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解:(1)小轿车静止在水平地面上,对地面的压力$F=G=1.5×10^{4}N;$
(2)压强$p=\frac{F}{S}=\frac{1.5×10^{4}N}{0.12m^{2}}=1.25×10^{5}Pa;$
(3)阻力$f=0.05G=0.05×1.5×10^{4}N=750N,$匀速行驶时牵引力$F_{牵}=f=750N;$与静止时相比,此时小轿车对地面的压力变小。
0刻度线

镊子
124
20
2.5
不变
【分析】
1. 第(1)问:小轿车静止在水平地面,竖直方向重力与地面支持力平衡,而小轿车对地面的压力和地面对它的支持力是相互作用力,大小相等,因此压力等于自身重力。
2. 第(2)问:已知压力和接触总面积,直接利用压强公式$p=\frac{F}{S}$代入数值计算即可得到压强。
3. 第(3)问:小轿车匀速行驶时,水平方向牵引力与阻力二力平衡,牵引力大小等于阻力;先根据阻力与车重的关系算出阻力,就能得到牵引力。行驶时,小轿车上方空气流速大于下方,根据流体压强与流速的关系,会产生向上的升力,因此对地面的压力会小于静止时的压力。
【解析】
解:(1)小轿车静止在水平地面上,对地面的压力等于自身重力,即
$F=G=1.5×10^{4}\,\mathrm{N}$;
(2)根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,代入数据得
$p=\frac{1.5×10^{4}\,\mathrm{N}}{0.12\,\mathrm{m}^{2}}=1.25×10^{5}\,\mathrm{Pa}$;
(3)小轿车受到的阻力:
$f=0.05G=0.05×1.5×10^{4}\,\mathrm{N}=750\,\mathrm{N}$,
因为小轿车匀速行驶,水平方向牵引力与阻力平衡,所以牵引力$F_{牵}=f=750\,\mathrm{N}$;
与静止时相比,小轿车行驶时,车身上方空气流速快、压强小,下方空气流速慢、压强大,会产生向上的升力,因此此时小轿车对地面的压力变小。
【答案】
(1)$1.5×10^{4}\,\mathrm{N}$;
(2)$1.25×10^{5}\,\mathrm{Pa}$;
(3)牵引力为$750\,\mathrm{N}$;与静止时相比,此时小轿车对地面的压力变小。
【知识点】
压力与重力关系、压强的计算、二力平衡及流体压强应用
【点评】
本题是力学综合基础题,结合小轿车静止和行驶的实际场景,考查了压力、压强计算,二力平衡条件应用及流体压强与流速的关系,注重基础知识与公式的应用,贴近生活,难度适中。
【难度系数】
0.8
【分析】
本题是利用天平间接测量矿石密度的实验题,解题思路如下:
1. 对于天平的调节,先回忆天平的使用规范:游码需先移到标尺左端零刻度线处,再根据指针偏转方向调节平衡螺母,指针左偏说明左侧偏重,平衡螺母向相反方向(右)调节。
2. 添加砝码的工具需用镊子,避免砝码锈蚀;总质量为砝码总质量与游码对应刻度值之和。
3. 利用力的作用相互性和阿基米德原理,通过天平示数的变化间接求矿石体积:矿石浸没时,对水的压力等于浮力,对应天平增加的质量为排开水的质量,进而得到矿石体积;矿石沉底时,总质量与烧杯水总质量的差值为矿石质量,再用密度公式计算密度。
4. 分析游码未归零的误差:由于实验中测量的是质量差值,游码未归零的初始误差会在差值中抵消,因此密度结果不受影响。
【解析】
(1) 使用天平前,需将游码移到标尺的0刻度线处;指针左偏,说明天平左侧较重,应将平衡螺母向右调节,直至天平平衡。
(2) 为防止砝码生锈,添加砝码时必须用镊子;由图(b)可知,砝码总质量为$100\,\mathrm{g}+20\,\mathrm{g}=120\,\mathrm{g}$,游码对应刻度为$4\,\mathrm{g}$,因此烧杯和水的总质量$m_1=120\,\mathrm{g}+4\,\mathrm{g}=124\,\mathrm{g}$。
