初中物理压强和浮力实验题

2020年11月10日，"奋斗者"号在马里亚纳海沟成功坐底，创造了 的中国载人深潜新纪录，标志着我国在载人深潜领域达到世界领先水平。这激发了小杨同学探究液体内部压强的兴趣，实验如图所示。

（1）图甲是 形管压强计，金属盒上的橡皮膜应该选用 　　（选填"薄"或"厚" 一些的较好，从结构来看，压强计 　　（选填"是"或"不是" 连通器。

（2）比较乙、丙两次实验可知：同种液体内部压强随深度的增加而 　　；比较乙、丁两次实验可初步判断：液体内部压强与液体密度 　　（选填"有关"或"无关" 。

（3）根据液体内部压强的规律可知，"奋斗者"号深潜到 时每平方米的舱体受到的海水压力为 　　 （取 ，相当于质量为 　　 的物体受到的重力。

（4）若图丁的实验中 形管左右两侧水面的高度差为 ，则橡皮管内气体的压强与管外大气压之差为 　　 ；在图乙的实验中，保持金属盒位置不变，在容器中加入适量清水与其均匀混合后（液体不溢出），橡皮膜受到的液体压强将 　　（选填"变大""变小"或"无法判断" 。

如图是"探究阿基米德原理"的实验，其步骤如下：

（1）如图甲所示，用弹簧测力计测出一满袋水的重力为 $2N$ （不计袋子厚度和重力）；

（2）乙图，将水袋浸入水中，静止时弹簧测力计示数为 $1.2N$ ，此时水袋所受浮力为 　　 $N$ ；

（3）丙图，继续让水袋下沉，但未浸没，水袋所受浮力 　　（选填"变小"、"不变"或"变大" $)$ ；

（4）丁图，水袋浸没在水中，静止时弹簧测力计示数为 $0N$ 。由此 　　（选填"能"或"不能" $)$ 得到结论：此时水袋受到的浮力等于它排开水所受到的重力；

（5）设丙图中水袋受到的浮力为 $F_{浮}$ ，排开水所受到的重力为 $G_{排}$ ，则 $F_{浮}$ 　　 $G_{排}$ （选填" $=$ "或" $\ne$ " $)$ 。

如图所示，用微小压强计探究液体内部压强的特点。甲、乙、丙三个烧杯中盛有不同密度的盐水，甲图中盐水的密度与丁图相同。探头在液体中的深度甲与乙相同，丙与丁相同。

（1）为使实验现象更明显，压强计 形管中的液体最好用 　　（选填"水"或"水银" ；

（2）要探究液体压强与深度的关系，应选 　　两图；

（3）四个烧杯中，盐水密度最大的是 　　图。

某物理兴趣小组探究在不使用天平、量筒的情况下测量合金块和液体密度的方法，并进行了以下实验：

第一步：如图甲所示，用弹簧测力计测量合金块所受的重力，其示数为 $4N$ ；

第二步：如图乙所示，将该合金块浸没在水中，静止时弹簧测力计示数为 $3N$ ；

第三步：将该合金块从水中取出并擦干，再浸没到如图丙所示的待测液体中，静止时弹簧测力计示数如图丁所示。

根据以上实验，请回答下列问题：

（1）使用弹簧测力计测量前，应观察它的指针是否 　　，若没有，则进行调整；

（2）该合金块浸没在水中时受到的浮力为 　　 $N$ ；

（3）该合金块的密度为 　　 $\mathit{kg}/m^3$ ；

（4）图丁中弹簧测力计读数是 　　 $N$ ，待测液体的密度是 　　 $\mathit{kg}/m^3$ 。

端午节家庭聚会后，小鹏的父亲将喝剩的白酒交给他，要他利用所学的物理知识测出白酒的密度。家中没有量筒，只找到了一个弹簧测力计和一个废旧的铁块，于是他在两只玻璃杯中分别装入水和白酒，进行了如下操作：

①将铁块悬挂在弹簧测力计下方，读出测力计的示数F ₁，如图甲所示；

②把铁块浸没在水中，读出测力计示数F ₂；

③把铁块浸在白酒中，读出测力计示数F ₃。请你回答下列问题：

（1）弹簧测力计示数F ₁＝ 　     　N；

（2）图中他有操作错误的是图 　     　（选填"甲"、"乙"、"丙"），请指出错误之处 　     　；

（3）更正错误操作后，测力计的示数变成F ₄，请你帮小鹏推导出白酒密度的表达式ρ _酒＝ 　     　。（用字母符号表示，水的密度为ρ _水）

某物理兴趣小组在"探究浮力的大小与哪些因素有关"时，做了如图甲所示实验，图中底面积为50cm ²的圆柱形容器放在水平桌面上，容器内盛有适量的水，底面积为25cm ²的实心圆柱形物体A用轻质细线悬挂在弹簧测力计下端。图乙为物体A缓慢下移过程中，弹簧测力计示数F与物体A下表面浸入深度h的关系图象。（实验过程中容器内水足够深且不会溢出，物体A不会接触到容器底部，ρ _水＝1.0×10 ³kg/m ³，g＝10N/kg）

