专题09 物理探究实验（4）——压强浮力中的4个探究实验（精选练习）-初中物理核心素养提升

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【设计实验】
1. 实验器材：形变显著的物体（如海绵、沙子等）、压力小桌、砝码；
2. 实验方法：
①转换法：压力的作用效果通过海绵发生的形变来体现。
②控制变量法：探究压力的作用效果与压力的大小和受力面积的关系，采用该法进行。
【进行实验与收集证据】
操作1：在海绵上放一个小桌，观察图甲所示海绵被压陷的深浅；
操作2：在小桌子上方放一个砝码，再次观察海绵的凹陷深度，如图乙；
操作3：将小桌子倒置过来，桌面和海绵接触，放上砝码，然后再次观察海绵的凹陷深度，如图丙。
甲 乙 丙

【分析与论证】
1. 甲、乙图中的受力面积相同，乙图中压力大于甲，乙图中海绵的凹陷程度大于甲，故可以得出结论：在受力面积相同时，压力越大，则压力的作用效果越显著。
2. 乙、丙两图中，压力大小相同，但是丙图中受力面积大，海绵的凹陷程度小一些，故可以得出结论：在压力一定时，受力面积越小，则压力的作用效果越显著；
3. 实验结论
压力的作用效果与压力的大小和受力面积有关。压力越大，受力面积越小，压力的作用效果越显著。
【交流与讨论】
1. 实验中选择海绵而不选择木板的原因是海绵易发生形变，实验现象明显，而木板不易发生形变，实验现象不明显。实验中可以用沙子、橡皮泥等代替海绵。
2. 实验中若压力大小、受力面积都不同，则不能探讨压力的作用效果与某一个变量之间的关系。例如将物体沿着竖直方向切割成大小不等的两块，每一块对海绵的压力作用效果都不变，这样不能得到压力的作用效果与受力面积和压力大小无关的结论。

3. 实验中是把压力小桌放在海绵进行实验，为什么不能把压力小桌直接放在桌面上进行实验？因为压力小桌使桌面的形变效果不明显，无法比较压力的作用效果。
真题汇编
1．（2023·宁夏·中考真题）某同学利用小桌、海绵、砝码等实验器材，探究“影响压力作用效果的因素”的实验，探究过程如图所示：

（1）实验中通过观察海绵的 来比较压力作用效果。
（2）对比 两图，可以探究压力作用效果与受力面积的关系。
（3）对比甲、乙两图可以得出结论：当受力面积一定时， ，压力作用效果越明显。请列举一个生产生活中应用该结论的事例： 。
【答案】 凹陷程度
乙、丙 压力越大 压路机的碾子很重
【详解】（1）[1]本实验是通过观察海绵的凹陷程度来比较压力作用效果的，采用了转换法。
（2）[2]探究压力的作用效果与受力面积的关系时应控制压力的大小不变，通过比较图乙、丙，说明压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显。
（3）[3]比较图甲、乙所示的实验可知，受力面积相同，乙的压力较大，乙的压力作用效果较明显，则可得出结论：当受力面积一定时压力越大，压力的作用效果越明显。
[4]生产生活中应用当受力面积一定时压力越大，压力的作用效果越明显的例子：压路机的碾子很重是在受力面积一定时，增大压力，增大压强。
2．（2023·广东深圳·中考真题）琴琴同学用同一个物体（图中白色物体）做‘探究压强与受力面积的关系’实验，请填写下面内容。

（1）谁的压力大 ，谁的受力面积大 ；（选填“海绵的大”“沙坑的大”“两个相等”）
（2）改进这两个实验的意见： ；
（3）对比甲图选择下面一个 对比探究压强和压力大小的关系。

【答案】 两个相等 海绵的大 都用海绵（或沙坑）来进行实验 A
【详解】（1）[1]两个实验中都是同一个物体，对海绵或沙坑的压力一样大。
[2]海绵中物体横放，沙坑中物体竖放，由图可得，海绵的受力面积大。
（2）[3]实验为探究压强与受力面积，应只改变受力面积大小，下面的受力物体保持不变，故改进意见为：甲、乙都用海绵进行实验或甲、乙都用沙坑进行实验。
（3）[4] 要探究压强和压力大小的关系，应保持受力面积相同，受力物体相同，只改变压力大小，对比甲图，应该选择A。
探究实验二：探究液体内部的压强
【提出问题】液体压强的大小可能与哪些因素有关？
【猜想与假设】
猜想1：潜水越深，需要的装备越坚固，液体压强的大小可能跟深度有关，且深度越大，压强越大。
猜想2：液体的压强是液体产生的，所以液体压强的大小还可能跟液体密度有关。
【设计实验】
1. 实验器材：U形管压强计、铁架台、透明深水槽、水、盐水、刻度尺等。
①实验前要检查装置的气密性：用手轻压金属盒上的橡皮膜，观察U型管中的液柱是否变化，若漏气，则两液柱始终相平。