(3) 图(c)中,天平总质量为$144\,\mathrm{g}$,天平增加的质量$\Delta m_1=144\,\mathrm{g}-124\,\mathrm{g}=20\,\mathrm{g}$,根据力的作用相互性和阿基米德原理,该质量等于矿石排开水的质量$m_{\mathrm{排}}$,矿石浸没时$V=V_{\mathrm{排}}$,因此矿石体积$V=\frac{m_{\mathrm{排}}}{\rho_{\mathrm{水}}}=\frac{20\,\mathrm{g}}{1.0\,\mathrm{g/cm}^3}=20\,\mathrm{cm}^3$;
图(d)中,天平总质量为$174\,\mathrm{g}$,矿石的质量$m=174\,\mathrm{g}-124\,\mathrm{g}=50\,\mathrm{g}$,矿石的密度$\rho=\frac{m}{V}=\frac{50\,\mathrm{g}}{20\,\mathrm{cm}^3}=2.5\,\mathrm{g/cm}^3$。
(4) 调节平衡螺母前游码未归零,相当于天平初始存在“额外质量”,但实验中测量的是质量差值(如矿石质量、排开水的质量均为两次总质量的差),该“额外质量”会在差值中抵消,因此测算出的矿石密度不变。
【答案】
(1) 0刻度线;右
(2) 镊子;124
(3) 20;2.5
(4) 不变
【知识点】
天平的使用;密度的测量;阿基米德原理
【点评】
本题突破了传统用量筒测体积的限制,巧妙结合天平、力的相互性和阿基米德原理完成实验,既考查了天平的规范操作,又要求学生灵活运用力学和密度的相关知识,对实验拓展思维有一定要求。
【难度系数】
0.6
【分析】
1. 第一问:首先明确液体压强计的工作原理是转换法,将不易直接测量的液体压强转换为U形管两侧液面的高度差来体现。若按压橡皮膜后液面无明显变化,说明装置气密性不佳,存在漏气情况,此时需先检查装置是否漏气。
2. 第二问:分析甲、乙实验时,需控制液体种类相同,对比探头深度和U形管液面高度差的变化,从而得出深度对液体压强的影响;分析乙、丙实验时,控制液体种类、探头深度相同,仅改变探头方向,观察U形管液面高度差是否变化,判断实验结论是否可靠。
3. 第三问:根据橡皮膜的形变方向判断两侧压强大小,再结合液体深度,利用液体压强公式$ p=\rho gh $推导液体密度的大小关系。橡皮膜向b侧凸,说明a侧压强小于b侧,结合a侧深度大于b侧的条件,可推出密度关系。
【解析】
(1)液体压强计通过U形管两侧液面的高度差反映被测液体压强的大小,高度差越大,说明液体压强越大。使用前按压橡皮膜,若两侧液面无明显变化,说明装置漏气,应检查装置是否漏气,故选C。
(2)甲、乙两次实验中,液体为同种液体(水),乙中探头的深度更深,U形管两侧液面的高度差更大,因此得出结论:同种液体,深度越深,液体压强越大。
乙、丙两次实验中,液体种类相同、探头深度相同,仅改变探头的方向,U形管两侧液面的高度差不变,说明液体压强不变,因此小明得出的“在相同液体内部同一深度,各个方向的压强大小相等”的结论是可靠的,理由是改变探头方向,U形管两侧液面高度差不变(即液体压强不变)。
(3)图(d)中橡皮膜向b侧凸,说明a侧液体的压强小于b侧($ p_a < p_b $);由图可知a侧液体的深度大于b侧($ h_a > h_b $)。根据液体压强公式$ p=\rho gh $,变形可得$ \rho=\frac{p}{gh} $,在$ p_a < p_b $、$ h_a > h_b $的条件下,可推出$ \rho_a < \rho_b $。
【答案】
(1)高度差;C
(2)同种液体,深度越深,液体压强越大;可靠;改变探头方向,U形管两侧液面高度差不变(或液体压强不变)
(3)<
【知识点】
1. 液体压强的特点
2. 控制变量法与转换法的应用
3. 液体压强公式$ p=\rho gh $
【点评】
本题以液体压强探究实验为载体,综合考查了压强计的使用、实验方法的应用以及液体压强公式的推导,重点考查学生对实验探究过程的理解和分析能力,需要学生熟练掌握控制变量法、转换法的实验思想,并能灵活运用公式解决问题。
【难度系数】
0.65