物理八年级下册（2024）第4节 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机综合训练题

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第九章 压强
专题13.跨学科实践：制作简易活塞式抽水机

1．物理观念：了解简易活塞式抽水机结构及工作原理。通过制作简易活塞式抽水机，让学生深入理解大气压强的概念和作用。
2．科学思维：在制作过程中，学生需要进行观察、分析、推理和创新，培养科学思维能力。
3．科学探究：学生通过动手实践，体验科学探究的过程，掌握实验设计和操作的方法。
4．科学态度与责任：培养学生严谨认真的科学态度和团队合作精神，以及运用物理知识解决实际问题的责任感。能根据简易活塞式抽水机在实际生产生活中的应用，提出合理化建议。

知识点1.活塞式抽水机结构及工作原理。
1. 活塞式抽水机结构(如图所示)
2.活塞式抽水机结构及工作原理
活塞与筒壁紧密接触，同时又可以上下移动。A、B是只能向上开启的两个阀门。使用时，提起活塞，阀门A受大气压作用关闭，活塞下面空气稀薄，气压小于外部大气压，于是地处的水在大气压作用下，迫使水推开阀门B，进入圆筒。压下活塞时，阀门B被水压下而关闭，由于水受阻碍不能向下流动，活塞下面的水推开阀门A，涌到活塞上面。再提起活塞时，阀门A关闭，它上面的水从出水口流出。与此同时，地处的水又大气压作用下推开阀门B进入圆筒，这样活塞不停的上下移动，水就从关口连续不断的流出。
知识点2.设计制作简易活塞式抽水机方案、选择材料、完成制作。
1. 材料和工具
（1）‌材料‌：空饮料瓶2个、带螺帽的圆形螺丝钉1颗、竹签1根、饮料吸管1根、内径约为7 mm的塑料软管1根。
（2）‌工具‌：剪刀、卷尺、电烙铁、热熔胶枪。
2. 制作步骤
（1）‌制作进水阀‌：取一个空饮料瓶的瓶盖，用电烙铁在瓶盖中央开一个直径约为5 mm的小孔‌1。
（2）‌组装抽水机‌：
A.将另一个空饮料瓶的底部剪掉，留下上半部分作为抽水筒。
B.在抽水筒的底部中心钻一个孔，插入竹签作为活塞杆，并用热熔胶固定。
C.在活塞杆上安装带螺帽的圆形螺丝钉，以固定活塞位置。
D.将进水阀的塑料软管一端连接到抽水筒的侧面，另一端连接到进水阀的瓶盖‌。
（3）‌测试和调试‌：
1）将抽水机的进水管插入水井中。
2）提起活塞，水在大气压作用下推开阀门进入筒内；压下活塞，阀门关闭，水通过活塞与筒身的间隙挤进活塞上部。
3）再次提起活塞，水再次推开阀门进入筒内，与此同时活塞上部的水从出水管流出。‌
知识点3.展示交流
1. 各小组展示制作好的抽水机工作的流畅性；
2. 若筒壁没有出水口，每个小组抽水高度是多少？
3. 说出各自小组制作的简易抽水机存在的不足有哪些？对存在不足之处有何合理化建议？
4. 汇报制作的抽水机用到了哪些学科知识。
简易活塞式抽水机的易错点主要包括以下几个方面‌：
1.‌排气问题‌：在使用简易活塞式抽水机时，如果抽水机中的空气没有完全排出，会导致抽水机无法正常工作。通常采用灌水方法排气，确保抽水机内部没有空气‌。
2.‌活塞密封性‌：活塞与筒身之间的密封性非常重要。如果密封不严，会导致抽水效率降低，甚至无法抽水。需要确保活塞与筒身之间的间隙尽可能小，以减少空气泄漏‌。
3.‌阀门功能‌：阀门的设计和功能对抽水机的效率有直接影响。当提起活塞时，进水阀门应打开，排气阀门应关闭；当压下活塞时，情况相反。如果阀门无法正常开关，会导致抽水机无法正常工作‌。
4.‌活塞运动机制‌：活塞的上下往复运动是抽水机的核心机制。如果活塞运动不畅或受到阻碍，会影响抽水效果。需要确保活塞运动顺畅，避免摩擦和阻力‌。
5.‌出水问题‌：有时出水管的出水不畅或不出水，可能是由于出水管堵塞或出水阀门故障。需要检查出水管和阀门，确保其正常工作‌。

考查角度1. 跨学科实践：活塞式抽水机构造及工作原理相关问题
【例题1】抽水机也叫水泵，如图是活塞式抽水机工作原理的示意图。其中，活塞跟筒壁紧密接触但是可以上下滑动，A、B是只能向上开启的阀门，这样，活塞不停地上下移动，水就从管口连续不断地流出，下列说法正确的是（ ）