②实验前U形管两边液面应调平：若橡皮管中有气体导致液面不相平，应拆除橡皮管重新安装。
2. 实验过程：
①保持U形管压强计探头在水中的深度不变，改变探头的方向，观察并记录U形管液面的高度差。
②控制液体的种类不变（水）、探头在水中的方向不变，逐渐改变探头在水中的深度，观察并记录U形管液面的高度差。
③把压强计的探头放入盐水中，控制探头的深度不变、在盐水中的方向不变，观察并记录U形管液面的高度差。
【进行实验与收集证据】
操作1：保持U形管压强计探头在水中的深度不变，改变探头的方向，分别沿水平向上、水平向下、沿竖直方向，观察并记录U形管液面的高度差，发现高度差相等。

操作2：保持液体的种类不变（水）、探头在水中的方向不变（水平向下），逐渐改变探头在水中的深度，观察并记录U形管液面的高度差，发现高度差随探头在水中的深度的增大而增大（图甲与乙）。
甲 乙 丙
操作3：把压强计的探头分别放入水、盐水中，控制深度相同、探头所对某一方向不变，观察并记录U形管液面的高度差，发现高度差在盐水中的大（图乙与丙）。
【分析与论证】
1. 由操作1可得出：在液体内部的同一深度，向各个方向的压强相等。
2. 由操作2可得出：同种液体，液体内部的压强随深度的增加而增大。
3. 由操作3可得出：液体内部的压强跟液体密度有关。深度相同时，密度越大，液体内部的压强越大。
4. 实验结论：
①在液体内部的同一深度，向各个方向的压强都相等。
②深度越深，压强越大。
③液体内部压强的大小还跟液体的密度有关，在深度相同处，液体的密度越大，压强越大。
【交流与讨论】
1. 实验方法：
（1）转换法：通过观察U形管两液柱的高度差来比较压强的大小。
（2）控制变量法：
①探究液体内部的压强与方向的关系：控制金属盒在同种液体的统一深度，改变金属盒的方向，观察U形管液面的高度差；
②探究液体内部压强与深度的关系：控制金属盒在同种液体中，金属盒方向不变，改变金属盒的深度，观察U形管液面的高度差；
③探究液体内部压强与液体密度的关系：控制金属盒在相同深度，金属盒方向不变，改变液体的种类，观察U形管液面的高度差.
2. U形管压强计只能定性比较压强的大小，不能测量压强的大小。
真题汇编
1．（2023·四川凉山·中考真题）物理课上，同学们利用压强计“研究液体内部压强”，进行了如下的操作。

（1）实验前，用手指按压橡皮膜，发现U形管中的液面升降灵活，说明该装置 （选填“漏气”或“不漏气”）；
（2）通过比较 两图，可得出结论：同一种液体的压强随深度的增加而增大；
（3）通过比较D、E两图，可探究液体压强与 的关系；
（4）通过比较A、B、C三图，可得出结论：同种液体在相同深度向各个方向的压强 ；
（5）某次实验时，小王同学将探头放入水下，U形管两侧水面高度差为10cm，此时U形管内外的气压差为 Pa。
【答案】 不漏气 CD 液体密度 相同
【详解】（1）[1]根据装置气密性的知识可知，用手指按压橡皮膜，发现U形管中的液面升降灵活，说明该装置不漏气。
（2）[2]通过比较CD两图，液体的密度不变，深度越深，液体的压强越大，所以，可得出结论：同一种液体的压强随深度的增加而增大。
（3）[3]通过比较D、E两图，液体的深度是相同的，液体的密度不同，液体的压强就不同，所以，可探究液体压强与液体密度的关系。
（4）[4]通过比较A、B、C三图，液体密度和液体深度相同时，橡皮膜的方向不同，U形管的液面高度差相同，所以，可得出结论：同种液体在相同深度向各个方向的压强相同。
（5）[5]根据题意可知，U形管两侧水面高度差为10cm，此时U形管内外的气压差为
2．（2023·江苏苏州·中考真题）小明用压强计探究液体内部压强的影响因素。

