壓強(qiáng)和浮力探究題剖析

1、壓強(qiáng)和浮力探究題剖析毛宗紅 劉開雙物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，科學(xué)探究是物理教材及中考的重點(diǎn)。在試題設(shè)置及實(shí)際探究過程中，有涉及探究七個(gè)要素完整的探究，也有只涉及其中一些細(xì)節(jié)的部分要素的不完整探究。一、影響壓力作用效果的因素例1 為了探究壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)，某同學(xué)用若干個(gè)同種材料制成的不同物體放在同一水平細(xì)沙面上，進(jìn)行了三組實(shí)驗(yàn)，并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)分別如表一、表二、表三所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，他仔細(xì)觀察沙面的凹陷程度，并通過比較，發(fā)現(xiàn)每一組沙面的凹陷程度相同，而各組卻不同，第一組凹陷程度最大，第二組其次，第三組最小。表一 表二 表三實(shí)驗(yàn)序號(hào)壓力(N)受力面積(cm2)實(shí)驗(yàn)序號(hào)壓力(N)受力面積(cm2)實(shí)

2、驗(yàn)序號(hào)壓力(N)受力面積(cm2)16.01043.01073.02029.01554.51584.5303122066.02096.040分析比較實(shí)驗(yàn)序號(hào)1與4(或2與5、3與6)及觀察到的現(xiàn)象，可得出的初步結(jié)論是_。分析比較_及觀察到的現(xiàn)象，可得出的初步結(jié)論是：當(dāng)壓力相同時(shí)，受力面積越小，壓力的作用效果越顯著。請(qǐng)進(jìn)一步綜合分析比較表一、表二、表三中的數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象，并歸納得出結(jié)論。分析比較得_；分析比較得_。解析： 在分析壓力的大小影響作用效果時(shí)，必須控制受力面積不變；在分析受力面積的大小影響作用效果時(shí)，必須控制壓力的大小不變。答案： 受力面積相同，壓力越大，產(chǎn)生的效果越顯著；1、6、

3、9；受力面積相同，壓力越大，壓力產(chǎn)生的效果越顯著；壓力相同，受力面積越小，壓力產(chǎn)生的效果越顯著。點(diǎn)評(píng)： 本題除考查同學(xué)們對(duì)壓力作用效果的掌握程度外，著重考查了對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理能力，還著重考查了對(duì)控制變量法的理解和運(yùn)用，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析論證和評(píng)估等過程中，同學(xué)們要仔細(xì)分析研究的是什么量，影響該量的因素可能有哪些，若有兩個(gè)或兩個(gè)以上的影響因素，要用控制變量法來(lái)研究，否則無(wú)法確定是哪個(gè)因素造成的，或者得出的結(jié)論不完整。二、測(cè)量大氣壓例2 (2007年宜昌市)在測(cè)量大氣壓的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)將玻璃板放在桌子上，用吸盤貼在玻璃板上面，用彈簧測(cè)力計(jì)將吸盤緩慢向上拉，直到吸盤脫離板面。問：(1)實(shí)驗(yàn)

4、原理是什么？(2)某同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)的量程太小，不能測(cè)出吸盤脫離板面時(shí)的拉力。請(qǐng)你選擇其他器材與這只彈簧測(cè)力計(jì)組合，測(cè)出吸盤脫離板面時(shí)的拉力，要求寫出用到的器材和方法。解析： 本題取材于大氣壓強(qiáng)“想想做做”實(shí)驗(yàn)，其原理包括平衡力和壓強(qiáng)知識(shí)，如圖1所示，吸盤受到兩個(gè)力的作用：一是大氣作用在吸盤上的大氣壓力F大，其大小始終不變；另一個(gè)是彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)吸盤向上的拉力F拉，其大小隨吸盤被緩慢上拉的同時(shí)逐漸增大，F(xiàn)大和F拉是同直線上反方向的兩個(gè)力，當(dāng)F拉略大于F大時(shí)，(粗略認(rèn)為F拉等于F大，即平衡)吸盤被拉離玻璃板，讀出此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，便間接得出F大(F大 =F拉)，用尺測(cè)出吸盤的直徑D，