（1）图甲中弹簧测力计示数F为 　     　N；

（2）物体A位于h＝10cm时，向水里加入适量的食盐并搅拌，稳定后发现弹簧测力计的示数F变小，说明浮力的大小与液体的密度 　     　（选填"有关"或"无关"）；

（3）利用图乙数据，可求出物体A的密度为 　     　kg/m ³；

（4）h从0增到10cm时，水对容器底部的压强增大了 　     　Pa。

在"探究影响浮力大小的因素"实验中，同学们根据生活经验，提出了浮力大小可能与下列因素有关的猜想：

①与物体浸入液体中的深度有关；②与物体排开液体的体积有关；③与液体的密度有关。

（1）请你写出能够支持猜想③的一个生活现象： 　              　。

（2）进行探究时，实验步骤和弹簧测力计的示数如图所示。其中序号b中物体P所受浮力大小为 　              　N。

（3）分析a、c、d三次实验，可知浮力大小与物体浸没在液体中的深度 　              　（选填"有关"或"无关"）；分析 　              　三次实验，可知浮力大小与物体排开液体的体积有关；分析a、d、e三次实验，可知在物体排开液体的体积一定时，液体密度越大，物体受到的浮力 　              　（选填"越大"或"越小"）。

（4）本实验不仅可以探究影响浮力大小的因素，从实验数据还可求出物体P的密度为 　              　kg/m ³。（已知ρ _水＝1.0×10 ³kg/m ³，g取10N/kg）

如图所示是某物理兴趣小组验证“阿基米德原理”的实验操作过程示意图。

（1）验证阿基米德原理实验的合理顺序是 　                　。（填字母代号）

（2）金属块浸入溢杯前，溢杯里水面高度应 　                　。

（3）金属块浸没在水中时，受到的浮力是 　                　N。

（4）金属块的密度为 　                　kg/m³。（g取10N/kg，ρ_水＝1.0×10³kg/m³）

（5）比较 　                　（填字母代号）和 　                　（填字母代号）的操作可得出结论：浸入液体中的物体所受的浮力大小等于物体排开液体所受重力的大小。

学完大气压之后，老师布置了用带挂钩的塑料吸盘估测大气压的大小的实验，如图甲所示。小刚实验小组现有带挂钩的塑料吸盘、量程为 $5N$的弹簧测力计、玻璃板。

（1）他们设计了如下实验步骤：

$A.$记录弹簧测力计的示数为 $F$，这就是大气对吸盘的压力

$B.$小刚将蘸水的塑料挂衣钩的吸盘放在光滑玻璃板上，用力挤压吸盘

$C.$用弹簧测力计钩着挂钩缓慢向上拉，直至吸盘刚要离开玻璃板

$D.$测量吸盘与玻璃板接触面的直径 $d$，计算吸盘与玻璃板的接触面积 $S=1.0\times {10}^{-4}{m}^2$

$E.$根据 $P=\frac{F}{S}$，计算出大气压的大小 $P$

你认为合理的实验步骤顺序应该是 　　（选填“①”或“②” $)$；

①： $\mathit{DBACE}$

②： $\mathit{BDCAE}$

（2）排好序后进行实验，弹簧测力计拉至最大读数。吸盘仍未脱离玻璃板。若大气压按照约为 $1\times {10}^5\mathit{Pa}$计算，弹簧测力计量程至少要大于 　　 $N$；

（3）因为没有多余的大量程弹簧测力计，小刚运用其它器材结合所学物理知识设计了如图乙所示方案测量，保持轻杆水平，在吸盘刚要离开玻璃板时，弹簧测力计读数是 　　 $N$，可计算出大气压值为 　　 $\mathit{Pa}$；

（4）他们发现实验结果明显比真实气压值小，其中的原因可能是 　　。（答1条即可）

小华按图示的步骤进行探究浮力的实验：

①在弹簧测力计下悬挂一个金属球，如图甲所示，弹簧测力计的示数为2.6N；

②将金属球浸没在水中，弹簧测力计的示数如图乙所示；

③将金属球从水中取出并擦干水分，再将它浸没在另一种液体中，弹簧测力计示数如图丙所示。

由实验可知，金属球浸没在水中时受到的浮力大小为 　　N，图丙中液体的密度 　　（选填“大于”、“等于”或“小于”）水的密度。

小明学习了阿基米德原理后，和物理兴趣小组的同学们利用图中的弹簧测力计、体积约为 $10c{m}^3$ 的实心金属块、细线、大烧杯、小桶、小垫块和水等器材，设计实验验证阿基米德原理。

