初中物理苏科版八年级下册液体的压强课后作业题
展开10.2 液体的压强
一.选择题(共12小题)
1.(2017•阜新)下列压强应用的实例与液体内部压强规律有关的是( )
A.推土机具有宽大的履带
B.2012年蛟龙号潜水器顺利完成7km级潜水实验
C.活塞式抽水机抽水
D.在我国海拔五千多米的青藏高原哨所,战士们必须使用压力锅做饭
2.(2017•杭州)如图,甲、乙、丙是三个质量和底面积均相同的容器,若容器中都装入等量的水(水不溢出),三个容器底部都受到水的压强( )
A.甲最大 B.乙最大 C.丙最大 D.一样大
3.(2017•广西)如图所示,打开水坝的闸门时,液体压强使坝底的水奔流而出,则决定坝底水的压强大小的因素是( )
A.水的体积 B.水的深度 C.坝的宽度 D.坝的高度
4.(2017•温州)用隔板将玻璃容器均分为两部分,隔板中有一小孔用薄橡皮膜封闭(如图),下列问题中可以用该装置探究的是( )
①液体压强是否与液体的深度有关
②液体压强是否与液体的密度有关
③液体是否对容器的底部产生压强
④液体是否对容器的侧壁产生压强。
A.①②③ B.①②④ C.②③④ D.①③④
5.(2017•自贡)如图,往浴缸中匀速注水直至注满,下列表示此过程中浴缸底部受到水的压强随时间变化的曲线,其中合理的是( )
A. B. C. D.
6.(2017•烟台)在探究实践创新大赛中,小明同学展示了他的“液体压强演示仪”,其主要部件是一根两端开口且用橡皮膜扎紧的玻璃管(如图),将此装置放于水中,通过橡皮膜的凹凸程度变化,探究液体压强规律。如图描述的几种橡皮膜的变化情况,其中正确的是( )
A. B. C. D.
7.有一个上细下粗的筒,下端用一薄片盖住后浸入水中(不计薄片重),薄片因受水的压力而不下落,如图所示。这时向筒内轻轻注入150克水后,恰能使薄片下落,那么下列做法中同样可使薄片下落的是( )
A.在筒内轻轻注入150克水银 B.往筒内轻轻注入150克酒精
C.在筒内轻轻加入150克砝码 D.以上三种方法都可以
8.如图所示压强计的橡皮盒位于水面下H深度,此时U型管中的左右两管水面高度差为h,则有关H与h的大小比较正确的是( )
A.H>h B.H<h
C.H=h D.以上情况均有可能
9. U形管内注入适量的水银,然后在左右两管内分别注入水和煤油。两管通过水平细管相连,细管中的阀门将水和煤油隔离,两管中的水银面相平,如图所示。当阀门打开瞬间,细管中的液体会( )
A.向左流动 B.向右流动
C.不动 D.水向右流动,煤油向左流动
10.圆筒形容器甲和乙放在水平桌面上,甲容器中装有密度为ρ1的液体,乙容器中装有密度为ρ2的液体,两容器中液体的体积相等,甲容器的底面积为S甲,乙容器的底面积为S乙,且S甲:S乙=3:2.将体积相等的密度为ρA的金属球A和密度为ρB的金属球B分别放入两容器的液体中,如图所示。金属球A受支持力为N1,金属球B受支持力为N2,且N1:N2=5:12.两容器放入金属球后,液体对甲容器底增加的压强为△p1,液体对乙容器底增加的压强为△p2.已知:ρ1:ρA=1:4,ρ2:ρB=1:10,则△p1与△p2之比为( )
A.2:3 B.5:6 C.2:5 D.3:1
11.(2014•芜湖校级自主招生)如图,轻质薄片刚要脱落,则油的密度是( )
A. B.
C. D.无法确定,因横截面积未知
12.先在溢水杯中装满水(水面与溢水口齐平),然后放人一块重2N的石块,溢出的水全部用小烧杯接住(如图所示).则( )
A.溢水杯底部受到水的压强不变,溢水杯对桌面的压强不变
B.溢水杯底部受到水的压强不变,溢水杯对桌面的压强增大
C.溢水杯底部受到水的压强不变,溢水杯对桌面的压强减小
D.溢水杯底部受到水的压强增大,溢水杯对桌面的压强增大
二.填空题(共9小题)
13.(2017•黑龙江)如图所示,一装满水的密闭容器放置在水平桌面上,将其倒置后,水平桌面受到的压力将 ,水对容器底的压强将 (均选填“变大”“变小”或“不变”)。
14.(2017•菏泽)三峡船闸实现了上下游船只的通航,如图所示。船闸是根据 原理工作的。当闸室内的水深为36米时,水对闸室底部产生的压强为 Pa.(g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
15.(2017•威海)如图甲所示,底面积10﹣3m2的金属圆筒重2N,开口向上漂浮在水面上,这时有的体积浸没在水中;若向金属圆筒里倒入1.25×10﹣4m3的某种液体,水面恰好与金属圆筒口相平,如图乙所示,此时水对金属圆筒底部的压强为 Pa,该液体的密度为 kg/m3(g=10N/kg,ρ水=1×10kg/m3)。
16.(2017•遂宁)如图是放置在水平桌面上一密闭容器,容器底面积为100cm2,容器内盛有深度为20cm、重100N的水。则容器底部受到水的压强p= Pa、压力F= N;如果将容器倒置放在水平桌面上,容器底部受到水的压力F' F(选填“>”、“=”或“<”)。(g=10N/kg)
17.(2017•邵阳)2017年5 月30日,“蛟龙号”载人潜水器在世界最深处的马里亚纳海沟下潜,最深潜深 6699m,获取到深海岩石、沉积物及近底海水样品,以供科学研究。“蛟龙号”在6600m 深处受到海水的压强是 Pa.(海水密度取 1×103kg/m3,g取10N/kg)
18.图甲是一把阴阳壶,壶把上开有两孔,可同时盛装两种液体,图乙为该壶的结构示意图,使用时,若捂住甲孔,则倒出的是 液体,这是根据 的原理。
19.在装有适量水的容器中放入一木块A,木块上方叠放一铁块B,静止时如图甲所示,水深为20cm,则水对容器底部的压强为 Pa(g=10N/kg);当把铁块B栓在木块A下方,放在水中静止时如图乙所示,则水对容器底部压强 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
20.有一个质量为m、半径为r、体积为V的半球形物体,现将半球浸入盛水的容器底部,如图。设半球与容器底部紧密结合,容器底部距离水面的高度为h,水的密度为ρ,则水对半球向下的压力大小为 。
21.医学专家研究发现,儿童和青少年如果经常玩电子游戏,易患早期高血压,正常人体舒张压(俗称低压)应低于85mm汞柱高产生的压强、收缩压(俗称高压)应低于130mm汞柱高。王佳同学经常玩电子游戏,体检时测得收缩压为1.904×104Pa,它相当于 mm汞柱高产生的压强,他的血压 超过正常人体的收缩压(填“已”或“没有”).因此专家规劝他少玩游戏。(汞的密度是13.6×103kg/cm3)
三.实验探究题(共7小题)
22.(2017•南京)小明用如图甲所示的装置,探究影响液体内部压强的因素。
(1)在图乙中,将橡皮膜先后放在a、b位置处可知,同种液体, 越大,压强越大,支持该结论的实验现象是: 。
(2)为了探究密度对液体内部压强的影响,还需将橡皮膜放在图丙中 (选填“c”或“d”)位置处。