5、算出其面積S=D2/4,即大氣壓的作用面積，借助壓強(qiáng)公式P=F/S可以粗略算出大氣壓P=4F拉/D2。若吸盤面積較大，吸盤受到的大氣壓力F大將較大，超過了常用彈簧測(cè)力計(jì)的量程，這就需要輔助于省力機(jī)械來(lái)測(cè)量，本題第(2)問就是針對(duì)可能出現(xiàn)的這種情況設(shè)計(jì)的。答案： (1)實(shí)驗(yàn)原理：二力平衡的條件F大=F拉和壓強(qiáng)公式P=F/S。(2)法(一)：如圖2所示取一輕質(zhì)杠桿(質(zhì)量忽略不計(jì))，為使OA、OB分別為阻力臂L2和動(dòng)力臂L1以便測(cè)量，須讓杠桿處于水平位置，人手作用于玻璃板上向下緩慢拉動(dòng)，讀出拉開玻璃板時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1，便可算出F大=F2=F1L1/L2。法(二)：如圖3所示，取一輕質(zhì)動(dòng)滑輪，緩

6、慢向上拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，讀出剛拉開玻璃板時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1，算出大氣壓力F大=2F1。點(diǎn)評(píng)： 挖掘教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行考查是近年各地中考的重點(diǎn)。對(duì)教材中的每個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們不僅要從整體上了解實(shí)驗(yàn)的意圖、原理、實(shí)驗(yàn)器材及方法，同時(shí)要善于剖析實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，如實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象分析，實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)，結(jié)論評(píng)估等。三、探究液體內(nèi)部壓強(qiáng) 例3 楊揚(yáng)同學(xué)用如圖4所示的壓強(qiáng)計(jì)研究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)，他將壓強(qiáng)計(jì)的橡皮膜置于水中不同深度，并調(diào)節(jié)橡皮膜在水中的方向，得到如下數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)橡皮膜朝向深度壓強(qiáng)計(jì)U型管左液面右液面液面高度差1朝上3cm9cm12cm3cm2朝左3cm9cm12cm3cm3朝下3cm9cm

7、12cm3cm4朝上6cm13.5cm6cm5朝上9cm6cm9cm分析表格數(shù)據(jù)，將漏掉的數(shù)據(jù)補(bǔ)上由實(shí)驗(yàn)1、2、3，可得出結(jié)論：_由實(shí)驗(yàn)_，可得出結(jié)論：液體內(nèi)部的壓強(qiáng)隨深度的增加而增大楊揚(yáng)想完成研究液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體密度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你幫助他設(shè)計(jì)一個(gè)可行的方案解析： 壓強(qiáng)計(jì)的橡皮膜受到壓強(qiáng)時(shí)，其U型管左右液面出現(xiàn)高度差，反過來(lái)當(dāng)壓強(qiáng)計(jì)U型管左右液面出現(xiàn)高度差則說明橡皮膜受到了壓強(qiáng)，高度差越大則壓強(qiáng)越大。設(shè)計(jì)研究液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體密度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方案要采用控制變量法，即保持橡皮膜在液體中的深度不變。答案： (1)7.5、15；(2)液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，同一深度處液體向各個(gè)方向的壓強(qiáng)都相等。

8、(3)如圖4取一杯水，將壓強(qiáng)計(jì)的橡皮膜置于水中一定深度處，計(jì)下U型管左右液面高度，算出液面高度差h1；將杯中的水換成鹽水，將壓強(qiáng)計(jì)的橡皮膜置于鹽水中相同深度處，計(jì)下U型管左右液面高度，算出液面高度差h2；比較h1 與h2 的大小得出結(jié)論。點(diǎn)評(píng)： 本題表格數(shù)據(jù)是學(xué)生實(shí)驗(yàn)的再現(xiàn)，分析處理表格數(shù)據(jù)是實(shí)驗(yàn)思維能力的重要方面。在初中所學(xué)物理知識(shí)中，主要有三類表格數(shù)據(jù)：一是成正比(或反比)型數(shù)據(jù)，如物體質(zhì)量與體積的關(guān)系、物體重力與質(zhì)量的關(guān)系、液體壓強(qiáng)與深度關(guān)系等；二是比較型數(shù)據(jù)，如摩檫力大小與壓力的關(guān)系、串聯(lián)電路的電流關(guān)系、并聯(lián)電路的電壓關(guān)系等；三是求和(或求積)型數(shù)據(jù)，如杠桿的平衡條件、串聯(lián)電路的電壓關(guān)