A.阀门A向上打开是利用大气压 B.阀门B与外部液面高度差不能超过约10m
C.出水管口与外部液面的高度不能超过约10m D.阀门B向下关闭是利用大气压
【答案】B
【解析】AD.由图可知，活塞式抽水机在使用时，提起活塞时，阀门A受到上方大气压的作用而关闭，活塞下面的空气变稀薄，气压小于外界大气压，于是低处的水在大气压的作用下推开阀门B进入圆筒；当压下活塞时，阀门B受水的压力而关闭，水不能向下流，于是水向上的压力冲开阀门A进入圆筒的上部。再提起活塞时，活塞上面的水使阀门A关闭，水被活塞提起，从侧管中流出来，故AD错误；
BC.一标准气压大约能支持10m高的水柱，所以阀门B与外部液面高度差不能超过约10m，故B正确，C错误。故选B。
考查角度2. 跨学科实践：制作活塞式抽水机相关问题
【例题2】小明同学设计了一款简易活塞式抽水机。使用时将该抽水机的进水管插入水井中。提起活塞，水在大气压作用下推开阀门进入筒内；压下活塞，阀门关闭，进入筒内的水通过活塞（圆橡皮）与筒身的间隙挤进活塞上部。再次提起活塞，水再次推开阀门进入筒内，与此同时活塞上部的水从水管流出。请回答以下问题。
⑴提压手柄抽水比较费力，要求应用杠杆原理对现有手柄进行改进，请画出合理方案的设计草图________
要求：①提压活塞杆时能较省力并能保持连续提压
②结构能保证一定的强度
③采用采用Φ12圆管，其他辅助材料自选
⑵在设计草图上标出手柄的主要尺寸_____
⑶在抽水时出水管不出水，可能的原因是________（①筒身破损；②阀门推不开；③出水管破损；④活塞杆生锈）。
⑷为了检验改进后的手柄是否省力，下列试验方案不合理的是______（①用弹簧称勾住手柄握手处进行上下拉压力的测量；②用同一只手进行手柄拉压对比感受；③用钩码挂在手柄握手之处）。
【答案】（1）（2）见下图（3）① ②（4）③
【解析】（1）用弯曲的杠杆代替水平直手柄，这样根据杠杆平衡条件知道动力臂大于阻力臂时省力。
（2）见答案图
（3）在抽水时出水管不出水，可能的原因是筒身破损；②阀门推不开。
⑷为了检验改进后的手柄是否省力，不合理的是用钩码挂在手柄握手之处。
考查角度3. 跨学科实践：活塞式抽水机实际应用问题
【例题3】中国古代劳动人民的智慧是无穷无尽的，为了从地下取水，人们发明了活塞式抽水机（如图所示）。当活塞式抽水机手柄向下压时，A、B阀门的状态应该是（ ）
A. A、B阀门均打开
B. A、B阀门均闭合
C. A阀门打开，B阀门闭合
D. A阀门闭合，B阀门打开
【答案】D
【解析】当活塞式抽水机手柄向下压时，在大气压作用下，地下水上升冲开B阀门，B阀门打开，上面的A阀门在大气压向下作用下关闭。

1．如图是活塞式抽水机工作的示意图,下列说法错误的是（ ）
A．抽水机是利用大气压来工作的
B．在图甲中,当用力在Q处向下压手柄PQ时,手柄上的P点受到的作用力竖直向上
C．在图乙中,在Q点向上抬手柄PQ时,阀门B由于受液体压力而关闭,水被阻不能向下流动
D．这样的抽水机提升水的最大高度约为10m
【答案】B
【解析】A．抽水机是利用大气压来工作的，不符合题意。
B．在图甲中,当用力在Q处向下压手柄PQ时,手柄上的P点受到的作用力竖直向下，符合题意。
C．在图乙中,在Q点向上抬手柄PQ时,阀门B由于受液体压力而关闭,水被阻不能向下流动，不符合题意。
D．这样的抽水机提升水的最大高度约为10m，不符合题意。
2.用离心式水泵抽取地下的水，当时大气压为76厘米水银柱，这离心水泵能抽出的水距水泵的高度为（ ）
A．76厘米 B．13.6米 C．10.3米 D．103米
【答案】C
【解析】当时的大气压为76厘米水银柱，为．即：，，
．
3.用如图所示的装置抽水，当活塞上升到管口后继续上升，会发生的现象是（ ）
A.水从管口流出
B.管内水随活塞继续上升
C.管内水面开始下降
D.水不能从管口流出，水保持在管口附近不动，既不上升也不下降
【答案】C
【解析】本题易错选A.当活塞上升到S管口后再继续上升，活塞下水面将直接与大气连通，水在自身重力的作用下下降.
