为室温时其压强为9.0×104Pa,不计小罐重力。求:
(1)罐内空气对皮肤的压力;
(2)皮肤对小罐的支持力。
解:
(1)罐内空气对皮肤的压力:F内=pS=9.0×104Pa×10×10﹣4m2=90N;
(2)皮肤受到的外界大气压力:F外=p外S=1.0×105Pa×10×10﹣4m2=100N,
由力的平衡得火罐对皮肤的压力:F压=F外﹣F内=100N﹣90N=10N,
因为压力和支持力是一对相互作用力,故皮肤对火罐的支持力:F支=F压=10N。
答:(1)罐内空气对皮肤的压力为90N;(2)皮肤对小罐的支持力为10N。
核心知识4 流体压强与流速的关系及其应用
【高频考点精讲】
一、流体压强与流速的关系
1、流体定义:具有流动性的液体和气体统称为流体。
2、关系:流速越快的地方,压强越小。
二、流体压强与流速的关系应用
1、流速快的位置压强小,其他的位置压强大,因此形成压强差,使物体向压强小的位置运动或者存在运动趋势。
2、升力:飞机机翼上凸下平,导致上、下两个表面的气体流速不同,从而造成了上、下两个表面的压力不同,使机翼获得向上的升力。
3、同向航行的军舰之间要有一定的间隔,不能靠得太近。
4、列车高速行驶时,行人和车辆之间应该保持一定的安全距离。
【热点题型精练】
37.(2022•郴州模拟)小辉在晚会上表演了一个节目,如图所示。他一只手握住胶管的中部,保持下半部分不动,另一只手抓住管的上半部,使其在空中快速转动,这时下管口附近的碎纸屑被吸进管中,并“天女散花”般地从上管口飞了出来。产生这一现象的原因是由于( )
A.下管口空气流速大,导致下管口的压强大于上管口的压强
B.下管口空气流速大,导致下管口的压强小于上管口的压强
C.上管口空气流速大,导致上管口的压强大于下管口的压强
D.上管口空气流速大,导致上管口的压强小于下管口的压强
解:由于在空中快速转动上半部,上面的空气流动速度快,压强小;下面的空气流动速度小,压强大,纸片在压强差的作用下,被压向空中出现天女散花。
答案:D。
38.(2022•南京模拟)如图所示,从倒置的漏斗口用力吸气或向下吹气,乒乓球都不会掉下来。下列说法正确的是( )
A.吸气或吹气都减小了乒乓球上方气体的压强
B.吸气或吹气都增大了乒乓球下方气体的压强
C.吸气减小了乒乓球上方气体的压强,吹气增大了乒乓球下方气体的压强
D.吸气增大了乒乓球下方气体的压强,吹气减小了乒乓球上方气体的压强
解:从漏斗口向下用力吹气时,乒乓球上部空气流速大、压强小,而乒乓球下部空气流速小压强大;
吸气时,乒乓球上方空气压强小,这样在乒乓球的上、下部就会产生一个向上的压力差,从而托起乒乓球。
答案:A。
39.(2022•黄冈期末)学习了“流体压强与流速的关系”后,为了解决“H”形地下通道中过道的通风问题,同学们设计了如下几种方案。如图所示,黑色部分为墙面凸出部分,“”为安装在过道顶的换气扇,其中既有效又节能的是( )