23.(2017•荆州)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 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 (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 。
(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 。(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 Pa.(ρ盐水=1.2×103kg/m3,ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/Kg)
24.(2017•大连)小明在探究“液体压强的大小与液体深度和液体密度的关系”实验中,所用的器材有:U形管压强计、烧杯、刻度尺,足量的酒精、水和盐水,已知ρ酒精<ρ水<ρ盐水。
(1)如图1是U形管压强计。实验前,为了检查探头与U形管之间是否漏气,小明用手轻压探头的橡皮膜,同时观察U形管两侧液面 。
(2)在探究“液体压强的大小与液体深度的关系”时,记录的部分实验信息如下表:
实验 次数 | 液体 密度 | 液体深度 h/cm | U形管两侧液面 的高度差△h/cm | 液体压强 的大小 |
1 | 相同 | 3 | 2.7 | a |
2 | 6 | 5.8 | b | |
3 | 9 | 8.9 | c |
①请将表格中a、b、c三处空缺的信息补充完整:
a、 b、 c、
②根据表中信息可得出的探究结论是 。
(3)在探究“液体压强的大小与液体密度的关系”时,三次实验现象如图2所示。三个烧杯中的液面相平,U形管两侧液面的高度差相同,探头在液体中的深度不同。
小明根据三次实验现象,并结合(2)中②的结论,得出了该探究结论。请你简要说明他分析实验信息得出该探究结论的过程 。
25.(2016•贺州)小露用如图所示的装置探究液体内部压强的实验:
(1)实验前,先检查压强计探头、胶管和U型管的连接是否 ,再经过调整使U型管两侧液面的高度 ;
(2)在液体内部同一深度,改变探头方向,压强计 (选填“能”或“不能”)测各个方向的压强。
(3)U型管两侧液面高度差 (选填“等于”或“反映”)探头受到的压强大小;
(4)小露自制了一个简易压强计,如图乙所示,把简易压强计浸入水中,橡皮膜将 (选填“上凹”或“下凸”),增加简易压强计在水中的深度,细玻璃管中液柱会 (选填“上升”或“下降”)。
26.(2016•北京)水平实验桌面上有微小压强计、刻度尺和装有适量水的A、B两个烧杯。小亮学习了液体内部压强跟哪些因素有关的知识后,又提出了新的猜想,为此他利用提供的实验器材进行了如下实验探究。
①将微小压强计的探头放入A烧杯的水中,探头到烧杯底的距离L为6cm,如图甲所示,记录微小压强计U形管两侧的液面高度差h1;
②将微小压强计的探头放入B烧杯的水中,探头到烧杯底的距离L为10cm,如图乙所示,记录微小压强计U形管两侧的液面高度差h2;
小亮发现h1大于h2,于是小亮得出结论“液体内部任意一点的压强跟该点到容器底的距离L有关”。
请你利用这些器材,设计一个实验证明小亮的结论是错误的。写出实验步骤和实验现象。
27.(2016•雅安)小敏同学利用如图装置探究“液体内部压强的特点”(乙和丙容器中装的是同种液体)。
(1)实验中,首先必须检查压强计能否正常使用,若用手指不论轻压还是重压探头的橡皮膜时,发现U形管两边液柱的高度差变化都很小,则说明该压强计的气密性 ( 选填“好”或“差”); 调节好压强计后,U形管两边液面相平。
(2)小敏把探头分别浸入到图甲、乙图中的两种液体(分别是水或者酒精)中,发现图甲中U形管两边液柱的高度差比图乙的小,由此可以得出结论液体内部的压强跟液体的密度有关,他的结论是 的( 选填“正确”或“错误”); (如果他的结论正确,此空填写“甲”中溶液是水还是酒精;如果他的结论错误,请填写错误原因)。接着他改变图乙中探头的深度,其探究情况如图丙所示。
(3)比较图 ,得出探头浸入液体中的深度越深,U形管两边液柱的高度差就越大,表示液体在此处的压强就越大。
(4)小敏还发现在同种液体中,探头所处深度相同时,只改变探头的方向,U形管两边液柱的高度差不变,表明 。
28.(2015•巴中)在探究液体压强的实验中,进行了如图所示的操作:
(1)实验中,他就液体压强的工具是 。
(2)由丙、丁两图进行实验对比,得出液体压强与盛液体的容器形状 (选填“有关”或“无关”)。
(3)甲、乙两图是探究液体压强与 的关系,结论是 。
(4)要探究液体压强与密度的关系,应选用 两图进行对比。
(5)在图乙中,固定金属盒的橡皮膜在水中的深度,使金属盒处于向上、向下、向左、向右等方位时,两玻璃管中液面高度差不变,说明了在液体内部同一深度处,液体向各个方向的压强大小 。
四.计算题(共3小题)
29.(2017•云南)目前,世界上能够制造潜水深度6000米潜水器的国家仅有中国、美国、日本、法国和俄罗斯,我国研制的“蛟龙号”潜水器曾经载人深潜7062米,创造了世界同类作业型潜水器最大下潜深度记录,取ρ海水=1.0×103kg/m3,求:
(1)在7000m的深度,潜水器受到的海水压强为多少,合多少个标准大气压;
(2)若“蛟龙号”上有一个50cm2的观察窗,在7000m深度时观察窗受到的海水压力为多大;
(3)若“蛟龙号”从7000m深度上浮至水面用时6小时56分40秒,它上浮的平均速度。
30.(2017•成都)如图1所示,置于水平地面的薄壁容器上面部分为正方体形状,边长l1=4cm,下面部分也为正方体形状,边长l2=6cm,容器总质量m1=50g,容器内用细线悬挂的物体为不吸水的实心长方体,底面积S物=9cm2,下表面与容器底面距离l3=2cm,上表面与容器口距离l4=1cm,物体质量m2=56.7g。现往容器内加水,设水的质量为M,已知ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg。
(1)当M=58g时,水面还没有到达物体的下表面,求此时容器对水平地面的压强;
(2)当M=194g时,求水对容器底部的压力;
(3)当0≤M≤180g时,求出水对容器底部的压力F随M变化的关系式,并在图2中作出F﹣M图象。
31.(2017•曲靖)质量为180Kg的科考潜水器,在水下匀速下潜或加速下潜时受到水的阻力各不相同。若潜水器下潜时所受阻力与速度的关系如下表:
速度v/(m/s) | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 1.6 | 1.7 |
阻力f(N) | 300 | 300 | 300 | 320 | 340 | 360 | 380 | 400 |
求:(1)潜水器在水面下30m处,受到水的压强为多少?(水的密度为1.0×103Kg/m3)
(2)向潜水器水仓中注入50Kg水后,潜水器刚好以1.2m/s的速度匀速下潜,求注水后潜水器的平均密度。
