初中物理压强和浮力实验题

小明为探究"影响液体内部压强的因素"，进行了如下实验：

（1）如图甲，小明用手指轻按金属盒上的橡皮膜，如果发现 $U$ 形管两侧液面发生灵活变化，说明该压强计 　　（选填"漏气"或"不漏气" $)$ 。

（2）将压强计金属盒的橡皮膜朝上逐渐浸入水中某一深度处，如图乙，则压强计显示的是橡皮膜 　　（选填"各个方向"、"上方"或"下方" $)$ 的水对它的压强。

（3）由乙、丙两图可知：深度相同时，液体的密度 　　，压强越大。

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　       　。

小明同学在探究浮力的实验中：

（1）如图甲，把半径为 $3\mathit{cm}$、密度均匀的实心小球 $A$用细线挂在弹簧测力计上，测得其重力为　　 $N$，他用手竖直向上轻轻托起小球，弹簧测力计示数将变　　。

（2）他又将小球 $A$缓慢放入盛有适量水的烧杯中，弹簧测力计的示数逐渐变小，说明小球受浮力作用且浮力的方向是竖直向　　，当小球顶部距水面 $7\mathit{cm}$时，弹簧测力计示数为 $1.9N$，如图乙，小球受到的浮力大小是　　 $N$。

（3）为进一步研究浮力产生的原因，小明自制了薄壁实验箱，左右分别是柱形箱 $B$和 $C$， $B$箱下部有一圆孔与 $C$箱相通，他将上下表面是橡皮膜的透明空心立方体 $M$放在圆孔上紧密接触，并向 $B$箱中加入适量的水使 $M$浸没且沉在箱底，如图丙。现往 $C$箱加水至与 $M$下表面相平时， $M$下表面橡皮膜　　（选填“受到”或“不受” $)$水的压力作用；继续向 $C$箱中加水至 $M$上下表面橡皮膜形变程度相同时，则 $M$上下表面受到水的压力　　（选填“相等”或“不相等” $)$；再向 $C$箱中加一定量的水， $M$上下表面形变程度如图丁，则下表面受到水的压力　　（选填“大于”“小于”或“等于” $)$上表面受到水的压力。这就是浮力产生的真正原因。

（4）同组小斌同学根据第（2）小题中小球受到的浮力大小和第（3）小题探究浮力产生的原因巧妙地计算出图乙中小球 $A$受到水对它向下的压力是　　 $N$．（圆面积公式 $S=\pi r^2$，取 $\pi =3)$

小薇同学制作了如图1所示的探头进行了液体压强和浮力的综合探究。

（1）紧密蒙在探头下端的橡皮膜，形变程度越大，说明它所受的液体压强越　　；

（2）实验时的情形如图2所示，比较甲图和　　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；

（3）比较图甲图和丙图，可以初步得出结论：液体内部压强与液体　　有关；

（4）小薇同学用弹簧测力计挂着此探头继续探究：

①向溢水杯中注水，直到溢水口水流出时停止加水，最后溢水杯中的水面恰好与溢水口　　；

②用细线悬挂在弹簧测力计下的探头刚好浸没，如图丁所示，此时弹簧测力计的示数为　　 $N$，溢出的水全部流入小量筒中，排开水的体积为　　 $\mathit{mL}$，此时探头所受的浮力为　　 $N$；

③探头从丁图位置不断缓慢往下放（细线足够长，实验过程中橡皮膜没有破裂），排开水的质量　　（选填“变大”“变小”或“不变” $)$，弹簧测力计的示数会　　（选填字母）。

$A$．一直变大 $B$．先不变后变小 $C$．先变大后变小 $D$．先变小后变大

如图1所示，小彬同学对“浸没在液体中的物体所受浮力大小与深度是否有关”进行了实验探究。

（1）实验前首先应按竖直方向对弹簧测力计进行　 　。本实验中，使用弹簧测力计时，手应该拿住弹簧测力计的　　（选填“拉环”或“刻度盘” $)$。

（2）小彬同学依次进行了如图1所示的实验，第①次实验中测力计示数为　　 $N$．通过分析发现，浸没在纯水中的物体所受的浮力大小与深度　　（选填“有关”或“无关” $)$。进一步分析得出：物体浸没后与放入前相比，容器对水平地面的压力增加了　　 $N$。

（3）小彬同学又进行了“盐水浮鸡蛋”的实验，发现一个有趣的现象：悬浮在盐水中如图2所示位置的鸡蛋，如果用外力将鸡蛋轻轻向下或向上移动一小段距离，撤销外力后它马上又回到原来位置悬浮。此现象初步表明：深度增大，浸没在盐水中的鸡蛋所受的浮力　　（选填“增大”、“减小”或“不变” $)$。

