□ 徐偉平 尚秀玉
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聚焦壓強實驗掌握探究方法
□徐偉平尚秀玉
與壓強有關(guān)的實驗包括:①探究影響壓力作用效果的因素,②探究影響液體壓強的因素,③驗證及測定大氣壓強,這些實驗探究是學(xué)習(xí)壓強知識、掌握壓強規(guī)律的有效手段.實驗器材的選擇、研究或測量方法、實驗過程中要注意的事項、誤差分析等內(nèi)容是大家在這一章的學(xué)習(xí)中都必須掌握的要點.
實驗分析:
1.探究影響壓力作用效果的因素,要采用控制變量法;
2.實驗中要采取轉(zhuǎn)換法,通過比較海綿(或細(xì)沙)的形變程度來比較壓力的作用效果;
3.由于不同材料的抗壓性能不同,實驗探究時還必須保證受壓面的材料要相同.
例1小芳利用海綿、小桌、砝碼、木板探究“壓力作用效果與哪些因素有關(guān)”的實驗:
(1)實驗中壓力的作用效果是通過___________體現(xiàn)的.
聚焦壓強實驗掌握探究方法
(2)在探究“壓力作用效果與受力面積大小的關(guān)系”時做了如圖1-甲、乙所示的實驗,得出:當(dāng)受力面積相同時,壓力的作用效果跟_____有關(guān);如果還要探究“壓力作用效果與受力面積的關(guān)系”,則還應(yīng)做圖________所示的實驗;這種研究方法在物理學(xué)中叫做.
圖1
(3)比較圖1-丙、丁兩次實驗中,木板所受壓強和海綿所受壓強的大小關(guān)系為p甲_________________p乙(選填“>”“<”或“=”).
(4)如果在實驗中沒有海綿.可選擇日常生活中的_____來代替.
解析:(1)實驗中壓力的作用效果是運用轉(zhuǎn)換法,通過比較海綿的凹陷程度來體現(xiàn)的;(2)甲、乙兩圖中小桌對海綿的受力面積相等,小桌上放砝碼時,海綿凹陷得越深,說明當(dāng)受力面積相同時,壓力越大,壓力的作用效果越明顯;要探究“壓力作用效果與受力面積的關(guān)系”則應(yīng)控制物體的壓力相等,所以應(yīng)比較甲、丁兩圖,即還應(yīng)做丁圖所示實驗,本實驗中所用的研究方法為控制變量法;(3)木板和海綿受到的壓力、受力面積都相等,因此二者所受的壓強相等,它們的凹陷程度不同是由于其自身的抗壓性能不同;(4)為了更好地比較壓力的作用效果,實驗中選擇了受壓后容易發(fā)生形變的海綿,如果沒有海綿,則可選擇日常生活中的細(xì)沙或泡沫塑料來代替.
答案:(1)海綿的凹陷程度(2)壓力大??;??;控制變量法(3)=(4)細(xì)沙或泡沫塑料等
圖2
實驗分析:
首先,液體內(nèi)部是否存在壓強,并不能直接觀測出來.因此實驗要用到如圖2所示的微小壓強計.如果液體內(nèi)部存在壓強,則會對探頭上的橡皮膜產(chǎn)生擠壓,與探頭連接的U形管兩側(cè)液面將出現(xiàn)高度差,且高度差越大,說明受到液體的壓強越大.
例2小李同學(xué)利用如圖3裝置探究“液體內(nèi)部壓強的特點”.
(1)小李檢查壓強計的氣密性時,用手指不論輕壓還是重壓橡皮膜,發(fā)現(xiàn)U形管兩邊液柱的高度差變化_________(選填“大”或“小”),表明其氣密性差.小李調(diào)節(jié)好壓強計后,U形管兩邊液面相平.
圖3
(2)小李把金屬盒分別浸入到甲、乙圖中的兩種液體(水和酒精)中,發(fā)現(xiàn)圖3-甲中U形管兩邊液柱的高度差較小,他判斷甲圖中的液體是酒精,其結(jié)論不可靠,原因是沒有控制金屬盒在液體中的_______;他改變圖3-乙中金屬盒的深度,其探究情況如圖3-丙所示.
(3)小李應(yīng)該比較圖________,得出金屬盒離液面的距離越深,U形管兩邊液柱的高度差就越越大,表示液體的壓強就越_________.
(4)小李發(fā)現(xiàn)在同種液體中,金屬盒所處深度相同時,只改變金屬盒的方向,U形管兩邊液柱的高度差不變,表明_______________.
解析:(1)若壓強計的氣密性差,用手指不論輕壓還是重壓橡皮膜時,就會有漏氣現(xiàn)象,因此U形管兩邊液柱的高度差變化小.
(2)題中小李的操作并沒有控制金屬盒浸入兩種液體中的深度相同,因此他得出的結(jié)論不可靠.
(3)小李應(yīng)該比較圖乙、丙,金屬盒離液面的距離越深,壓強越大,U形管兩邊液柱的高度差就越大.
(4)在同種液體的同一深度處,改變金屬盒的方向,U形管兩邊液柱的高度差不變,說明同種液體的同一深度處(或在相同條件下),液體內(nèi)部向各個方向的壓強相等.
答案:(1)小(2)深度相同(3)乙、丙;大(4)在同種液體的同一深度處(或在相同條件下),液體內(nèi)部向各個方向的壓強相等
實驗分析:
1.大氣是否存在壓強,人無法直接感受到,因此驗證大氣壓強的實驗是通過大氣壓強的作用來認(rèn)識的.除課本上介紹的馬德堡半球?qū)嶒炌?,利用生活中的器材也可驗證大氣壓強的存在,比如有覆杯實驗、瓶口吞熟雞蛋實驗等.
圖4
例3用如圖5所示裝置粗略測量大氣壓的值.把吸盤用力壓在玻璃上排出吸盤內(nèi)的空氣,吸盤壓在玻璃上的面積為4×10-4m2.輕輕向掛在吸盤下的小桶內(nèi)加沙子.吸盤剛好脫落時,測出吸盤、小桶和沙子的總質(zhì)量為3.2kg.則大氣對吸盤的壓力為______N(g取10N/kg),大氣壓的測量值為_______Pa.若吸盤內(nèi)的空氣不能完全排出,則大氣壓的測量值比實際值偏_______.
圖5
答案:32;8×104;小