(3)写出潜水器加速下潜时,所受阻力f与速度v的关系式:f= 。
五.解答题(共4小题)
32.(2016•黄冈)图甲为研究匀速直线运动的实验装置,一个半径为2cm的球由于磁铁的吸引静止在盛水的玻璃管底,水深1m.移除磁铁后,球在玻璃管中上升,图乙为球在露出水面前运动速度与时间的关系图象,其中v0=0.05m/s,水的密度为1.0×103kg/m3,求:
(1)移除磁铁前,玻璃管底受到水的压强;
(2)球在玻璃管上升过程中前4s的平均速度;
(3)已知球上升时受到水的阻力与其速度的关系为f=kv,球的体积用V,水的密度用ρ0表示,请推导球的密度表达式(用字母表示)
33.(2016•泰州)在“探究影响液体内部压强的因素”实验中。
(1)压强计是通过U型管的 来显示橡皮膜所受压强大小
(2)小华实验时的情形如图所示,四幅图中烧杯内的液面相平。(不考虑实验结论的偶然性)
①比较甲和图 ,可以初步得出结论:在同种液体中,液体内部压强随深度的增加而增大
②保持金属盒在水中的深度不变,改变它的方向,如图乙、丙所示,根据实验现象可以初步得出结论:
③比较乙和图丁,能初步得出液体内部压强与液体密度有关的结论吗? ,理由是:
34.(2015•莆田)为了验证液体压强的特点,某实验小组设计了如图装置,容器中间用隔板分成左右两部分,隔板下部有一圆孔用橡皮膜封闭。
(1)当橡皮膜两侧所受的压强不同时,橡皮膜的 发生改变。
(2)当容器左右两侧分别加入深度不同的水,且左侧水面较低,会看到橡皮膜向 (填“左”或“右”)侧凸出,说明液体压强与 有关。
(3)当容器左右两侧分别加入深度相同的水和盐水时,会看到橡皮膜向 (填“左”或“右”)侧凸出,说明液体压强与 有关。
35.(2015•铁岭)小明利用图甲、乙、丙所示的器材探究液体内部压强的特点。
(1)他向图甲中的U形管内注入适量的蓝墨水,当管内的蓝墨水静止时,U形管左右两侧液面的高度 。
(2)他将探头用橡皮管连接到U形管左侧的端口后,将探头没入水中,增大探头在水中的深度,发现U形管左右两侧液面的高度差变大,说明同种液体 。
(3)如图乙、丙所示,将探头放入水和酒精中相同深度,发现探头在酒精中时,U形管左右两侧液面的高度差 (选填“大”或“小”),说明在深度相同时,液体密度越大,液体压强 。
(4)小明做完实验后,又想验证浮力大小与液体密度的关系。于是他做了图丁和图戊所示的实验;将同一金属块挂在弹簧测力计下分别浸入水和酒精中一部分,并保证浸入液体中的体积 (选填“相同”或“不同”),从而验证了结论是正确的。
参考答案与试题解析
一.选择题(共12小题)
1.
【分析】液体具有流动性,液体对容器底和侧壁都有压强,在液体内部向各个方向都有压强,液体内部的压强随深度的增加而增大,还与液体的密度有关,据此分析回答。
【解答】解:
A、推土机具有宽大的履带,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故A不符合题意;
B、因为液体内部的压强随深度的增加而增大,蛟龙号潜水器顺利完成7km级潜水实验,说明潜水器承受的压强较大,故B符合题意;
C、抽水机抽水,通过活塞上移使活塞下方的桶内气压减小,水在外界大气压的作用下,被压上来,故C不符合题意;
D、高山上气压低,液体沸点随之减小,所以在我国海拔五千多米的青藏高原哨所,战士们必须使用压力锅做饭,故D不符合题意。
故选:B。
【点评】本题考查了学生对大气压的应用、液体压强特点的了解与掌握,利用所学知识分析解释实际现象,体现了理论和实践相结合,好题!
2.
【分析】由图可知,知道装入水的质量相等,可知各容器内水的深度关系,再根据液体压强的公式分析容器底部受到水的压强的大小关系。
【解答】解:如图三容器装入相同质量的水,
因容器的底面积相等,
所以,三容器内水的深度关系为h甲>h乙>h丙,
由p=ρgh可知,容器底部受到水的压强关系为p甲>p乙>p丙。
故选:A。
【点评】本题考查了学生对液体压强公式的掌握和运用,根据条件得出深度h的大小关系是本题的关键。
3.
【分析】液体压强使坝底的水喷射而出,根据液体压强的特点就能找出决定坝底水的压强大小的因素。
【解答】解:由于液体受到重力作用,且具有流动性,所以液体对容器底和容器侧壁有压强,并且液体的压强随深度增加而增大,因此决定坝底水的压强大小的是水的深度,故ACD错误,B正确。
故选:B。
【点评】本题的解题关键是熟记液体压强的特点,会灵活运用它来解决实际问题。
4.
【分析】要探究“液体压强跟深度的关系”,则应使液体密度相同,液体深度不同;
液体的压强与液体的密度和深度有关,在容器两边分别装入深度相同,密度不同的甲、乙两种液体,观察橡皮膜的变形情况,判断两种液体密度的大小关系。
【解答】解:①在容器两侧倒入深度不同的同种液体,观察橡皮膜产生的现象;可以探究“液体压强跟深度的关系”;
②在容器两边分别装入深度相同,密度不同的甲、乙两种液体,若橡皮膜凹向左边,则右边液体密度大,若橡皮膜凹向右边,则左边液体密度大,因此本实验装置能大致比较两种液体的密度大小,若要探究“液体压强跟液体密度的关系”,要控制液体深度相同,密度不同,则应在容器两侧倒入深度相同的不同液体,观察橡皮膜产生的现象;液体压强是否与液体的密度有关系;
③此时的橡皮膜没有处于容器的底部,所以该现象不能验证液体对容器底部有压强;
④此装置可以在一侧倒入液体,如果橡皮膜凸出,则表明液体对容器的侧壁有压强,若不凸出,则表明液体对侧壁没有压强;可以探究液体是否对容器的侧壁产生压强。
故选:B。
【点评】此题是探究液体压强与深度和密度的关系,考查了对控制变量法的应用,在实验中注意怎样控制变量和改变变量。
5.
【分析】液体对容器底部的压强与液体的深度和液体的密度有关,所以据题目中浴缸的形状分析判断即可解决。
【解答】解:据图可知,浴缸的形状是上宽下窄,所以在向浴缸中倒水时,相同时间倒入相同质量的水,但水在浴缸中的增加的高度越来越小,所以容器底部所受的液体的压强的增加量也会越来越小,故B是正确的;
故选:B。
【点评】看清容器的形状,并能结合液体内部压强大小的影响因素分析判断是解决该题的关键。
6.
【分析】液体内部存在压强,其特点是:液体对容器底和容器壁都有压强,液体内部向各个方向都有压强,液体内部压强随深度的增加而增大,在同一深度,液体内部向各个方向的压强相等,不同液体内部的压强还与液体的密度有关;故橡皮膜的形状由玻璃管所受的液体压强大小决定,故据此分析即可判断。
【解答】解:A、玻璃管下端更深,所受的液体压强更大,所以应该是下面橡皮膜向上凹得更厉害些,故A错误;
B、玻璃管下端更深,所受的液体压强更大,且下面橡皮膜向上凹得更厉害些,故B正确;
C、玻璃管水平放置在液体中,液体对两侧橡皮膜有向内的压强,所以右侧橡皮膜应该向左凹,故C错误;
D、玻璃管水平放置在液体中,两侧的橡皮膜都应向内凹,故D错误;
故选:B。
【点评】本题考查了学生对液体压强公式的掌握和运用,分析时同时考虑影响液体压强的多个因素(如深度、密度)。
7.
