初中物理压强和浮力实验题

飞机在空中飞行时都有一定的迎角（机翼轴线与水平气流的夹角）。飞机飞行时的升力除了与机翼形状有关外，是否还与迎角大小有关？为了研究这一问题，在老师的帮助下，小明利用电风扇、升力测力计、飞机模型按图甲方式进行如下实验。

①闭合电风扇的开关，调节挡位使其风速最大，并使飞机模型的迎角为 $0°$，记录测力计的示数。重复5次实验并计算升力平均值。

②改变迎角大小，使其分别为 $5°$、 $10°$、 $15°$、 $20°$，重复步骤①。

③处理相关数据得到“升力与迎角的关系”如图乙。

（1）本实验得出的结论是：　    　。

（2）小明若要进一步研究“飞机的升力与其飞行速度的关系”。利用现有器材，如何操作可以模拟飞机不同的飞行速度？　　。

（3）资料显示：本实验结论与实际相符，且飞机迎角一定时，飞行速度越大升力也越大。若某飞机以500千米 $/$时做水平匀速直线飞行时的迎角为 ${\theta }_1$，而以800千米 $/$时做水平匀速直线飞行时的迎角为 ${\theta }_2({\theta }_1$、 ${\theta }_2$均小于 $15°)$。请比较 ${\theta }_1$、 ${\theta }_2$的大小关系：　　。

材料一：两千多年前，亚里士多德认为空气含有“重量”，真空是不存在的。

材料二：至少从1614年开始，伽利略却认为空气是有重量的，他的同事兼学生托里拆利在1643年做了如图实验：把一端封闭的长玻璃管装满水银倒置在一个敞口的水银槽里，水银从玻璃管顶部下降了一段距离后，液面不再下降，高度总保持距槽中水银面30英寸 $(76$厘米）左右。1646年帕斯卡重复了这一实验。

材料三：在17世纪中叶，对该实验的两个关键问题的回答都有代表性的支持者和反对者（如表）

关键问题的回答	支持者	反对者
大气压力支撑水银柱	笛卡尔 帕斯卡	所有亚里士多德学派 罗贝瓦尔
水银柱上方存在真空	罗贝瓦尔 波义耳	所有亚里士多德学派、笛卡尔、 伽利略、霍布斯

（1）一些反对者认为，由于管内水银产生了蒸汽，使水银减少，水银液面下降，为了反驳这一观点，帕斯卡同时拿出酒和水，询问反对者：用酒和水做托里拆利实验，酒柱与水柱哪个液面下降得更多？反对者们认为酒的液面下降得更多，原因是　　。但是实验现象却是水柱液面下降得更多。

（2）另一些反对者认为，由于管内遗留了少量空气，才使水银液面下降。帕斯卡利用1米左右长、不同直径的玻璃管进行托里拆利实验，如果观察到的实验现象是　　，就可以反驳反对者们的观点。

（3）下列关于科学本质及科学发现过程的描述，正确的有　　

$A$．公元1646年前，所有人都赞同亚里士多德提出“真空不存在”的观点

$B$．科学实验中要努力得到和前人一样的实验结论

$C$．科学发现是一个不断完善、不断修正的过程

$D$．实验是科学研究的重要方法

某课外兴趣小组同学利用弹簧测力计和量筒研究“浮力大小与排开液体多少的关系”，设计了如下实验步骤和数据记录表格：

①在量筒中加入水，读出量筒内水面位置的刻度。

②把系有细线的铁块挂在弹簧测力计的挂钩上，测出铁块的重力。

③把挂在弹簧测力计下的铁块浸没在盛有水的量筒里，再次读出弹簧测力计的示数。

④读出量筒内水面位置升高后的刻度

⑤计算铁块排开水的体积。求出铁块排开的水受到的重力。

铁块浸没时弹簧测力计的示数 $/N$	铁块在水中受到的浮力 $/N$	水的体积 $/c{m}^3$	水和铁块的总体积 $/c{m}^3$	排开水的体积 $/c{m}^3$	排开的水受到的重力 $/N$

实验过程中，小组同学发现设计的表格中缺少一项，该项是　　。补充完整后，完成实验。分析数据得出结论：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力。