（1）小明他们首先向老师汇报了自己的实验思路：

①用弹簧测力计分别测出空桶和金属块的重力为 $G_1$ 和 $G_2$ ；

②把大烧杯用小垫块垫起，使右边的溢水口斜向下，在大烧杯中 　　水，过会儿把小桶放在大烧杯的溢水口下方；

③用弹簧测力计吊着金属块使其浸没到大烧杯的水中，记下弹簧测力计示数为 $F_1$ ；

④待大烧杯中的水不再溢出时，用弹簧测力计测出溢出的水和小桶的总重力为 $F_2$ 。

若满足 　　（用所测物理量符号表示）等式成立就可以验证阿基米德原理。

（2）老师肯定了他们的实验思路，但提醒他们利用现有实验器材将无法完成实验，请你帮他们分析无法完成实验的原因是： 　　。

（3）小明他们更换相关器材，顺利完成了实验，实验后小组成员又进行了交流，要验证阿基米德原理，金属块 　　（选填"一定"或"不一定" $)$ 要浸没在水中。

在学习"流体压强与流速关系"后，同学们知道了当气流吹向机翼时，飞机会获得升力，并且在相同条件下，气体的流速越大，飞机获得的升力也越大。为了探究飞机获得的升力与其他因素的关系，研究人员利用 $3D$ 打印机制作出大小不同的纸机翼模型进行风洞模拟实验，如图甲所示。用传感器测量相关数据，进行分析研究。

（1）研究人员利用控制变量法探究飞机获得的升力与机翼投影面积的关系时，实验数据如表所示。

①分析数据，你得出的初步结论是 　　。

②此实验选用三组不同的风速分别进行是为了 　　。

机翼投影面积     $S/m^2$	风速为     $v_1$ 时飞机获得的升力     $F_1/N$	风速为     $v_2$ 时飞机获得的升力     $F_2/N$	风速为     $v_3$ 时飞机获得的升力     $F_3/N$
0.01331	0.032	0.027	0.023
0.00998	0.023	0.021	0.017
0.00665	0.015	0.013	0.011

（2）通过上述信息分析可知： $v_1$ 　　 $v_2$ （选填"大于"或"小于" $)$ 。

（3）研究人员又探究了飞机获得的升力 $F$ 与迎角 $\alpha$ 的关系，根据实验数据绘制的图像如图乙所示。分析图像，你得出的结论是 　　。

物理兴趣小组为了“测量液体的密度”，设计了如图甲所示的实验装置。特制容器底部是一个压敏电阻 $R$（厚度不计），通过导线与电路相连。电源电压恒为 $12V$，定值电阻 $R_0=20\Omega$，电流表的量程 $0~0.6A$．压敏电阻 $R$上表面涂有绝缘漆，其阻值随所受液体压强的大小变化关系如图乙所示。工作时容器底部始终保持水平。 $({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）闭合开关，电流表示数为 $0.08A$．缓慢向容器内注水，电流表示数将　   　（填“变大”、“变小”或“不变”） ，注入深度为 $50\mathit{cm}$的水时，水对压敏电阻的压强是　    　 $\mathit{Pa}$，电流表示数为　    　 $A$。

（2）断开开关，将水倒出，擦干容器，置于水平操作台上。注入深度为 $50\mathit{cm}$的待测液体，闭合开关，电流表示数为 $0.24A$．则待测液体的密度　      　水的密度，该液体的密度是　     　 $\mathit{kg}/m^3$。

（3）若注入待测液体时俯视读数，该液体密度的测量值　    　真实值。

如图所示，是探究同一物体所受浮力大小于哪些因素有关的实验过程。

（1）　    　两次实验证明物体所受浮力随物体排开液体积的变化而变化（选填实验序号）

（2）进行乙、丙两次实验是为了探究物体所受浮力大小与　        　关系。

（3）由丙、丁两次实验可知：完全浸没在同种液体中的物体，所受浮力大小与　 　无关。

如图是“利用杠杆测量石块密度”的实验。 $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

（1）在实验前，杠杆静止在图甲所示的位置，此时杠杆处于　     　（选填“平衡”或“不平衡”）状态；要使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向　     　调节，这样做的目的是　       　，并消除杠杆自重对实验的影响。

（2）在溢水杯中装满水，如图乙所示，将石块缓慢浸没在水中，让溢出的水流入小桶 $A$中，此时小桶 $A$中水的体积　       　石块的体积。

（3）将石块从溢水杯中取出，擦干后放入另一相同小桶 $B$中，将装有水和石块的 $A$、 $B$两个小桶分别挂在调好的杠杆两端，移动小桶在杠杆上的位置，直到杠杆在水平位置回复平衡，如图丙所示。此时小桶 $A$、 $B$的悬挂点距支点 $O$分别为 $13\mathit{cm}$和 $5\mathit{cm}$，若不考虑小桶重力，则石块密度的测量值为　      　 $\mathit{kg}/m^3$；若考虑小桶重力，石块的实际密度将比上述测量值　       　。