【分析】薄片之所以不会下落是因为受到水对它向上的压力,由图可看出,容器上窄下宽,150g水对薄片产生的压力F=PS=ρ水gh水S大于150g水的重力。只要放入的物体所产生的压力大于筒内150g水对薄片产生的压力,薄片就会下落。
【解答】解:(1)对于圆柱体的容器,加入相同质量的水和酒精时,由于m水=m酒精,ρ酒精=0.8ρ水,
那么V酒精=1.25V水,h酒精=1.25h水;
转到本题,结合图中给出的容器形状“上细下粗”,那么h酒精>1.25h水,则:
F酒精=p酒精S=ρ酒精gh酒精S=0.8ρ水gh酒精S>0.8ρ水g•1.25h水S=ρ水gh水S=F水,
所以,质量相同的水和酒精对薄片的压力:F酒精>F水;
因此150g的酒精可以使薄片下落。故B正确。
水银密度大于水,质量相同时体积小,所以150g水银产生的压力F=pS=ρ水银gh水银S,小于150g水对薄片产生的压力,薄片不会下落(解法同B),故B错误。
(2)在筒内轻轻加入150克砝码,150g砝码的重力等于150g水的重力,薄片不下落,故C错误。
故选:B。
【点评】本题考查物体所受液体压力的情况,关键是知道容器形状不同,液体对容器底所产生的压力不同,这是本题的难点也是重点。知道上口细、下口粗的容器,液体对容器底的压力大于液体重;圆柱形或方形容器F=G。
8.
【分析】把压强计的U型管左侧上端封闭的气体作为研究对象,它处于平衡状态,所以U型管内的水对这段气体的压强等于探头对这段气体的压强。
【解答】解:U型管左端封闭气体作为研究对象,U型管对它的压强等于大气压P0加上高为h的水柱产生的压强ρgh,探头对应的压强等于大气压强P0,加上深为H的水产生的压强ρgH,再减去探头的橡皮膜承担的压强P膜,即:
P0+ρgh=P0+ρgH﹣P膜
∴ρgh=ρgH﹣P膜
∴ρgh<ρgH
∴h<H
故选:A。
【点评】封闭的气体压强各点都是相等的,深度对压强的影响很微小,可以忽略。
9.
【分析】此题可以利用压强的变化量进行解答,U形管底部的水银面相平,说明两管中水银上方的水和煤油产生的压强相等。阀门以下部分的水和煤油高度相等,而水的密度大,所以阀门以下部分水的压强大于煤油的压强,所以阀门以上部分煤油的压强大于水的压强,故阀门打开后,液体会向左流动。
【解答】解:由题意可知,U形管中水银面相平,可知两管中水的压强与煤油的压强相等。
在阀门同一水平高度,则下方的水和煤油高度一样,因为ρ水>ρ煤油,由P=ρgh可得,阀门下方水的压强大于煤油的压强;
又因为阀门没有打开时,容器内液体静止不动,因此左右两边液体产生的压强相等;由于左右两边水银高度相等,而阀门下方水的压强大于煤油的压强,所以阀门上方水的压强小于煤油的压强,当阀门打开后,由于阀门右边煤油的压强大于左边水的压强,液体会向左流动。
故选:A。
【点评】该题虽然是一个U形管,但不能简单地根据连通器的原理去作答,需要考虑不同液体的密度及深度判断同一高度的液体压强,然后再确定阀门左右两边液体压强的大小。
10.
【分析】根据公式F浮=ρgV排可以求出放入金属球后,金属球受到的浮力,根据公式G=mg=ρVg可求求出两球的重力,放入液体中后,金属球受到的支持力就等于重力与所受的浮力之差,从而求出两液体的密度之比,最后根据公式P=ρgh=ρg求出△p1与△p2之比。
【解答】解:金属球A受支持力为N1=GA﹣F浮A=ρAgV﹣ρ1gV=4ρ1gV﹣ρ1gV=3ρ1gV;
金属球B受到的支持力为N2=GB﹣F浮B=ρBgV﹣ρ2gV=10ρ2gV﹣ρ2gV=9ρ2gV;
所以N1:N2=3ρ1gV:9ρ2gV=5:12;
所以ρ1:ρ2=5:4;
△p1与△p2之比=====;
故选:B。
【点评】本题考查压强的大小计算,关键是对物体进行受力分析,找出各个物理量之间的等量关系,本题有一定的难度。
11.
【分析】根据二力平衡条件可知,当轻质薄片恰好下落时,轻质薄片上下表面受到的压力相等,根据F=PS,因为面积S相等,所以当上下表面的压强p相等时轻质薄片恰好下落,即轻质薄片受到的水与油的压强相等,从而可以计算出油的密度。
【解答】解:
当轻质薄片恰好下落时,薄片片受到的水与油的压强相等,
即:ρ水gh水=ρ油gh油,
而h水=h,h油=2h+h=3h,
∴ρ水gh=ρ油g3h,
化简得:ρ油=ρ水。
故选:B。
【点评】此题考查学生对液体压强的计算的理解和掌握,关键是公式及其变形的灵活运用,难点是要知道当上下表面的压力相等时,轻质薄片在自身重力作用下才下落。
12.
【分析】(1)液体对容器底产生的压强跟液体的密度和液体的深度有关,跟其它因素无关。
(2)容器中盛有物体(包括固体和液体),容器对水平面的压力等于容器以及容器内所有物体的重力。知道压力的变化,受力面积不变,所以可以判断容器对水平面的压强。
【解答】解:(1)盛满水的溢水杯中放入一块石块,溢水杯中水的密度和水的深度都没有发生变化,所以水对容器底的压强不变。故选项D错误。
(2)盛满水的溢水杯中放入一块石块,石块排出一部分水,排开水的重力等于石块受到的浮力,但是小于石块的重力,所以容器以及容器内物体的重增大,对水平桌面的压力增大,受力面积不变,所以容器对水平桌面的压强增大。故选项A和C错误,选项B正确。
故选:B。
【点评】容器中盛有液体,容器对水平面的压力视为固体,容器对水平面的压力等于容器及容器内所有物体的重力。这是学生最容易出现错误的地方。
二.填空题(共9小题)
13.
【分析】容器对桌面的压力等于容器和容器内液体的总重力,根据容器和水质量的变化情况,可知容器对水平桌面的压力变化;
因容器倒置后,液面深度不变,由液体压强公式p=ρgh可得液体对容器底部的压强变化情况。
【解答】解:装满水的密闭容器放置在水平桌面上,其对水平桌面的压力等于容器和水的总重力,
将其倒置后,水的质量不变,容器和水的总重不变,
所以,水平桌面受到的压力将不变;
将其倒置后,水的深度不变,
根据p=ρgh可知,水对容器底部的压强不变;
故答案为:不变;不变。
【点评】本题考查了学生对压力及重力与压力的区别、压强的大小比较,关键是知道容器对桌面的压力等于容器和容器内液体的总重力。
14.