（4）为了精确检验这一结论是否正确，小彬同学找到一个分度值为 $0.1g$的电子秤，将图1中的纯水换成盐水静置一段时间后，用图1中的同一物体，依次进行了图3所示的实验。分析电子秤的示数可知：（3）中的结论是正确的。进一步分析可知，出现这一现象的真正原因是：盐水的　　随深度变化而变化。小彬同学为自己的新发现感到万分高兴，但他并没有停下探究的脚步，再一次分析，他计算出图3②到图3④细线对物体拉力的变化量为　　 $N$。

喜欢书法的小明同学用压纸石块设计了如下测量与探究活动，如图所示：

（1）小明在学校用天平和量筒测量压纸石块的密度：

①将托盘天平置于水平桌面上，游码移至零刻度处，发现指针偏向分度盘的右侧，他应将平衡螺母向

　　（选填“左”或“右” $)$调，直至横梁平衡；

②将石块放在天平的　　（选填“左”或“右” $)$盘，在另一盘中增减砝码并移动游码，直至横梁再次平衡，此时砝码和游码如图 $a$所示，则石块的质量 $m=$　　 $g$；

③他在量筒中装入40 $\mathit{mL}$的水，将石块缓慢浸没在水中，如图 $b$所示，则石块的体积 $V=$　　 $c{m}^3$，由密度公式 $\rho =\frac{m}{V}$可算出它的密度。

（2）小明回家后用操作方便、精确度高的电子秤和同一块压纸石块，探究“影响浮力大小的因素”。

①他将搅匀的糖水装入柱形杯中，置于电子秤上，如图 $c$所示；

②用体积不计的细线系好石块，缓慢浸入糖水至刚好浸没，电子称示数逐渐增大，则糖水对杯底的压力

　　（选填“逐渐增大”、“保持不变”或“逐渐减小” $)$，说明石块所受浮力大小与　　有关。如图 $d$所示位置，石块所受浮力大小为　　 $N$；

③他将石决沉入杯底，松开细线，如图 $e$所示，便开始书写探究报告：

④完成探究报告后，他将石块从糖水中慢慢提起。细心的小明发现石块离开杯底至露出液面前，电子秤示数一直减小，这说明石块在放置一段时间的糖水中所受浮力的大小与浸没深度　　（选填“有关”、“无关” $)$，造成这个结果的主要原因可能是　　。

如图为某款擦窗机器人，它凭借其底部的真空泵在机身和玻璃之间形成低气压，牢牢地吸附在竖直玻璃上。请回答：

（1）当它静止在竖直玻璃上时，受到的摩擦力方向是　　。

（2）擦窗机器人的擦拭速度是4分钟 $/$米 ${}^2$，要擦完总面积为3米 ${}^2$的窗玻璃需要　　分钟。

（3）工作时擦窗机器人对玻璃的压力为28牛，内外气压差达到800帕，求擦窗机器人与玻璃的接触面积至少为多少平方米？

（4）擦窗机器人的总质量为1.2千克，工作时的实际功率为80瓦，它在竖直向上擦窗过程中有 $0.25\%$的电能用于克服重力做功。若窗户足够高，持续竖直向上擦窗20分钟，擦窗机器人可上升的最大高度为多少米？（取 $g=10$牛 $/$千克）

为何漂浮在水面上的竹筷一般都是横躺着而不是竖直的？这一现象引起了小科的思考。

【思考】漂浮在水面上的竹筷只受到重力和浮力的作用，因为它们是一对　　力，所以竹筷应该能够竖直地静止在水面上，但事实并不如此。

【实验】小科以内含金属块的中空细塑料管模拟竹筷进行实验探究。如图所示，把一个质量适当的金属块，固定在一根底端封闭的中空细塑料管内的不同位置后，分别轻轻地竖直放在水和浓盐水中，观察它是否始终保持竖直。观察到的实验现象如表：

	$a$	$b$	$c$	$d$
水	不能	不能	能	能
浓盐水	不能	不能	不能	能

【分析】（1）把金属块和塑料管视为一个物体，金属块位置的改变，会改变物体的　　位置。相同条件下，这一位置越低，细管在液体中能竖直漂浮的可能性越大。

（2）分析金属块固定在 $c$点时，细管放入水和浓盐水中时的实验现象可知，相同条件下，浮力作用点的位置相对细管底端越　　（填“高”或“低” $)$，细管在液体中能竖直漂浮的可能性越大。

其实，上述实验现象还需要用杠杆、能的转化等知识来解释，有待于继续研究 $\dots$

为何漂浮在水面上的竹筷一般都是横躺着而不是竖直的？这一现象引起了小科的思考。

【思考】漂浮在水面上的竹筷只受到重力和浮力的作用，因为它们是一对　　力，所以竹筷应该能够竖直地静止在水面上，但事实并不如此。

【实验】小科以内含金属块的中空细塑料管模拟竹筷进行实验探究。如图所示，把一个质量适当的金属块，固定在一根底端封闭的中空细塑料管内的不同位置后，分别轻轻地竖直放在水和浓盐水中，观察它是否始终保持竖直。观察到的实验现象如表：

