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受力面积
400
10
22
适当上移
变小
大气压
不变
5.00
$1.1×10^{5}$
大
$9.75×10^{4}$
解：（1）金属棒的体积$V=Sh=4×10^{-4}\ \mathrm{m}^2×1.5\ \mathrm{m}=6×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$
金属棒的质量$m=\rho V=8×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3×6×10^{-4}\ \mathrm{m}^3=4.8\ \mathrm{kg}$
（2）金属棒对水平地面的压力$F=G=mg=4.8\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=48\ \mathrm{N}$
金属棒对水平地面的压强$p=\frac{F}{S}=\frac{48\ \mathrm{N}}{4×10^{-4}\ \mathrm{m}^2}=1.2×10^{5}\ \mathrm{Pa}$
（3）大象每只脚对地面的压强与金属棒对地面的压强相等，
大象的重力$G_{\mathrm{象}}=F_{\mathrm{象}}=p×4S_{\mathrm{象}}=1.2×10^{5}\ \mathrm{Pa}×4×4×10^{-2}\ \mathrm{m}^2=1.92×10^{4}\ \mathrm{N}$
【分析】
(1) 实验中瓶子正放与倒放时，对海绵的压力大小相同（水和瓶的总重力不变），但受力面积不同（瓶底面积大于瓶盖面积），海绵的凹陷程度不同，由此可判断压力作用效果的影响因素。
(2) 先根据水的体积计算正放时对海绵的压力，再结合压强公式求出正放时的压强；根据压强相等的条件，计算倒放时所需的压力，进而求出需要倒出的水的重力、质量和体积。
【解析】
(1) 瓶子正放和倒放时，压力大小相同，受力面积不同，海绵的形变程度不同，因此可初步得出：压力的作用效果与受力面积有关。
(2) ① 计算正放时瓶子对海绵的压力：
水的体积$V=500mL=500cm^3$，由$\rho=\frac{m}{V}$得水的质量$m=\rho V=1g/cm^3×500cm^3=500g=0.5kg$，
水的重力$G=mg=0.5kg×10N/kg=5N$，塑料瓶质量可忽略，故正放时对海绵的压力$F_1=G=5N$。
② 计算正放时的压强：
正放受力面积$S_1=35cm^2=35×10^{-4}m^2$，根据$p=\frac{F}{S}$，正放压强$p_1=\frac{F_1}{S_1}=\frac{5N}{35×10^{-4}m^2}$。
③ 计算倒放时所需的压力：
倒放受力面积$S_2=7cm^2=7×10^{-4}m^2$，要使倒放压强$p_2=p_1$，则倒放时的压力$F_2=p_1S_2=\frac{5N}{35×10^{-4}m^2}×7×10^{-4}m^2=1N$。
④ 计算倒出的水的体积：
需要倒出的水的重力$\Delta G=F_1-F_2=5N-1N=4N$，
倒出的水的质量$\Delta m=\frac{\Delta G}{g}=\frac{4N}{10N/kg}=0.4kg=400g$，
由$\rho=\frac{m}{V}$得倒出的水的体积$\Delta V=\frac{\Delta m}{\rho}=\frac{400g}{1g/cm^3}=400cm^3=400mL$。
【答案】
(1) 受力面积
(2) 400
【知识点】
压力作用效果的影响因素、压强的计算
【点评】
本题结合家庭小实验考查控制变量法的应用和压强的计算，解题时需注意单位统一，灵活运用压强公式及其变形公式分析问题。
【难度系数】
0.6
【分析】
(1) 金属盒在水中的深度是液面到金属盒的垂直距离，用液面到容器底的距离减去金属盒到容器底的距离即可计算。