【分析】(1)几个底部互相连通的容器,注入同一种液体,在液体不流动时连通器内各容器的液面总是保持在同一水平面上,这就是连通器的原理。
(2)根据p=ρgh计算水对闸室底部产生的压强。
【解答】解:船闸的上游阀门打开时,上游和闸室构成连通器,下游阀门打开时,下游和闸室构成连通器,所以船闸是根据连通器原理工作的。
水对闸室底部产生的压强:p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×36m=3.6×105Pa。
故答案为:连通器;3.6×105。
【点评】本题考查连通器的原理和液体压强的计算,关键知道连通器是上端开口,底部相连的,液面静止时保持相平。
15.
【分析】物体漂浮在水面上,浮力等于重力,根据浮沉条件和阿基米德原理列出关系式,可以求出物体全部浸入液体中时受到的浮力;
根据物体在乙中的状态和受到的浮力,求出下表面受到的压力,根据压强公式可以求出底部受到的压强;
根据浮力和物体的重力,可以求出液体的重力,根据密度公式可求出液体的密度。
【解答】解:物体漂浮在水面上,根据阿基米德原理和物体的浮沉条件可知,物受到的浮力为:
F浮=ρ水gV排=ρ水gV=2N;则ρ水gV=3N;
物体在乙图中,全部浸入水中时受到的浮力为:
F'浮=ρ水gV=3N;
物体上表面受到的压力为0,则下表面受到的压力为F=3N,则下表面受到的压强为:
p===3000Pa;
此时物体漂浮,浮力等于重力,即:
F'浮=G+G液,则液体的重力为:
G液=F'浮﹣G=3N﹣2N=1N;
液体的密度为:ρ液====0.8×103kg/m3。
故答案为:3000;0.8×103。
【点评】本题考查了物体漂浮的条件和阿基米德原理、受力分析、密度公式的应用,综合性强,具有一定的难度。
16.
【分析】(1)知道容器内水的深度,根据p=ρgh求出容器底部受到水的压强,根据p=公式变形可求得容器底部受到水的压力;
(2)对于这种上下口不一样大的容器,可以通过比较对容器底的压力与液体重的大小关系,得出倒置前后对容器底的产生的压力大小关系。
【解答】解:(1)容器底部受到水的压强:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000Pa,
容器底面积S=100cm2=1×10﹣2m2,
由p=可得,容器底部受到水的压力:
F=pS=2000Pa×1×10﹣2m2=20N;
(2)如图甲,正放时,水对容器底的压力:F=p1S=ρghS<G水,
倒置时,如图乙,水对容器底的压力:F′=p1′S′=ρgh′S′>G水,
比较可知F′>F,即水对容器底面的压力变大。
故答案为:2000;20;>。
【点评】此题考查的是液体压强和固体压强的计算方法,同时出现固、液体压力压强,要注意先后顺序:液体,先计算压强(p=ρgh),后计算压力(F=pS);固体,先计算压力(在水平面上F=G),后计算压强(p=)。
17.
【分析】根据p=ρ液gh计算出“蛟龙号”在6600m 深处受到海水的压强。
【解答】解:受到海水的压强:
p=ρ液gh=1×103×10N/kg×6600m=6.6×107Pa。
故答案为:6.6×107。
【点评】该题考查了液体的压强的计算,是一道基础题。
18.
【分析】解答此题从以下知识点入手:
①一定质量的气体,压强随体积的增大而减小,壶中水倒掉一部分后,空间增大,气体压强减小,当茶壶内外的压强差大到一定程度的时候,壶中的水将倒不出来,因而在壶盖上打一小孔,与空气相通。
②上端开口,底部连通的容器叫连通器。如果连通器中只有一种液体,在液体不流动时,各容器中液面高度总是相同的。
【解答】解:一定质量的气体,压强随体积的增大而减小,若壶盖上没有小孔,壶中水倒掉一部分后,空间增大,气体压强减小,当茶壶内外的压强差大到一定程度的时候,壶中的水将倒不出来,因而在壶盖上打一小孔,与空气相通,使壶内外的气体压强始终相同,水在重力作用下就可流出来。因此若捂住甲孔,则倒出的是乙液体;
由图可知,阴阳壶上端开口,底部连通,利用的是连通器原理。
故答案为:乙;连通器。
【点评】茶壶是个连通器,是课本上有介绍的,但还需要学生自己认真去观察家中的茶壶,为什么有个小孔,小孔被堵住了会出现什么情况,为什么会出现这种情况。学习物理,我们提倡学生提出问题,并能自己去试图探究问题。
19.
【分析】由液体的压强公式可以求出水对容器底的压强;
两种情况下,物体都漂浮在水面上,物体排开水的体积不变,容器内水的深度不变,根据液体压强公式分析答题。
【解答】解:
水对容器底部的压强:
p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000Pa;
两种情况相比,物体都漂浮在水面上,即F浮=G总,浮力不变,由阿基米德原理知物体排开水的体积不变,容器内水的深度h不变,由液体压强公式p=ρgh可知,水对容器底部的压强不变。
故答案为:2000;不变。
【点评】本题考查了求压强、判断压强的变化情况,熟练应用液体压强公式是正确解题的关键。
20.
【分析】根据浮力产生的原因,浮力等于物体上下表面受到的压力差。运用液体压强公式p=ρgh,可求压强大小;再根据F=pS可求液体压力。运用阿基米德原理可求浮力大小。
【解答】解:半球与容器底部紧密结合和不紧密结合时,水对半球向下的压力相同。
假定半球与容器底部没有紧密结合,半球受到水向上的压强为p=ρgh,半球的底面积为S=πr2,受到水向上的压力为:F向上=pS=ρghπr2。
根据阿基米德原理,半球受到的浮力为:F浮=ρgV。
根据浮力产生的原因:浮力等于物体上下表面受到的压力差;即F浮=F向上﹣F向下.故有F向下=F向上﹣F浮=ρghπr2﹣ρgV。
故当半球与容器底部紧密结合时,水对半球向下的压力仍为ρghπr2﹣ρgV。
故答案为:ρghπr2﹣ρgV。
【点评】明确浮力产生的原因,熟练运用液体压强计算公式及阿基米德原理;是解答此题的关键。
21.
【分析】知道压强值,根据液体压强公式p=ρgh求能支持的水银柱高。然后与正常人体的收缩压比较即可。
【解答】解:∵p=ρgh,
∴能支持的水银柱高h==≈0.14m=140mm。
∵正常人体收缩压(俗称高压)应低于130mm汞柱高。
∴他的血压超过正常人体的收缩压。
故答案为:140;已。
【点评】本题考查液体压强的计算,关键是液体压强的计算公式的应用,解题过程中要注意单位的换算。
三.实验探究题(共7小题)
22.
【分析】(1)液体内部压强的大小与深度有关,深度越深,压强越大;U型管液面的高度差反应了液体内部压强的大小,高度差越大,液体的压强越大;
(2)探究密度对液体内部压强的影响时应控制深度相同;
【解答】解;(1)将橡皮膜先后放在a、b位置处,b的位置要比a的位置深,故b的压强大,则会看到U型管内液面的高度差大;
(2)探究密度对液体内部压强的影响时应控制深度相同,故应将橡皮膜放在图丙中c位置处。
故答案为:(1)深度;橡皮膜所处的深度越深,U型管液面高度差越大;(2)c。
【点评】对压强计结构与用法的了解是完成本实验的基础,在实验中控制变量法的运用依然是运用的主要研究方法,因此,搞清实验过程中的变量与控制量才是实验成功的关键。
23.