	$a$	$b$	$c$	$d$
水	不能	不能	能	能
浓盐水	不能	不能	不能	能

【分析】（1）把金属块和塑料管视为一个物体，金属块位置的改变，会改变物体的　　位置。相同条件下，这一位置越低，细管在液体中能竖直漂浮的可能性越大。

（2）分析金属块固定在 $c$点时，细管放入水和浓盐水中时的实验现象可知，相同条件下，浮力作用点的位置相对细管底端越　　（填“高”或“低” $)$，细管在液体中能竖直漂浮的可能性越大。

其实，上述实验现象还需要用杠杆、能的转化等知识来解释，有待于继续研究 $\dots$

某兴趣小组用如图所示装置进行探究“影响液体内部压强的因素”实验。

已知：① $a$、 $b$两点压强等于外界大气压（大气压保持不变）；② $a$点压强等于 $a$点上方液柱压强与左管内气压 $P_1$之和；③ $b$点压强等于 $b$点上方液柱压强与右管内气压 $P_2$之和；④液体1和液体2密度不同。该小组同学先关闭 $K_2$打开 $K$和 $K_1$，用抽气机抽气，进行多次实验。再关闭 $K_1$打开 $K$和 $K_2$，重复上述操作，具体数据记录如表：

液体种类	液体1			液体种类	液体2
实验次数	第一次	第二次	第三次	实验次数	第四次	第五次	第六次
液柱高度 $(h_1/\mathit{cm})$	10	20	30	液柱高度 $(h_2/\mathit{cm})$	10	20	30
左管内气体压强 $(P_1/$千帕）	99	97	95	右管内气体压强 $(P_2/$千帕）	100	99	98

（1）以下研究过程所用到的方法与本实验中所用的方法明显不同的是　

$A$．研究磁极间的相互作用规律

$B$．研究压力的作用效果与受力面积大小的关系

$C$．研究滑动摩擦力大小与接触面积粗糙程度的关系

$D$．研究物体重力势能大小与物体被举高高度的关系

（2）通过比较第一次和第四次所测得的数据，可以研究　　。

（3）通过比较第四、第五、第六三次测得的数据，可以得出的结论是　　。

（4）探究液体压强与密度关系时，为了使结论更具普遍性，该小组同学还应如何继续实验（请写出实验思路，不需写具体步骤）　　。

如图为某款擦窗机器人，它凭借其底部的真空泵在机身和玻璃之间形成低气压，牢牢地吸附在竖直玻璃上。请回答：

（1）当它静止在竖直玻璃上时，受到的摩擦力方向是　　。

（2）擦窗机器人的擦试速度是4分钟 $/$米 ${}^2$，要擦完总面积为3米 ${}^2$的窗玻璃需要　　分钟。

（3）工作时擦窗机器人对玻璃的压力为28牛，内外气压差达到800帕，求擦窗机器人与玻璃的接触面积至少为多少平方米？

（4）擦窗机器人的总质量为1.2千克，工作时的实际功率为80瓦，它在竖直向上擦窗过程中有 $0.25\%$的电能用于克服重力做功。若窗户足够高，持续竖直向上擦窗20分钟，擦窗机器人可上升的最大高度为多少米？（取 $g=10$牛 $/$千克）

图1是表演“睡钉床、砸石板”的节目：一个人躺在若干钉子做成的“床”上，身上盖一块石板，旁边一个人用大锤去砸石板结果石板被砸烂了，而人安然无恙。老师为此做了几个模拟实验。

（1）探究人睡在钉床上为什么不受伤：

实验一：在大小相同的两块平板上，用约100颗钉子做成了钉床甲，6颗钉子做成了钉床乙，如图2所示（钉子规格相同）。将一个塑料袋装满水封好（代表人体），先后放到两个钉床上，发现它放到钉床甲上未被扎破，而放到钉床乙上却被扎破了。所以睡在钉床上的人不受伤，是由于接触面积　　，压强　　的缘故；

（2）探究石板的作用：

实验二：如图3中的两个鸡蛋，其中一个的蛋黄和蛋白已经被取出，只剩下一个空壳，质量是 $7g$；另一个完好无损，质量是 $66g$。把它们并排放在桌子上，然后沿图示箭头的方向用嘴吹一下，发现空壳立刻转动了起来，而另一个几乎不动。说明质量大的物体，惯性　　；而惯性　　的物体，运动状态　　。

实验三：如图4，将钉床甲放在地面上，在钉床上放装满水并封好的塑料袋，再在上面放一块石板，质量为 $1657g$，然后用锤子敲石板上面的核桃，结果核桃被敲碎了，塑料袋完好：将石板换成一块木板，质量为 $142g$，用几乎一样的力敲核桃，结果核桃未碎而塑料袋破了。

综合以上两个实验，你认为石板为什么会有这样的保护作用　　。

（3）下面三个事例中与实验二、三所探究的问题不一样的是　　

$A$．篮球比铅球掷得远

$B$．乒乓球离开球拍后还能继续运动

$C$．同一辆自行车，一个人骑比两个人骑更容易刹车