4. 以下有关离心式水泵的扬程及工作原理的说法中，不正确的是（ ）
A．离心式水泵靠大气压提水，因此其扬程不可能高于10.4米
B．离心式水泵的实际扬程可以高达20米以上
C．离心式水泵的吸水扬程不可能高于10.4米
D．离心式水泵的提水过程不仅仅靠大气压的作用
【答案】A
【解析】离心式水泵的扬程分为吸水扬程和实际扬程．吸水扬程是指将水从低处吸至泵壳处的扬程，这取决于大气压的大小，实际扬程还包括叶轮将水向高处甩出的高度，因此，实际扬程大于吸水扬程．
离心式水泵是利用大气压强来进行工作的，是大气压的力量将水从低处压到了泵壳处，因此，离心式水泵吸水扬程的最大高度可通过大气压进行计算．
根据压强公式p=ρgh得，．
因此，离心式水泵的吸水扬程不可能高于10.4米．
在吸水扬程的基础上，再加上叶轮对水的作用，其实际扬程会更大．
综上所述，BCD说法均正确，不合题意，只有选项A符合题意．
5．如图所示为活塞式抽水机的工作原理示意图。如图甲,提起活塞时,阀门A关闭,低处的水在________作用下推开阀门B,进入圆筒;如图乙,压下活塞时,阀门B关闭,活塞下面的水推开阀门______,涌入活塞上面;如图丙,再提起活塞时,活塞上面的水迫使阀门______关闭,水从出水口流出。
【答案】大气压； A； A
【解析】如图所示为活塞式抽水机的工作原理示意图。如图甲,提起活塞时,阀门A关闭,低处的水在大气压作用下推开阀门B,进入圆筒;如图乙,压下活塞时,阀门B关闭,活塞下面的水推开阀门A,涌入活塞上面;如图丙,再提起活塞时,活塞上面的水迫使阀门A关闭,水从出水口流出。
6.活塞式抽水机和离心式水泵，都是利用 把水从低处抽到高处的，因此要让抽水机正常工作，它离水面的距离不得超过 m．
【答案】大气压；10.3
【解析】活塞式抽水机和离心式抽水机工作时，都是使其内部气压小于外界大气压，在外界大气压的作用下将水压入抽水机内，进而实现把水从低处压到高处的目的．
由公式得，．也就是说大气压只能支持高10.3m的水柱，而离心式抽水机又是利用了大气压的作用，所以它离水面的高度不得超过这一数值。
7. 如图，活塞式抽水机是利用_____来工作的，在1个标准大气压下，最多可把水抽高______m；图中的出水口和圆筒构成一个______。（1个标准大气压取取10 N/kg）
【答案】大气压 10 连通器
【解析】活塞式抽水机是利用大气压来工作的，根据可得，它能抽水的最大高度：。出水口和圆筒构成一个上端开口、底部连通的容器，所以构成的是一个连通器。
8.抽水机是利用____来抽水的，如图所示为活塞式水泵的工作原理示意图，请完成下列填空．
甲图：提起活塞时，阀门______关闭，大气压迫使水推开阀门______，进入圆筒．
乙图：压下活塞时，阀门B______，活塞下面的水推开阀门______，涌入活塞上面．
丙图：再提起活塞时，阀门______关闭，它上面的水从出水管______，______迫使水推开阀门B，水就进入______．
【答案】大气压；
甲图：A、B；
乙图：关闭、A；
丙图：A、流出、大气压、圆筒．
【解析】（2）活塞式水泵工作过程如下：
①提起活塞时，阀门A关闭，大气压迫使水推开阀门B，进入圆筒；
②压下活塞时，阀门B关闭，活塞下面的水推开阀门A，涌入活塞上面；