【分析】(1)U形管右端上方是和大气相通的,等于大气压强;U形管右端液面比较高,就说明U形管左端液面上方的气体压强大于大气压;只要取下软管,让U形管左端液面和大气相通,这样U形管两端的液面就是相平的;
(2)在相同液体的同一深度,液体内部向各个方向的压强相等;
(3)在乙图中,若只将烧杯中的水换成盐水,其他条件不变,是控制深度相同,改变液体的密度,观察U形管两侧的液面高度差是否相等,得出液体内部压强是否和液体的密度有关;
(4)根据p=ρgh求出液体产生的压强即为橡皮管内气体的压强与大气压之差。
【解答】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=1.2×103kg/m3×10N/kg×0.05m=600Pa。
故答案为:(1)高度差;(2)B;(3)相等;(4)变大;(5)600。
【点评】此题考查的是我们对于液体压强计的了解以及液体内部压强的影响因素。液体压强是中考必考的一个知识点,需要掌握。
24.
【分析】(1)液体内部存在压强,液体压强的大小用压强计测量。在使用压强计之前要检查其密闭性,防止漏气;
(2)从表中U形管两侧液面的高度差△h可知,深度越大压强越大;
(3)液体压强与液体密度和深度有关,U形管两侧液面的高度差相等,说明探头处液体的压强相同,从图知,h酒精>h水>h盐水,液体密度用公式ρ=比较。
【解答】解:(1)实验前先检查U型管压强计左右两液柱是否等高,然后用手轻轻按压橡皮膜,同时观察U形管两侧液面是否出现高度差;
(2)根据液体压强的计算公式P=ρ液gh,因为ha<hb<hc,所以 Pa<Pb<Pc,根据表中信息可得出的探究结论是液体密度相同时,深度越大压强越大;
(3)探头在酒精、水、盐水三种液体中受到的压强相同,从图知,h酒精>h水>h盐水,由公式ρ=比较知:ρ盐水>ρ水>ρ酒精,当深度相同时密度越大压强越大。
故答案为:(1)是否出现高度差;(2)①小;中;大;②液体密度一定,液体深度越大,液体压强越大;
(3)在密度不同的液体中,压强相同时,密度越大,液体深度越小,由此可推出:深度相同时,密度越大,压强越大。
【点评】此题是“探究影响液体内部压强大小的因素”,考查了转换法和控制变量法在实验中的应用,同时考查了检查压强计是否漏气的方法,并考查了液体密度和深度对压强的影响。
25.
【分析】(1)用压强计可以测量液体内部压强大小,在使用压强计之前要检查其密闭性,防止漏气。再调整U型管两侧液面的高度相平;
(2)在液体内部同一深度,向各个方向的压强相等,所以改变探头方向,能测量各个方向的压强;
(3)压强计的工作原理是;橡皮膜受到压力时,U形管内两边液面出现高度差,两边高度差表示压强的大小,压强越大,液面高度差也越大;
(4)液体内部向各个方向都有压强,深度越深压强越大。
【解答】解:(1)如图甲所示装置叫压强计,用压强计可以测量液体内部压强大小,在使用压强计之前要检查其密闭性,防止漏气,再调整U型管两侧液面的高度相平;
(2)在液体内部同一深度,液体向各个方向的压强相等;所以改变探头方向,压强计能测各个方向的压强;
(3)压强计的工作原理是;橡皮膜受到压强时,U形管内两边液面出现高度差,两侧液面高度差反映了探头受到的压强大小;液体压强越大,两侧液面高度差也越大;
(4)液体内部向各个方向都有压强,深度越深液体压强越大;将简易的压强计浸入水中,由于橡皮膜朝下,所以橡皮膜受到向上的压强,橡皮膜将向上凹;
增加简易压强计在水中的深度,橡皮膜受到的压强越大,橡皮膜向上凹得越多,里面空气的体积越小,里面空气的压强越大,支撑的液柱越高,故细玻璃管中的液柱会上升。
故答案为:(1)漏气;相平;(2)能;(3)反映;(4)上凹;上升。
【点评】此题主要考查的是液体内部压强的规律,注意转换法、制变量法在实验中的运用,液体压强是中考必考的一个知识点,需要掌握。
26.
【分析】根据液体压强公式P=ρgh可知,液体内部压强只跟液体的密度和深度有关,密度相同时深度越深压强越大,深度是指自由液面到所在位置的竖直距离,与该点到容器底的距离无关。
【解答】解:实验步骤:
①将微小压强计的探头放入烧杯的水中,用刻度尺分别测量探头到烧杯底的距离L1,探头到水面的距离H,读出压强计U形管两侧的液面高度差h1,将以上数据记录下来。
②向烧杯中倒入适量的水,调整探头所在的位置,使探头到水面的距离仍为H,用刻度尺测量探头到烧杯底部的距离L2,读出压强计U形管两侧的液面高度差h2,将以上数据记录在表格中。
实验现象:通过数据可发现L1≠L2,h1=h2。
由此证明液体内部任意一点的压强跟该点到容器底的距离L无关,所以小亮的观点是错误的。
【点评】这是一道探究实验题,此题的难点是液体压强计的有关知识,我们要了解压强计的原理,知道液体压强计的操作要求等
27.
【分析】(1)压强计测量液体压强时是通过橡皮膜来感知压强的,通过橡胶管中气体压强的变化来改变U形管中液面高度差的,若液体压强计气密性差,U形管两边液柱的高度差变化都很小;
(2)液体压强跟液体密度和液体的深度有关,探究液体压强跟密度的关系时,控制液体深度不变;探究液体压强跟深度关系时,控制密度不变;
(3)在液体密度一定时,液体深度越大,液体压强越大;
(4)分析该次实验中控制的量和不同的量,得出液体压强大小与方向的关系。
【解答】解:(1)若用手指不论轻压还是重压橡皮膜时,发现U形管两边液柱的高度差变化都很小,则说明该压强计的气密性差;
(2)小敏把探头分别浸入到甲、乙图中的两种液体(水和酒精)中,由图可知,没有控制探头所在的深度相同,所以不能通过液体压强的大小来比较液体密度的大小,故他的判断是错误的。
(3)研究液体压强与深度的关系时,应控制液体密度相同,改变深度,故小敏应该比较图乙、丙;探头浸入液体的深度越深,U形管两边液柱的高度差就越大,表示液体的压强就越大。
(4)在同种液体中,探头所处深度相同时,只改变探头的方向,U型管两边的液面高度差相同,说明在同种液体的同一深度处,液体内部向各个方向的压强相等。
故答案为:(1)差;(2)错误;没有保证深度相同;(3)乙、丙;(4)在同种液体的同一深度处,液体内部向各个方向的压强相等。
【点评】此题是一道“探究液体内部压强的特点”的实验题,考查了对压强计工作原理的理解及控制变量法的应用,我们要了解压强计的原理,知道液体压强计的操作要求并能够灵活运用控制变量探究影响压强大小的因素。
28.