（1）压强计通过U形管两侧液面的 来反映被测压强大小。使用前，用手按压金属盒上的橡皮膜，发现两侧液面没有明显变化，接下来应进行的操作是 ；
A．向U形管中注入一些水
B．将U形管中水倒出一些
C．检查装置是否漏气
（2）小明在图甲中，保持金属盒深度不变，改变橡皮膜朝向，目的是为了探究液体内部压强大小与 是否有关；
（3）小明还猜想液体压强与液体深度和密度有关。他在图甲基础上，继续将金属盒下移一段距离，发现压强变大。若接下来又进行了图乙所示实验，再与图甲比较， （能/不能）得出液体压强与液体密度有关的初步结论。
【答案】 高度差 C 方向 不能
【详解】（1）[1]根据转换法，实验是通过U形管中液面的高度差来反映被测压强大小的。
[2]使用前用手轻轻按压几下橡皮膜是检查装置的气密性；如果U形管中的液体能灵活升降，则说明装置不漏气；液面没有明显变化，则说明装置漏气；故AB不符合题意，C符合题意。
故选C。
（2）[3]保持金属盒深度不变，改变橡皮膜朝向，说明液体对橡皮膜的压力的方向不同，故目的是为了探究液体内部压强大小与方向是否有关。
（3）[4]要探究液体压强与液体密度的关系，需控制液体的深度相同，而图乙所示实验与图甲比较，液体的密度不同，液体深度的深度也不同，故不能得出液体压强与液体密度有关的初步结论，
3．（2023·湖北襄阳·中考真题）在“探究液体压强与哪些因素有关”的实验中。
（1）图甲中压强计气密性良好，则U形管 （选填“属于”或“不属于” 连通器；
（2）小冯同学由乙图到丙图的操作是为了探究在同一液体中液体压强与液体 的关系；
（3）在图丙中，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形管两侧液面的高度差 （选填“变大”、“变小”或“不变” ；
（4）小冯同学对比乙、丙两图，得出一个猜想：在同一液体中，探头距离烧杯底部距离越小，液体压强越大。小俊同学只利用图丙中现有器材，保持探头位置不动，进行了简单操作后跟图乙对比（若图乙中探头的深度为，就验证了小冯同学的猜想是错误的。小俊同学的操作是： 。
【答案】 不属于 深度 变大 抽出丙图中的水，使得探头深度小于图乙中探头的深度为即可
【详解】（1）[1]U形管与压强计的探头连接后，一端被封闭，不符合“上端开口，底部连通”这一特点，因此，形管不属于连通器。
（2）[2]比较乙图、丙图，在相同液体的不同深度处，而形管两侧的液面高度差不等，可以得探究液体压强与深度的关系；
（3）[3]在图丙中，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。
（4）[4]小俊同学的操作是保持探头位置不变，抽出丙图中的水，使得探头深度小于图乙中探头的深度为即可。
4．（2023·山东东营·中考真题）如图是某兴趣小组“探究液体压强与哪些因素有关”的实验装置。

（1）组装好压强计，将探头放入液体之前，发现压强计U形管两侧液面已存在高度差，接下来的操作是 。
A从管中倒出适量液体 B．取下软管重新组装
（2）调试好压强计后开始实验，把探头放进液体中，进行不同操作，记录的相关数据如上表所示：
a.比较第1、2、3、4组数据，可得出结论： ；
b.比较第1、5、6组数据，可得出结论： ；
c.比较第 组数据，可得出结论：液体压强与液体的密度有关。
（3）有同学提出，如果不使用压强计，选用一个较深的容器，用隔板分成左右两部分，边缘密封好，在隔板下部开一个圆孔并用薄橡皮膜密封，也可探究液体压强是否与液体的密度有关。请利用此装置设计实验，写出实验步骤并完成分析与论证。

【实验器材】：自制的带隔板容器（如上图）、水、硫酸铜溶液
【实验步骤】：
【分析与论证】：
【答案】 B 在同一液体的同一深度，向各个方向压强相等 同一液体，深度越深，压强越大 5、7 左右两侧分别倒入相同深度的水和硫酸铜溶液 观察橡皮膜的形变方向，橡皮膜向哪边凸，说明哪边的压强小
【详解】（1）[1]压强计U形管两侧液面已存在高度差，说明里面气压不相等，可以拆了重装，使两侧气体压强相等，故选B。
（2）[2]根据控制变量法，1、2、3、4次实验只有探头方向不同，故探究的是液体压强与方向的关系，根据实验数据可知，在同一液体的同一深度，向各个方向压强相等。
[3]1、5、6次实验只有深度不同，故探究的是液体压强与深度的关系，根据实验数据可知，同一液体，深度越深，压强越大。
[4]要探究体压强与液体的密度有关，则只改变液体密度，其他条件均保持不变，故应选择第5、7组数据。
（3）[5]利用题中所给实验仪器，为探究液体压强是否与液体的密度有关，则应使两侧液体不同，且保持深度相同，故步骤为：左右两侧分别倒入相同深度的水和硫酸铜溶液。
[6]根据实验原理可知，可以根据橡皮膜形变方向判断液体压强大小，橡皮膜向哪边凸，说明哪边的压强小。
5．（2023·内蒙古赤峰·中考真题）小亮学习了液体压强知识后，猜想：液体内部某点的压强跟该点到容器底的距离有关。为此，他利用液体压强计、水、烧杯等相同的两套器材进行对比验证，实验情况如图所示。