实验后，该组同学进行了反思：

（1）量筒中不能加入太多的水，否则无法直接测出　　，从而不能得出实验结论。

（2）通过以上实验得出结论不可靠，理由是　　。

$A$．没有进行多次重复实验

$B$．没有换用其它液体进行实验

$C$．没有进行物体部分浸入水中时的实验

气体的密度与压强有关。为测量实验室内空气的密度，小明在实验室按如图所示步骤进行实验：

①如图甲，将一打足气的足球，放入装满水的容器中，测得溢出水的体积为426毫升。

②如图乙，将500毫升装满水的量筒倒置于水槽中，用气针和乳胶管将足球中的气体慢慢排入该量筒，同时调整量筒的位置，当量筒内外水面都与500毫升刻度线相平时，停止排气。共排气10次。

③如图丙，拔除气针和乳胶管，把排气后的足球放入装满水的容器中，测得溢出水的体积为420毫升。

（1）图乙中，当量筒内外水面都与500毫升刻度线相平时停止排气，其目的是　　。

（2）根据测得的数据，计算实验室中空气的密度。

如图是浙江大学机器人研究团队研发的名为“绝影”的四足机器狗，它能稳健地爬陡坡，它的出现，让我国四足机器人技术达到国际一流水平。机器狗质量为70千克，每只脚与地面接触面积为50平方厘米。

（1）以行走的机器狗为参照物，旁边的台阶是　　（选填“静止”或“运动” $)$的。

（2）机器狗行走时（两脚着地），它对地面的压强为多少帕？

（3）机器狗爬上3米高的陡坡时，克服自身重力做功为多少焦？

归纳与演绎是科学学习中非常重要的科学方法，下表是兴趣小组归纳“根据 $\rho =\frac{m}{V}$，运用浮力知识间接测量固体密度”的方法，请回答：

方法	实验器材	操作过程	思维过程	数据处理	适用范围
一	弹簧测力计 烧杯 水		$\because m=\frac{G}{g}{V}_{物}=V_{浮}=\frac{F_{浮}}{{\rho }_{水}g}$ $\therefore {\rho }_{物}=\frac{m_{物}}{V_{物}}=\frac{G}{F_{浮}}{\rho }_{水}=\frac{F_1}{F_1-F_2}{\rho }_{水}$	（1） ${\rho }_{物}=$　 $3\times {10}^3$　 千克 $/$米 ${}^3$	${\rho }_{物}>{\rho }_{液}$
二	量筒 细铁丝 水		$\dots \dots$ （2） ${\rho }_{物}=$　　 （用 $V_1$、 $V_2$、 $V_3$、 ${\rho }_{水}$表示）	$\dots \dots$	${\rho }_{物}<{\rho }_{液}$

归纳与演绎是科学学习中非常重要的科学方法，下表是兴趣小组归纳“根据 $\rho =\frac{m}{V}$，运用浮力知识间接测量固体密度”的方法，请回答：

方法	实验器材	操作过程	思维过程	数据处理	适用范围
一	弹簧测力计 烧杯 水		$\because m=\frac{G}{g}{V}_{物}=V_{浮}=\frac{F_{浮}}{{\rho }_{水}g}$ $\therefore {\rho }_{物}=\frac{m_{物}}{V_{物}}=\frac{G}{F_{浮}}{\rho }_{水}=\frac{F_1}{F_1-F_2}{\rho }_{水}$	（1） ${\rho }_{物}=$　 $3\times {10}^3$　 千克 $/$米 ${}^3$	${\rho }_{物}>{\rho }_{液}$
二	量筒 细铁丝 水		$\dots \dots$ （2） ${\rho }_{物}=$　　 （用 $V_1$、 $V_2$、 $V_3$、 ${\rho }_{水}$表示）	$\dots \dots$	${\rho }_{物}<{\rho }_{液}$