【分析】(1)在初中物理学中,研究液体内部压强特点的工具是U型压强计,本题用到了物理上常用的研究方法﹣﹣转换法。用手按压强计的橡皮膜,U型管内水面出现高度差;即将液体压强的大小转化为U型管中液面的高度差。
(2)(3)(4)液体内部压强与液体的密度和液体的深度有关,与容器的形状无关,在探究影响液体内部压强的因素时,需要用到控制变量法。
(5)液体内部压强的特点是:液体内部压强随着深度的增加而增大,同一深度,液体内部向各个方向的压强相等,不同液体内部的压强还与液体的密度有关。
【解答】解:(1)由图可知,用来探究液体内部压强的特点的工具是U型压强计,实验时把金属盒放入水中,通过观察两管中水面的高度差就可以反映橡皮膜受到水的压强的大小;
(2)丙和丁液体密度相同,探头在液体中的深度相同,容器形状不同,U型管中液面的高度差相同,说明液体压强与盛液体的容器形状无关;
(3)甲、乙两图液体的密度相同,探头在液体中的深度不同,U型管中液面的高度差不同,探究液体压强与深度的关系,得出结论是液体密度一定时,液体内部压强随液体深度的增加而增大;
(4)要探究压强与液体密度的关系,应使探头深度相同,液体密度不同,所以应选择乙丙两图。
(5)在图乙中,固定金属盒的橡皮膜在水中的深度,使金属盒处于向上、向下、向左、向右等方位时,两玻璃管中液面高度差不变,说明了在液体内部同一深度处,液体向各个方向的压强大小相等。
故答案为:(1)U型管压强计;(2)无关;(3)深度;液体密度一定时,液体内部压强随液体深度的增加而增大;(4)乙、丙;(5)相等。
【点评】此题考查的是我们对于液体压强计的了解以及液体内部压强的影响因素。注意物理实验中研究方法﹣﹣转换法和控制变量法的运用。液体压强是中考必考的一个知识点,需要掌握。
四.计算题(共3小题)
29.
【分析】(1)根据p=ρgh求出海水的压强,再根据1标准大气压=1×105Pa将海水压强换算成标准大气压;
(2)根据p=求出压力;
(3)根据v=求出上浮速度。
【解答】解:
(1)潜水器受到的海水压强:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×7000m=7×107Pa=700个标准大气压;
(2)由p=可得,观察窗受到的海水压力:
F=pS=7×107Pa×50×10﹣4m2=3.5×105N;
(3)上浮时间:t=6小时56分40秒=6×3600s+56×60s+40s=25000s,
上浮的平均速度:
v===0.28m/s。
答:(1)潜水器受到的海水压强为7×107Pa,合700个标准大气压;
(2)观察窗受到的海水压力为3.5×105N;
(3)它上浮的平均速度0.28m/s。
【点评】此题主要考查的是学生对液体压强、压力、速度计算公式的理解和掌握,难度不大,注意单位换算。
30.
【分析】(1)当水面还没有到达物体的下表面时,此时水可看做是柱体,此时容器对水平地面的压力等于M和容器的总重力,再根据p=可求此时容器对水平地面的压强。
(2)首先求出物体m2的密度,再根据ρ=求出水的体积,再根据题意判断物体是否完全漂浮,再求出水的深度,根据p=ρgh求出水对容器底的压强,再根据p=求出水对容器底部的压力。
(3)根据公式p=ρgh求出当水面恰好达到物体下表面时,水对容器底的压力,即水的重力;
再求出注入180g水时,水面的深度,根据F=pS=ρghS求出水对容器底的压力。再画出图象。
【解答】解:(1)当M=58g时,水面还没有到达物体的下表面,此时水可看做是柱体,
此时容器对水平地面的压力F=G=(M+m1)g=(0.058kg+0.05kg)×10N/kg=1.08N,
容器的底面积S1=6cm×6cm=36cm2=3.6×10﹣3m2,
此时容器对水平地面的压强p===300Pa;
(2)物体高度h=(4cm+6cm)﹣1cm﹣2cm=7cm,
物体体积V=Sh=9cm2×7cm=63cm3,
物体密度ρ===0.9g/cm3=0.9×103kg/m3,小于水的密度,物体在水里应处于漂浮状态;
由ρ=得:
注入水的体积V===194cm3,
容器下方正方体能够注水的体积:V下=6cm×6cm×6cm﹣9cm2×(6cm﹣2cm)=180cm3,
所以容器中上方正方体中水的体积V上=V﹣V下=194cm3﹣180cm3=14cm3,
容器中上方正方体中水的深度h′===2cm,
物体浸入水中的深度h″=(6cm﹣2cm)+2cm=6cm,
如果物体完全漂浮,F浮=G,即ρ水gV排=ρgV,所以=====,
解得h浸=6.3cm,所以物体不会完全漂浮起来,
容器中的水深h水=h下+h′=6cm+2cm=8cm,
水对容器底的压强p=ρ水gh水=1×103kg/cm3×10N/kg×0.08m=800Pa,
由p=得:
水对容器底的压力F=pS1=800Pa×3.6×10﹣3m2=2.88N;
(3)当水面恰好达到物体下表面时,水的体积V=6cm×6cm×2cm=72cm3,
水的质量m=ρV=1×103kg/m3×7.2×10﹣5m3=7.2×10﹣2kg,
当水的质量0g<M≤72g时,液体对容器底的压力等于水的重力F=G=mg=7.2×10﹣2kg×10N/kg=72×10﹣2N,是一个正比例函数,做出图象;
当注入180cm3的水时,根据上面第二问中的计算可知,此时恰好把下面的正方体注满水,此时水的深度为6cm,
此时水对容器底的压力F′=pS=ρghS=1×103kg/m3×10N/kg×0.06m×3.6×10﹣3m2=216×10﹣2N。
当水的质量72g<M≤180g时,关系式F′=pS=ρghS=ρgh(S水+S物)=m水g+ρghS物,它是一个一次函数,图象是一条直线。
故图如下所示:
答:(1)容器对水平地面的压强300Pa;
(2)水对容器底部的压力2.88N;
(3)如上图。
【点评】此题主要考查的是学生对密度、压强、重力、浮力计算公式的理解和掌握,弄清楚物体在水中所占的体积是解决此题的关键,特别是第三问要分段讨论,找出关系式有一定难度,此题难度很大。
31.