（1）小亮向小明介绍自己的实验推理过程：在甲、乙两烧杯中，A、B两点到烧杯底部的距离是不同的；通过观察压强计U型管两侧 ，判断出pA pB；由此可以得出结论：液体内部某点压强与该点到容器底部距离有关；
（2）小明反驳说：你在实验中没有控制 相同，所以你的结论是错误的。在你的实验基础上， （选填序号），才能得出正确结论。
A．把甲杯中的探头上移5cm或把乙杯中的探头下移5cm
B．从甲杯中抽出5cm深的水或向乙杯中加入5cm深的水
【答案】 液面高度差 大于 没有控制探头在液面下的深度 B
【详解】（1）[1]液体内部的压强大小是不能直接观察出来的，可以通过U形管液面高度差来反映，高度差越大，液体内部压强越大。
[2]由图可知，甲装置中U形管液面高度差大于乙装置中U形管液面高度差，故pA>pB。
（2）[3]在小亮的实验中，探头到容器底的深度不同，同时探头在液面下的深度也不相同，所以无法达到探究目的。
[4]要探究液体内部某点的压强跟该点到容器底的距离的关系，需控制探头在液面下的深度相同，所以可以从甲杯中抽出5cm深的水或向乙杯中加入5cm深的水，故B符合题意，故选B。
6．（2023·湖南衡阳·中考真题）在“探究液体压强与哪些因素有关”的实验中，小亮同学取四只瓶嘴大小相同的塑料瓶去底（其中B、C、D三个粗细相同），在瓶嘴上扎橡皮膜，将其倒置，如图所示向A、B、C瓶中装入水，D瓶中装入盐水。

（1）瓶嘴下方橡皮膜鼓起的程度可反映液体压强的大小，此研究方法是 （选填“控制变量法”或“转换法”）；
（2）根据A、B两瓶子橡皮膜鼓起的程度相同，可知：液体的压强与液体的质量 （选填“有关”或“无关”）；
（3）根据B、C两瓶子橡皮膜鼓起的程度不同，可知：液体的压强与液体的 有关；
（4）为了探究液体压强与液体密度的关系，要通过比较 两个瓶子橡皮膜鼓起的程度，得出的结论是：液体压强与液体的密度有关；
（5）实验后，该同学自制如图E装置继续探究，已知隔板在容器的中央。他向隔板左侧倒水，发现橡皮膜向右侧凸起，这说明液体对容器 有压强（选填“底部”或“侧壁”）。他再向隔板右侧倒入另一种液体，当加到一定程度时，橡皮膜恢复原状，如图F所示，则此液体密度 （选填“大于”“等于”或“小于”）水的密度。
【答案】 转换法 无关 深度 C、D 侧壁 小于
【详解】（1）[1]由于实验过程中液体压强大小不易于直接比较，因此在实验中，通过瓶嘴下方橡皮膜鼓起的程度来反映压力作用效果，这种研究方法是转换法。
（2）[2]由题意可知，A、B两瓶子所装的都是水，由图可知，A瓶子所装水的体积大于B瓶子所装水的体积，则A瓶子水的质量大于B瓶子水的质量，两瓶子所装水的质量不同，深度相同，但橡皮膜鼓起的程度相同，即液体的压强相同，因此说明液体的压强与液体的质量无关。
（3）[3]由题意可知，B、C两瓶子所装的都是水，且两瓶子粗细相同，由图可知，C瓶子所装水的深度大于B瓶子所装水的深度，两瓶子水的深度不同，橡皮膜鼓起的程度不同，即液体的压强不同，因此说明液体的压强与液体的深度有关。
（4）[4]为了探究液体压强与液体密度的关系，根据控制变量法可知，需控制液体的密度不同，液体的深度相同，由题图可知，C、D两瓶子符合题意。C、D两瓶子液体的密度不同，液体深度相同，橡皮膜鼓起的程度不同，得出的结论是：液体压强与液体的密度有关。
（5）[5]如图E所示，隔板左侧倒水，橡皮膜在侧壁上，发现橡皮膜向右凸起，表明橡皮膜所在的位置有压强，这说明液体对容器的侧壁有压强。
[6]在图F中，水对橡皮膜有向右的压强，右侧液体对橡皮膜有向左的压强，橡皮膜恢复原状，不再凸起，说明橡皮膜左右两侧压强相等，则有
因为h液>h水，所以ρ液