③再提起活塞时，阀门A关闭，它上面的水从出水管流出，大气压迫使水推开阀门B，水就进入圆筒．
9.现给出活塞式简易抽水机工作原理示意图，请你说出活塞式抽水机的构造。它是如何实现将水不断地提升到高处的呢？
【答案】见解析
【解析】活塞式抽水机包含出水管，圆筒，活塞(跟筒壁紧密接触且可上下移动)，阀门A、B(只能向上开启)，进水管等，如图甲。使用时，若提起活塞，阀门A受到大气压的作用而关闭，活塞的下面空气稀薄，气压小于外界的大气压。于是，低处的水受到大气压的作用推开阀门B进入圆筒(如图甲)。当压下活塞时，阀门B被水压下而关闭，水受阻不能向下流动，于是冲开阀门A进入圆筒的上部(如图乙)。再提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门A关闭，水从出水管流出，与此同时，低处的水又在大气压的作用下推开阀门B而进入圆筒(如图丙)。这样，活塞不停地上下移动，水就从管口连续不断地流出。
10.（可以学习杠杆问题后回头做本题）如图活塞式抽水机AOB部分可视为杠杆，画出阻力F2，以及作用在手柄A点动力Fl的动力臂L1。
【答案】如图所示
【解析】过支点O做力F1作用线的垂线段，即为所求作的动力臂L1；过B点作竖直向上的力，即阻力F2。

1.如图是活塞式抽水机工作的示意图，下列说法错误的是（ ）
A.活塞式抽水机是利用大气压来工作的
B.在图甲中，当用力在Q处向下压手柄PQ时，手柄上的P点受到的作用力竖直向上
C.在图乙中，在Q点向上抬手柄PQ时，阀门B由于受液体压力而关闭，水被阻不能向下流动
D.这样的抽水机提升水的最大高度约为10m
【答案】B
【解析】活塞式抽水机是先将筒内的空气排出，使其内部压强较小，水在外界大气压的作用下被压到高处，所以该抽水机是利用大气压工作的，故A正确;在题图甲中，当用力在Q处向下压手柄PQ时，手柄上的P点对活塞有一个向上的力， 由于物体间力的作用是相互的，活塞对P点的作用力是向下的，故B错误;在图乙中，在Q点向上抬手柄PQ时.阀门B由于受液体压力而关闭，形成一个闭合的空间，所以水被阻不能向下流动，故C正确;该抽水机是利用大气压来工作的，一个标准大气压能支持10m高的水柱，故该抽水机提升水的最大高度约为10m，故D正确.
2.请结合下图给出的活塞式抽水机结构及工作原理示意图，说明其工作过程。
【答案】见解析
【解析】活塞与筒壁紧密接触，同时又可以上下移动。A、B是只能向上开启的两个阀门。使用时，提起活塞，阀门A受大气压作用关闭，活塞下面空气稀薄，气压小于外部大气压，于是地处的水在大气压作用下，迫使水推开阀门B，进入圆筒。压下活塞时，阀门B被水压下而关闭，由于水受阻碍不能向下流动，活塞下面的水推开阀门A，涌到活塞上面。再提起活塞时，阀门A关闭，它上面的水从出水口流出。与此同时，地处的水又大气压作用下推开阀门B进入圆筒，这样活塞不停的上下移动，水就从关口连续不断的流出。
3. 如果要制作一个活塞式抽水机，我们应如何选择材料？应注意哪些问题？
【答案】见解析
【解析】选择材料时，尽量选取身边常见的，容易获取的。同时选取圆筒的材料时，应充分考虑密封性，要能够和选取的活塞紧密贴合；可以参考活塞式抽水机，让水从下面进，上面出来；制作阀门时要设计成只能向上开启的活动阀门。所有选取的材料还应考虑一定的耐用性。