现有一根两端开口的直玻璃管，将其下端蒙上橡皮膜。描述橡皮膜外表面在以下不同情境中的形状变化。

（1）向管内缓缓注水，观察到橡皮膜向外凸。随着加入的水量增多，橡皮膜向外凸的程度会　　（选填“变大”“变小”或“不变” $)$

（2）将注入水后的玻璃管放入装有水的水槽中，慢慢向下移动至如图所示的位置，橡皮膜向外凸的程度会　　（选填“变大”“变小”或“不变” $)$。

（3）当玻璃管移动到管内液面和水槽液面恰好相平时，橡皮膜的形状是　　（选填“凸面”“凹面”或“平面” $)$，试说明理由。　　

大威在探究“影响压力作用效果的因素”时，取三个质量相同的圆柱形容器 $A$、 $B$、 $C$，它们底面积的关系是 $S_A=S_B<S_C$．在三个容器中分别倒入适量的水和盐水，其中 $B$、 $C$两容器中液体质量相同。将它们分别放在三块相同的海绵上，如图甲、乙、丙所示。

（1）实验过程中可以通过观察海绵的　       　来比较压力的作用效果。

（2）通过比较　      　两次实验，探究压力的作用效果与压力大小的关系。得到的结论是　      　相同时，压力越大，压力的作用效果越明显。

（3）大威还想利用这些器材探究影响液体压强的因素，于是他找来一个如图丁所示的液体压强计，将压强计的探头放入 $B$、 $C$两容器中，保持探头在两种液体中的深度相同。发现探头在盐水中时， $U$形管左右两侧液面的高度差较　      　（填“大”或“小”）。说明在深度相同时，　       　越大，液体压强越大。

（4）再将探头放入 $B$容器中的某一深度，改变探头的方向，会发现 $U$形管左右两侧液面的高度差不变，由此说明：在同种液体内部的同一深度，向各个方向的压强都　       　。

小明学习了浮力知识后，利用家中的物品做了几个小实验。

（1）小明把小萝卜放入水中，小萝卜漂浮在水面上，此时它受到的浮力为 $F_{浮}$，重力是 $G_{萝}$，那么 $F_{浮}$　       　 $G_{萝}$（选填“ $>$”、“ $<$”或“ $=$” $)$。

（2）小明把小萝卜从水里捞出擦干，再放入足够多的白酒中，小萝卜沉底了，此时排开白酒的体积 $V$排与小萝卜的体积 $V_{萝}$的关系是 $V_{排}$　     　 $V_{萝}$（选填“ $>$”、“ $<$”或“ $=$”）。

（3）小明还想测量小萝卜的密度，于是找来一个圆柱形茶杯、刻度尺和记号笔。具体做法如下：

①如图甲所示，在茶杯中倒入适量的水，在水面处用记号笔做好标记，用刻度尺测量出水面到茶杯底的竖直距离为 $h_0$；

②如图乙所示，将小萝卜轻轻地放入水中静止后，用刻度尺测量出此时的水面到茶杯底的竖直距离为 $h_1$；

③将茶杯中的水全部倒出，取出小萝卜擦干，再向杯中慢慢地倒入白酒直至　     　为止；

④如图丙所示，将小萝卜轻轻地放入白酒中静止后，用刻度尺测量出此时的白酒液面到茶杯底的竖直距离为 $h_2$。

（4）水的密度用 ${\rho }_{水}$来表示，请你用 ${\rho }_{水}$、 $h_0$、 $h_1$、 $h_2$写出小萝卜的密度表达式 ${\rho }_{萝}=$　         　。

在探究“浮力的大小与哪些因素有关”的实验中，主要实验步骤如下：

$a$．将一个金属圆柱体悬挂在弹簧测力计下，按如图甲所示组装器材。

$b$．向空烧杯中缓慢注入清水，直到没过金属体一段距离（烧杯未加满水），如图乙中① $~$⑤所示，待示数稳定后分别读取弹簧测力计的示数 $F_1~F_5$。

$c$．如图乙中⑥所示，再向烧杯中加入适量盐，并轻轻搅拌，直至弹簧测力计示数稳定后读数为 $F_6$。

（1）图乙中　       　（选填① $~$⑥序号）可以得出浮力的大小跟物体排开液体的体积有关。在图⑤中，金属体所受到的浮力 $F_{浮}=$　      　（用测量量的字母来表示）。

（2）图乙中　      　（选填① $~$⑥序号）可以得出浮力的大小跟物体浸没的深度无关。金属体的体积 $V=$　        　（用已知量 ${\rho }_{水}$、 $g$和测量量的字母来表示）。