A. B. C. D.
解:要想让风经过过道,过道左右两端的气压应该不同,所以过道左右两端的通风道中的空气流动速度不同。
如A图,过道左右两端的通风道相同,所以过道左右两端的通风道中的空气流动速度相同,不合理。
如图B,过道左右两端的通风道相同,所以过道左右两端的通风道中的空气流动速度相同,不合理。
如图C,过道右端的通风道有凸起,所以相同时间风经过过道右端的通风道时的路程长,则风速较快,所以过道右端的气压小于左端的气压,所以空气会从过道的左端流向右端,过道中有风通过。此方案不需要消耗其他能量,既有效又节能。此方案合理。
如图D,过道中有电动机,电动机工作时过道中空气流动速度加快,气压减小,空气会从过道口流进来而通风,但需要消耗电能,故此方案虽有效但不节能,不合理。
答案:C。
40.(2022•贺州模拟)如图所示,小露用电吹风从A端对着泡沫机翼模型送风,机翼升起,下列说法正确的是( )
A.气流通过下表面的路程大于上表面的路程
B.气流在下表面的流速大于上表面的流速
C.机翼模型上表面受到的压强大于下表面受到的压强
D.机翼模型升起的原因是机翼下表面受到的压力大于上表面受到的压力
解:小露用电吹风从A端对着泡沫机翼模型送风,在相等的时间内,机翼上方空气流过的路程大,速度大压强小,机翼下方空气流过的路程小,流速小压强大,机翼下表面受到的压力大于上表面受到的压力,产生了向上的升力,所以机翼模型升起。故ABC错误,D正确。
答案:D。
41.(2022•潍坊模拟)如图所示,一圆形水管左粗右细,a、b为粗管和细管中同一水平面上的点,水管中有一气泡,随水向右快速运动,气泡经过a、b两点时体积大小的比较,以下分析正确的是( )
A.a点时大 B.b点时大 C.一样大 D.均有可能
解:由于圆形水管左粗右细,当水经过a、b两点时,b点的流速大,压强小,所以气泡经过b点时的体积大于a点时体积,故B正确、ACD错误。
答案:B。
42.(2021•威海中考)如图所示,水平放置的“H”形容器,右侧装有植物油,左侧可能装有水或酒精,中间用一个可以无摩擦移动的活塞密封,活塞处于静止状态,则左侧可能装有哪种液体?若想让活塞向左侧移动,可以在什么位置水平吹气?(ρ水>ρ植物油>ρ酒精)( )
A.水 a处 B.水 b处 C.酒精 a处 D.酒精 b处
解:
由图知,活塞处于静止状态,则左右两侧受到液体的压强是相同的,且左侧液体的深度要大于右侧液体的深度,根据p=ρgh可知,左侧液体的密度要小于右侧液体的密度,已知右侧装有植物油,且ρ水>ρ植物油>ρ酒精,所以左侧装的液体为酒精;
若想让活塞向左侧移动,则需要减小左侧上方的气体压强,可以在a处吹气,a处空气的流速变快,气体压强变小,则压强差的作用下,活塞会向左移动。
答案:C。
43.(2022•宜昌模拟)如图所示,把一根饮料吸管A插在盛水的杯子中,另一根吸管B的管口贴靠在A管的上端。往B管中吹气,可以看到A管中的水面 上升 ;若用力从B管中吸气,可以看到A管中的水面 上升 。(两空均填“上升”、“下降”或“不变”)
解:现往B管中吹气,A管上方的空气流速变大,压强变小,A管下方的压强不变,A管中的水在外界大气压作用下被压上来,所以A管中的水上升;
同理,用力从B管中吸气,A管上方的空气流速变大,压强变小,A管中水在外界大气压作用下被压上来,所以A管中的水面上升。
答案:上升;上升。
44.(2022•淮安模拟)随着人们生活水平的提高,扫地机器人逐步进入普通家庭。如图所示为某款扫地机器人,其工作时是通过电机转动使内部气流速度 增大 ,压强 减小 ,使杂物进入吸尘器达到清扫的目的。
解:高速旋转的叶轮把空气排出风机,机器人内部的空气流速大,压强小,而外部的空气流速小,压强大,所以在外界大气压的作用下,外部空气和灰尘不断地压入进风机,扫地机器人就能“扫尘”了,使杂物进入吸尘器达到清扫的目的。
答案:增大;减小。
