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解:
打开阀门K后水不会流动。
理由:甲、乙两容器构成连通器,且初始时两容器中水面相平,根据连通器的原理,当连通器内装有同种液体且液面静止时,各容器的液面保持相平,所以打开阀门后水不会流动。
大于
取下软管重新安装
装置
气密性差
不可靠的
没有控制橡皮膜盒在两种液体中的深度相同,不符合控制变量法的要求
C
A
【分析】
(1)要比较a、b两点的压强,根据液体压强公式$p=\rho gh$,在液体密度相同的情况下,深度越深,压强越大。观察图中a、b两点,a点的深度小于b点的深度,可据此判断两者的压强大小关系。
(2)判断打开阀门后水是否流动,首先明确甲、乙两容器通过斜管相通,构成连通器。结合连通器的原理,当连通器内装有同种液体且初始液面相平时,打开阀门后液面会保持相平,水不会流动。
【解析】
(1)由图可知,a点的深度$h_a$小于b点的深度$h_b$,水的密度$\rho$相同,根据液体压强公式$p=\rho gh$,在$\rho$和g相同的情况下,深度h越小,压强越小,因此$p_a < p_b$。
(2)打开阀门K后水不会流动。
理由:甲、乙两容器通过斜管相连,构成连通器,且初始时两容器中水面相平。根据连通器的原理,当连通器内装有同种液体,且液面静止时,各容器中的液面保持相平,所以打开阀门后,容器内的液面仍保持相平,水不会流动。
【答案】
(1) <
(2) 打开阀门K后水不会流动。理由:甲、乙两容器构成连通器,初始时两容器中水面相平,根据连通器原理,连通器内装同种液体且液面静止时各容器液面保持相平,所以水不会流动。
【知识点】
液体压强的影响因素、连通器原理
【点评】
本题考查液体压强公式和连通器原理的应用,解题关键是准确判断液体深度、识别连通器结构,理解连通器“装同种液体、液面静止时相平”的核心特点。
【难度系数】
0.7
【分析】
1. 第(1)问:首先明确压强计的工作原理,正常情况下橡皮膜在空气中时,U形管两侧液面上方均为大气压,液面应相平。图(a)中左支管液面更低,说明左管上方气压大于大气压。调节时需让左管上方与大气压相通,因此选择取下软管重新安装的方法,使两侧气压平衡,液面恢复相平。
2. 第(2)问:按压橡皮膜时,若装置气密性良好,U形管两侧液柱会出现明显高度差;若液柱高度几乎不变,说明装置漏气,气密性差,导致按压时管内气压无法正常变化,液面无明显反应。
3. 第(3)问:判断清水和盐水时,需用控制变量法探究液体密度对压强的影响,必须控制橡皮膜在液体中的深度相同。图(c)和(d)中橡皮膜深度不同,因此不能仅凭液柱高度差判断液体种类,结论不严谨。
【解析】
(1) 当压强计的橡皮膜盒在空气中时,正常状态下U形管两侧液面上方均为大气压,液面应相平。图(a)中左支管液面更低,说明左支管液面上方的气压大于大气压。要使液面恢复相平,调节方法是取下软管重新安装,让左支管液面上方与大气压相通,两侧气压平衡后液面即可相平。
(2) 用手指按压橡皮膜时,U形管两边液柱高度几乎不变化,说明装置气密性差,存在漏气现象,导致按压时管内气压无法有效改变,液面无明显高度差。
(3) 探究液体密度对压强的影响时,需遵循控制变量法,控制橡皮膜在两种液体中的深度相同。图(c)和图(d)中橡皮膜盒在液体中的深度不同,因此小明的结论是不可靠的,理由是没有控制橡皮膜盒在两种液体中的深度相同,不符合控制变量法的要求。
【答案】
(1) 大于;取下软管重新安装
(2) 装置气密性差
(3) 不可靠的;没有控制橡皮膜盒在两种液体中的深度相同,不符合控制变量法的要求
【知识点】
液体压强特点;控制变量法;压强计的使用
【点评】
本题围绕压强计的使用和液体压强探究展开,既考查了实验装置的调试与故障分析,又强调了控制变量法在实验探究中的核心作用,帮助学生理解实验探究的严谨性。
【难度系数】
0.6
【分析】
要判断溶液对量筒底部的压强变化,可从液体压强的相关规律入手:
1. 回忆液体压强的两种分析思路:一是利用液体压强公式$p=\rho gh$,二是结合柱形容器的特点分析压力与重力的关系;
2. 向量筒中加水且液体未溢出,液体的总质量增加,总重力随之增大;
3. 量筒是柱形容器,液体对容器底部的压力等于液体的总重力(柱形容器侧壁对液体的作用力为水平方向,不承担竖直方向的重力);
4. 根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,量筒底面积$S$不变,总重力增大则压力$F$增大,因此压强$p$会增大。若用$p=\rho gh$分析,虽然加水后溶液密度$\rho$减小,但液面高度$h$升高的幅度超过$\rho$减小的幅度(总质量$m=\rho V=\rho Sh$,$\rho h=\frac{m}{S}$,$m$增大则$\rho h$增大),故$p=\rho gh$仍会增大。综上,压强始终增大。
【解析】
已知量筒为柱形容器,向量筒内的浓盐水中加水且无液体溢出:
1. 液体总质量增加,总重力$G_{\mathrm{总}}$增大;
2. 柱形容器中,液体对底部的压力$F = G_{\mathrm{总}}$(侧壁不承担竖直方向的液体重力);
3. 量筒底面积$S$不变,根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,压力$F$增大,因此溶液对量筒底部的压强$p$增大。
也可通过$p=\rho gh$分析:总质量$m=\rho V=\rho Sh$,则$\rho h=\frac{m}{S}$,加水后$m$增大、$S$不变,故$\rho h$增大,结合$p=\rho gh$($g$为常量),可知压强$p$增大。因此压强持续增大,选C。
【答案】
C
【知识点】
液体压强计算、柱形容器压力特点
【点评】
本题容易因单一关注溶液密度减小而误判压强减小,解题时需综合考虑液体密度和深度的变化,或利用柱形容器中液体压力等于自身重力的特点简化分析,培养综合分析物理量变化的能力。
【难度系数】
0.6
【分析】
要解决这道题,可按以下思路思考:
1. 首先明确,水平地面上的实心圆柱体对地面的压力等于自身重力,即$ F = G = mg $;
2. 结合密度公式$ m = \rho V $和圆柱体体积公式$ V = Sh $,可将压力推导为$ F = \rho Shg $;
3. 根据压强公式$ p = \frac{F}{S} $,代入压力表达式后可约去底面积$ S $,得到实心柱体竖放时对地面压强的简化公式$ p = \rho gh $;
4. 题目中A、B是同种材料,密度$ \rho $相同,$ g $为常量,因此压强之比等于高度之比,无需被底面积的比例干扰,结合已知高度比即可求出结果。
【解析】
已知A、B是同种材料的实心圆柱体,竖放在水平地面上:
1. 推导柱体压强公式:
水平地面上,圆柱体对地面的压力$ F = G = mg = \rho Vg $,
圆柱体体积$ V = Sh $,代入得$ F = \rho Shg $,
根据压强公式$ p = \frac{F}{S} $,将$ F $代入:
$ p = \frac{\rho Shg}{S} = \rho gh $(该公式适用于实心柱体竖放于水平地面时的压强计算)。
2. 计算压强之比:
因A、B材料相同,故$ \rho_A = \rho_B = \rho $,$ g $为常量,
则$ \frac{p_A}{p_B} = \frac{\rho g h_A}{\rho g h_B} = \frac{h_A}{h_B} $,
已知$ h_A:h_B = 3:1 $,所以$ \frac{p_A}{p_B} = 3:1 $。
【答案】
A
【知识点】
固体压强计算、柱体压强特殊公式
【点评】
本题考查实心柱体竖放时对水平地面的压强计算,关键在于推导并应用$ p = \rho gh $这一特殊公式,巧妙避开底面积比例的干扰,要求学生能灵活推导压强公式,理解各物理量间的关系,避免陷入不必要的计算误区。
【难度系数】
0.7