【分析】(1)根据p=ρgh求出压强;
(2)由于匀速下潜时潜水器受重力、浮力和阻力的作用,由表中数据可知此时的阻力,然后根据平衡条件求出浮力的大小,根据阿基米德原理求出的体积,最后即可利用密度公式求出匀速下潜时潜水器的平均密度;
(3)由潜水器加速下潜时的实验数据,归纳出阻力f与速度v的定量关系。
【解答】解:(1)潜水器受到水的压强:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×30m=3×105Pa;
(2)由于潜水器匀速下潜时处于平衡状态,潜水器受重力、浮力和阻力的作用,
根据力的平衡条件可得:f阻+F浮=G物,
由表中数据可知,当速度v=1.2m/s时,阻力f阻1=300N,
潜水器的总重力:G物=m总g=(m潜+m水)g=(180kg+50kg)×10N/kg=2300N;
则F浮=G物﹣f阻=2300N﹣300N=2000N,
根据F浮=ρ液V排g可得,潜水器的总体积:
V=V排===0.2m3,
所以,潜水器的平均密度:
ρ物====1.15×103kg/m3;
(3)由表中数据可知,潜水器加速下潜时(v>1.2m/s),所受阻力f随速度v的增大而均匀增大,所以,潜水器所受阻力与速度是一次函数关系;
设为f=kv+b;
将速度为1.4m/s和1.5m/s两组数据代入得:
340N=k×1.4m/s+b﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①,
360N=k×1.5m/s+b﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②,
联立①②解得:k=200N•s/m,b=60N;
所以,潜水器所受阻力f与速度v的关系式:f=200N•s/m×v+60N (v>1.2m/s)。
答:(1)潜水器在水面下30m处,受到水的压强为3×105Pa;
(2)注水后潜水器的平均密度为1.15×103kg/m3;
(3)f=200N•s/m×v+60N (v>1.2m/s)。
【点评】本题考查学生对压强、悬浮条件的理解和应用,(3)小题中从表格数据归纳出阻力与速度的定量关系是本题的关键,也是比较困难的。
五.解答题(共4小题)
32.
【分析】(1)已知水的深度和密度,利用p=ρgh计算移除磁铁前,玻璃管底受到水的压强;
(2)利用速度公式求出4﹣21s球上升的距离,球的直径,水的深度减去4﹣21s球上升的距离,再减去球的直径,即为球在玻璃管上升过程中前4s上升的距离,再利用v=计算球在玻璃管上升过程中前4s的平均速度;
(3)根据球4﹣21s时的运动状态,利用力的平衡得出球的重力、受到的阻力和浮力之间的关系,然后利用重力、密度浮力公式进行推导。
【解答】解:(1)移除磁铁前,玻璃管底受到水的压强:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×1m=1×104Pa;
(2)由图可知,球在露出水面前运动的时间为21s,
根据v=可得,4﹣21s球上升的距离:
s0=v0t=0.05m/s×17s=0.85m,
则球在玻璃管上升过程中前4s上升的距离:
s′=s﹣s0=1m﹣0.85m﹣2×0.02m=0.11m,
所以,球在玻璃管上升过程中前4s的平均速度:
v′===0.0275m/s;
(3)由图可知,球4﹣21s时匀速上升,受力平衡,所以有:G+f=F浮,
根据G=mg、ρ=可得G=ρVg,
又知,f=kv0,F浮=ρ0gV,
则ρVg+kv0=ρ0gV,
球的密度ρ==ρ0﹣。
答:(1)移除磁铁前,玻璃管底受到水的压强为1×104Pa;
(2)球在玻璃管上升过程中前4s的平均速度为0.0275m/s;
(3)球的密度表达式为ρ=ρ0﹣。
【点评】此题考查液体压强、速度和密度的计算,难点在(3),关键对球进行正确的受力分析,并根据力的平衡得出球的重力、受到的阻力和浮力之间的关系。
33.
【分析】(1)液体压强计就是利用U形管中液面的高度差来体现压强的,压强越大,U形管液面高度差越大;压强计测量液体压强时,就是通过橡皮膜来感知压强的,通过橡胶管中气体压强的变化来改变U形管中液面高度差的。
(2)液体内部的压强与液体的深度和密度都有关系,在实验中,应控制其中的一个量保持不变,才能观察压强与另一个量的关系,从控制变量法的角度可判断此题的实验过程。
【解答】解:(1)压强计测量液体压强时,就是靠U形管两侧液面高度差来体现压强大小的,液面高度差越大,说明液体压强越大;
(2)①想探究液体压强大小与深度的关系,应控制液体的密度相同、金属盒的方向相同,而深度不同,故选甲、乙两次实验即可;
②在乙、丙两次实验中,液体的密度相同,深度相同,但是金属盒的方向不同,根据实验现象可以初步得出结论:同种液体在同一深度处,液体向各个方向的压强相等;
③根据题意并结合乙、丁两图可知,两杯中的液体密度、金属盒所处的深度均不相同,故不能得出结论;根据控制变量法的要求,他没有控制金属盒在液体中的深度相同。
故答案为:(1)两侧液面高度差;
(2)乙; 同种液体在同一深度处,液体向各个方向的压强相等;
(3)不能; 没有控制金属盒在液体中的深度相同。
【点评】掌握液体压强大小的影响因素,利用控制变量法和转化法探究液体压强大小的影响因素。
34.
【分析】(1)要探究“液体压强跟深度的关系”,则应使液体密度相同,液体深度不同;
(2)要探究“液体压强跟液体密度的关系”,则应使液体深度相同,液体密度不同。
(3)液体的压强与液体的密度和深度有关,在容器两边分别装入深度相同,密度不同的甲、乙两种液体,观察橡皮膜的变形情况,判断两种液体密度的大小关系。
【解答】解:
(1)橡皮膜容易发生形变,两侧受到压强不同时,会向压强小的一侧凸起,通过橡皮膜的形变来判断容器两侧压强的大小。
(2)隔板两侧水的密度相同,深度不同,右侧中水深度大,橡皮膜向左凹,说明右侧水压强大,说明:同种液体中,液体压强与液体深度有关;
(3)在容器左右两部分分别装入深度相同的水和盐水,水密度小,这一侧压强小,所以橡皮膜会向左侧的凹,说明液体压强与液体密度有关。
故答案为:(1)形状;(2)左;液体深度;(3)左;液体密度。
【点评】此题是探究液体压强是否跟液体密度、液体深度有关”的实验,考查了控制变量法和转换法在实验中的应用。
35.
【分析】(1)U形管的实质是连通器,当连通器中的同种液体不流动时,两侧的液面保持相平;
(2)(3)液体内部压强大小通过U形管两侧液面高度差的大小来反映,这是转换法;液体压强和液体的密度、深度有关,实验中采用控制变量法来设计实验。
(4)在探究浮力大小与哪些因素有关时,也应使用控制变量法。
【解答】解:(1)图甲中的U形管相当于一连通器,向图甲中的U形管内注入适量的蓝墨水,当管内的蓝墨水静止时,U形管左右两侧液面的高度相同;
(2)实验中水的密度不变,将探头没入水中,增大探头在水中的深度,发现U形管左右两侧液面的高度差变大,说明同种液体深度越深,压强越大。
(3)如图乙、丙所示,将探头放入水和酒精中相同深度,发现探头在酒精中时,U形管左右两侧液面的高度差小,说明在深度相同时,液体密度越大,液体压强越大。
(4)验证浮力大小与液体密度的关系,应控制物体浸入液体的体积相同,液体的密度不同,所以,应将同一金属块挂在弹簧测力计下分别浸入水和酒精中一部分,并保证浸入液体中的体积相同,通过观察弹簧测力计示数的大小变化来验证了结论是否正确。
故答案为:(1)相同;(2)深度越深,压强越大;(3)小;越大;(4)相同。
【点评】此题主要考查的是学生对液体压强的影响因素实验的理解和掌握,解答此类题目要注意控制变量法和转换法的运用。
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