45.(2022•湘潭期末)如图,从左向右往玻璃管中吹风,U形管A管中的水面会 上升 (选填“上升”或“下降”)。说明对于流动的气体,在流速大的地方压强 小 (选填“大”或“小”)。
解:A管的横截面积小,相同时间内,风经过A管上方的流动速度大于B管上方的空气流动速度,A管上方的压强小于B管上方的压强,水被压向A管,A管液面上升,B管液面下降;
答案:上升;小
46.(2022•汕头期末)有些跑车在车尾安装了一种“气流偏导器”,如图由于“气流偏导器”上表面平直,下表面呈弧形凸起,当跑车高速行驶时,流过它上方的空气速度比下方空气速度 小 (选填“大或小”),此时,上方空气压强比下方空气压强 大 (选填“大或小”),这样,“气流偏导器”受到一个向 下 (选填“上或下”)的压力差,从而使车轮抓紧地面。
解:如图所示,等质量的空气在相同的时间内同时通过“气流偏导器”的上表面和下表面,
由于上表面平直,下表面呈弧形凸起,当跑车高速行驶时,流过它上方的空气速度比下方空气速度小,
此时,上方空气压强比下方空气压强大,“气流偏导器”受到一个向下的压力差,从而使车轮抓紧地面。
答案:小;大;下。
47.(2022•西安期末)在某兴趣小组的同学观察到:①飞机在起飞和航行时机翼的仰角不同;②飞机越大其机翼越大。他们想探究“机翼获得升力的大小与机翼仰角、机翼面积有什么关系?”(注:机翼仰角为机翼下表面与水平面的夹角,机翼面积指机翼在水平面上投影的面积)
他们利用塑料泡沫等材料自制了三个质量相同、形状相同、面积不同的机翼模型,把圆柱形空心笔穿过“机翼”并固定在“机翼”上,将一根金属杆从笔杆中穿过并上下固定,确保“机翼”能沿金属杆在竖直方向移动,将“机翼”挂在测力计的下方,实验装置如图所示。
(1)用鼓风机对着“机翼”吹风模拟飞机在空中飞行,当鼓风机向右吹风时,以气流为对照物,飞机向 左 飞行;
(2)为了研究“机翼”获得的升力与仰角的关系,他们对同一个“机翼”吹风,并保持风速不变,只改变“机翼” 仰角 的大小,观察并记录测力计的示数,在其他条件相同时,更换面积不同的“机翼”重复上述实验,实验记录如表:
(每次吹风前测力计示数均为3.5N)
机翼面积/cm2
测力计示数/N
机翼仰角
275
395
566
0°(水平)
3.2
3.0
2.6
较小
3.0
2.9
2.4
较大
2.9
2.8
2.3
最大
3.1
2.9
2.7
①在上述实验中,吹风前后测力计示数的 变化量(或差值、减小量) 即为“机翼”获得升力的大小;
②通过分析数据可以得出结论:当质量、形状、机翼面积和风速相同时,仰角增大,获得的升力 不一定 (选填“一定”或“不一定”)增大;当质量、形状、仰角和风速相同时,机翼面积越大,获得的升力 越大 ;
③实验时,“机翼”沿金属杆上升,金属杆对笔杆有向 下 的摩擦力,因此测得的升力应 小于 “机翼”实际获得的升力。
解:
(1)当鼓风机向右吹风时,空气向右运动,以气流为参照物,飞机向左飞升;
(2)为了研究“机翼”获得的升力与仰角的关系,他们对同一个“机翼”吹风,并保持风速不变,只改变“机翼”仰角的大小,观察并记录测力计的示数,在其他条件相同时,更换面积不同的“机翼”重复上述实验;
①在上述实验中,“机翼”获得升力的大小等于吹风前后测力计示数的变化量(或差值、减小量);
②由表中数据可知,当质量、形状、机翼面积和风速相同时,仰角增大,获得的升力有时大、有时小,所以获得的升力不一定增大;当质量、形状、仰角和风速相同时,机翼面积越大,获得的升力越大;
③实验时,“机翼”受到向上的升力,沿金属杆上升,由于金属杆对笔杆有向下的摩擦力,用弹簧测力计测得的升力小于“机翼”实际获得的升力。
答案:(1)左;(2)仰角;①变化量(或差值、减小量);②不一定;越大;③下;小于。
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