(2) 要反驳小明的结论，需找到液体内部某处到容器底的距离大于甲图中的5cm，但压强不小于甲图的情况。甲图中金属盒深度为10cm，对应液面到容器底15cm；当乙图中液面到容器底的距离达到22cm时，存在到容器底距离大于5cm的点，其深度不小于10cm，压强不小于甲图压强，可反驳小明结论。
(3) 探究液体压强与密度的关系需控制深度相同，倒入浓盐水后，为保持金属盒深度不变，需适当上移金属盒。
【解析】
(1) 图甲中，液面到容器底的距离为15cm，金属盒到容器底的距离为5cm，因此金属盒在水中的深度：
$ h = 15\ \mathrm{cm} - 5\ \mathrm{cm} = 10\ \mathrm{cm} $
(2) 甲图中金属盒到容器底距离为5cm，深度为10cm，对应压强为$ p_甲 $。在乙图中往容器内加水，当水面到容器底的距离达到22cm时，取到容器底距离大于5cm的点，其深度可达到10cm，压强与甲图相同，说明到容器底距离更大时压强并未更小，从而验证小明结论错误。
(3) 探究液体压强与液体密度的关系时，需控制金属盒的深度不变。在甲容器中倒入浓盐水使液体密度变大，若金属盒位置不变，深度会增大，因此需将金属盒适当上移，保持深度不变，再比较压强变化得出结论。
【答案】
(1) 10
(2) 22
(3) 适当上移
【知识点】
液体内部压强规律；控制变量法；压强与深度关系
【点评】
本题考查液体内部压强的探究实验，需明确深度的定义，掌握控制变量法的应用，注意区分“深度”与“到容器底的距离”的差异，理解实验结论的验证思路。
【难度系数】
0.7
【分析】
首先回忆流体压强与流速的关系：流体中流速越大的位置压强越小，车身和墙壁间空气流速变大，压强会变小，外侧大气压会将车身压在墙上；接着分析摩擦力，爬墙车静止时竖直方向受重力和静摩擦力，二力平衡，大小相等，加大转速后车仍静止，重力不变，所以摩擦力大小不变，注意不要错误认为压力变大摩擦力就变大。
【解析】
1. 根据流体压强与流速的规律：在流体中，流速越大的位置压强越小。车身内电动排风机使车身和墙壁之间的空气流速变大，因此该区域压强变小；车身外侧的大气压大于内侧压强，在大气压的作用下，车身紧贴在墙壁上。
2. 爬墙车停在竖直墙壁上时处于平衡状态，竖直方向上受到的重力和静摩擦力是一对平衡力，二者大小相等。当加大电动排风机的转速，爬墙车依然保持静止状态，其重力大小不变，因此所受摩擦力大小不变。
【答案】
变小；大气压；不变
【知识点】
流体压强与流速的关系；二力平衡；大气压的应用
【点评】
本题结合生活中的遥控爬墙车，融合考查流体压强、大气压及二力平衡知识，要求学生将物理原理与实际场景结合，准确分析受力情况，区分静摩擦力的平衡条件，避免混淆压力与静摩擦力的影响因素。
【难度系数】
0.6
【分析】
1. 首先读取注射器有刻度部分的长度：根据刻度尺的分度值（1mm），准确测量出刻度部分的长度；
2. 计算活塞横截面积：利用注射器容积和刻度长度，通过公式$S=\frac{V}{l}$求出活塞的横截面积；
3. 初始估测大气压：当活塞刚好被拉动时，桶与水的总重力等于大气压力与摩擦力的合力，据此计算出估测的大气压值；
4. 分析误差原因：由于活塞与注射器筒间存在摩擦力，初始测量时将摩擦力计入了大气压力，导致测量结果偏大；
5. 修正大气压值：摘去橡皮帽后，拉动活塞的力等于摩擦力，用第一次的总重力减去摩擦力得到真实的大气压力，进而计算出修正后的大气压值。
【解析】
1. 读取刻度尺：由图乙可知，刻度尺的分度值为1mm，注射器有刻度部分的长度$ l = 5.00\ \mathrm{cm} $；
2. 计算活塞横截面积：
注射器容积$ V = 20\ \mathrm{mL} = 20\ \mathrm{cm}^3 $，
活塞横截面积$ S = \frac{V}{l} = \frac{20\ \mathrm{cm}^3}{5.00\ \mathrm{cm}} = 4\ \mathrm{cm}^2 = 4 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 $；
3. 初始估测大气压：
桶与水的总重力$ G_1 = m_1g = 4.4\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 44\ \mathrm{N} $，