（3）因为浮力的大小跟液体的密度有关，可知图⑤、⑥中， $F_5$　     　 $F_6$（选填“ $>$、 $=$、 $<$”），图⑥中盐水密度： ${\rho }_{\mathit{盐水}}=$　     　（用已知量 ${\rho }_{水}$和测量量的字母来表示）。

小明在探究“浮力的大小与哪些因素有关”时，他猜想浮力的大小可能与液体的密度、物体排开液体的体积、物体在液体中的深度有关。所用的实验器材有：烧杯、酒精、水、盐水、量程合适的弹簧测力计、细线、底面积相同而体积不同的带钩圆柱。（已知 ${\rho }_{\mathit{酒精}}<{\rho }_{水}<{\rho }_{\mathit{盐水}}$）

（1）在探究“浮力大小与液体密度是否有关”时，小明用弹簧测力计将同一个体积较大的圆柱分别浸没在酒精、水、盐水中的相同深度处，如图所示，则圆柱在水中受到的浮力是　    　 $N$，分析数据得出浮力的大小与液体密度的关系是在其他条件相同时，　          　。

（2）在探究“浮力的大小与物体排开液体的体积是否有关”时，小明设计了如下记录实验数据的表格，请将表格中第一行信息补充完整。

实验次数	所用液体	物体在液体中的深度 $h$		圆柱重 $G/N$
1	水	相同	小
2	水		中
3	水		大

（3）实验中用到的科学探究的方法是　     　。

有两块边长均为4cm的无色透明的正方体"玻璃"。一块是普通玻璃（密度为）；另一块是"有机玻璃"（密度为）。请你选用所需器材，设计一种方案，在不损坏"玻璃"的原则下区分它们。

实验器材：托盘天平、海绵、细线、大烧杯、刻度尺、浓盐水（密度为）。

请将所选器材、操作方法、现象及结论填入下表（方案不能与示例相同）。

	所选器材	操作方法	现象	结论
示例	托盘天平	将两块"玻璃"分别放在调节好的天平的两个托盘上。	天平一端下降	下降的一端放的是普通玻璃
你的方案

小华同学在探究“浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中，在弹簧测力计下面悬挂一个实心圆柱体（如图甲所示），当圆柱体下表面与水面相平时开始缓慢下降，直到浸没在溢水杯内的水中，用小桶收集溢出的水。（g取10N/kg）

（1）圆柱体的质量为　      　kg。

（2）圆柱体浸没在水中时所受浮力为　      　N；圆柱体的密度是　       　kg/m³。

（3）比较　      　两图可知：浸在同种液体中的物体所受浮力的大小跟物体排开液体体积有关。

（4）比较c、d两图可知：当物体浸没在同种液体中，所受浮力不随　   　而改变。

（5）小华完成图甲所示的实验后，把水换成另一种液体重复上述实验，根据实验数据绘制出如图乙所示的弹簧测力计的拉力F随物体下降高度h变化的图象，那么物体浸没在这种液体中受到的浮力为　         　N，这表明浸在液体中的物体所受浮力的大小还跟　            　有关。

为研究液体内部压强特点，如图甲所示，小华将透明塑料瓶底部剪去，蒙上橡皮膜并扎紧。

（1）将瓶压入水中，橡皮膜向内凹，如乙图所示，说明水对橡皮膜有压强：将瓶向下压，橡皮膜内凹的程度变大，说明液体内部压强与液体的　     　有关；

（2）接着将某液体缓慢倒入瓶中，当内外液面相平时，橡皮膜仍向内凹，如丙图所示，说明倒入液体的密度　      　（选填“大于“、“等于”或“小于”）水的密度。

（3）将甲图中装置倒置，然后在瓶口紧密连接一根无色通明胶管，并灌注红墨水，如丁图所示。使胶管内液面高于橡皮膜，将塑料瓶橡皮膜的一端朝各个方向放置，橡皮膜都向外凸，说明液体内部向各个方向都有　       　。

（4）使装置保持丁图所示位置不变，在橡皮膜上戳个洞，会有部分液体从洞口流出，最后稳定时，塑料瓶和胶管里的液面相平，此时塑料瓶与胶管构成一个　        　。