9、系、并聯(lián)電路的電流關(guān)系等。 四、驗(yàn)證阿基米德愿理 例4 在浮力的利用教學(xué)課堂上，王老師做了一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)：取一塊牙膏皮，首先將它揉成團(tuán)放入盛水的燒杯中，觀察到“牙膏皮團(tuán)”下沉，然后將它展開做成帽形放入水中，觀察到“牙膏皮帽”浮于水面上。王老師提問：兩次不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象告訴我們什么？李朋同學(xué)馬上舉手回答：實(shí)驗(yàn)說明物體所受的浮力與物體的形狀有關(guān)。（1）你贊同他的觀點(diǎn)嗎？簡(jiǎn)要談?wù)勀愕目捶?。?）若給你一些器材：彈簧測(cè)力計(jì)、三個(gè)形狀不同的小石塊、橡皮泥、燒杯、細(xì)線和水，你將選擇哪些器材實(shí)驗(yàn)證明你的觀點(diǎn)，寫出實(shí)驗(yàn)所需器材及你的探究方案。（3）你將如何根據(jù)探究過程中觀察到的現(xiàn)象或獲得的數(shù)據(jù)得出結(jié)論。解析： 由

10、阿基米德原理F浮=液gv排 得物體所受浮力只與液體密度和物體排開液體的體積有關(guān)，而與物體形狀無(wú)關(guān)，改變牙膏皮的形狀實(shí)質(zhì)是引起了物體排開液體體積的變化，從而使浮力改變。在探究物體所受浮力與物體形狀是否有關(guān)時(shí)，要采用控制變量法，即控制體積不變，改變形狀，其中可供選擇的器材中橡皮泥能滿足要求。此實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，利用兩次稱量去比較橡皮泥在形狀改變時(shí)所受浮力大小得出結(jié)論。答案： (1)不贊同。由阿基米德原理F浮=液gv排 得物體所受浮力只與液體密度和物體排開液體的體積有關(guān)，而與物體形狀無(wú)關(guān)，改變牙膏皮的形狀實(shí)質(zhì)是引起了物體排開液體體積的變化，從而使浮力改變。(2)實(shí)驗(yàn)器材：彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮

11、泥、燒杯、細(xì)線和水。探究方案：用細(xì)線將橡皮泥吊在彈簧測(cè)力計(jì)上，測(cè)出橡皮泥的重G；將橡皮泥浸沒水中，計(jì)下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1，算出浮力F浮1=G-F1改變橡皮泥的形狀，將橡皮泥浸沒水中，計(jì)下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F2，算出浮力F浮2=G-F2再改變橡皮泥的形狀，將橡皮泥浸沒水中，計(jì)下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F3，算出浮力F浮3=G-F3。(3)比較三次橡皮泥在水中受到的浮力，若大小相等，說明浮力大小與形狀無(wú)關(guān)；若大小不等，說明浮力大小與形狀有關(guān)。點(diǎn)評(píng)： 本題從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析論證、評(píng)估三個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究能力考查。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，同學(xué)們要注意方案的可操作性、準(zhǔn)確性和嚴(yán)密性，方案所涉及的器材、物理量及表達(dá)式都要明確表示出來(lái)。分析論證是對(duì)收集的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象等信息進(jìn)行比較、因果推理等處理，得出科學(xué)規(guī)律的過程，對(duì)于如例4中第(3)問的預(yù)測(cè)性分析論證，多采取“如果那么”的句式來(lái)表述。評(píng)估所涉及的范圍很多，如評(píng)估實(shí)驗(yàn)方案的好壞，評(píng)估結(jié)