此时总重力等于大气压力与摩擦力之和，忽略摩擦力时，估测的大气压值：
$ p_1 = \frac{G_1}{S} = \frac{44\ \mathrm{N}}{4 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2} = 1.1 × 10^5\ \mathrm{Pa} $；
4. 误差分析：由于活塞与注射筒间存在摩擦力，初始测量的总重力包含了摩擦力，导致测量的大气压值偏大；
5. 修正大气压值：
摘去橡皮帽后，活塞受到的拉力等于摩擦力，此时总重力$ G_2 = m_2g = 0.5\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 5\ \mathrm{N} $，即摩擦力$ f = G_2 = 5\ \mathrm{N} $，
真实的大气压力$ F = G_1 - f = 44\ \mathrm{N} - 5\ \mathrm{N} = 39\ \mathrm{N} $，
修正后的大气压值：
$ p = \frac{F}{S} = \frac{39\ \mathrm{N}}{4 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2} = 9.75 × 10^4\ \mathrm{Pa} $。
【答案】
5.00；$ 1.1 × 10^5 $；大；$ 9.75 × 10^4 $
【知识点】
大气压的估测；刻度尺读数；压强计算
【点评】
本题考查大气压的估测实验，需掌握实验原理，同时要考虑摩擦力对实验的影响，通过两次测量修正误差，体现了实验的严谨性。
【难度系数】
0.7
【分析】
(1) 要计算金属棒的质量，可先根据圆柱体积公式$V=Sh$算出金属棒的体积，再利用密度公式$m=ρV$计算质量；
(2) 金属棒对水平地面的压力等于其自身重力，先由$G=mg$算出重力，再根据压强公式$p=\frac{F}{S}$计算金属棒对地面的压强；
(3) 压痕深度相同说明金属棒和大象对地面的压强相等，大象四足站立，受力面积为四个足印的总面积，再根据$F=pS$（此时$F$等于大象的重力）计算大象的重力。
【解析】
(1) 金属棒的体积：
$V = Sh = 4×10^{-4} m^{2}×1.5 m = 6×10^{-4} m^{3}$
由$ρ=\frac{m}{V}$可得金属棒的质量：
$m = ρV = 8×10^{3} kg/m^{3}×6×10^{-4} m^{3} = 4.8 kg$
(2) 金属棒对水平地面的压力：
$F = G = mg = 4.8 kg×10 N/kg = 48 N$
金属棒对水平地面的压强：
$p = \frac{F}{S} = \frac{48 N}{4×10^{-4} m^{2}} = 1.2×10^{5} Pa$
(3) 因金属棒与大象对地面的压痕深度相同，故两者对地面的压强相等，即$p_{象}=p=1.2×10^{5} Pa$
大象四足站立时的受力面积：
$S_{象总}=4×4×10^{-2} m^{2}=0.16 m^{2}$
由$p=\frac{F}{S}$可得大象的重力：
$G_{象}=F_{象}=p_{象}S_{象总}=1.2×10^{5} Pa×0.16 m^{2}=1.92×10^{4} N$
【答案】
(1) 金属棒的质量为$\boldsymbol{4.8 kg}$；
(2) 金属棒对水平地面的压强为$\boldsymbol{1.2×10^{5} Pa}$；
(3) 大象的重力为$\boldsymbol{1.92×10^{4} N}$。
【知识点】
密度公式的应用；压强的计算；压力与重力的关系
【点评】
本题是密度与压强的综合应用题，解题的关键是利用“压痕深度相同”得出金属棒和大象对地面的压强相等，同时要注意正确判断受力面积，区分金属棒的横截面积与大象足印的面积。
【难度系数】
0.6
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