《壓強(qiáng)和浮力》探究題剖析
來源:網(wǎng)絡(luò)資源 2009-08-29 10:25:00
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、影響壓力作用的效果
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
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壓力(N)
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受力面積(cm2)
|
|
實(shí)驗(yàn)
序號
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壓力(N)
|
受力面積(cm2)
|
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實(shí)驗(yàn)序號
|
壓力(N)
|
受力面積(cm2)
|
1
|
6.0
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10
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4
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3.0
|
10
|
7
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3.0
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20
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||
2
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9.0
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15
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5
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4.5
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15
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8
|
4.5
|
30
|
||
3
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12
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20
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6
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6.0
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20
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9
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6.0
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40
|
⑴分析比較實(shí)驗(yàn)序號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________。
、品治霰容^_______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。
、钦堖M(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。
、俜治霰容^得_______;②分析比較得_______。
分析:本題除考查同學(xué)們對壓力作用效果的掌握程度外,著重考查了同學(xué)們對數(shù)據(jù)表格的分析和處理能力。另外還考查同學(xué)們對控制變量法的理解和運(yùn)用,即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:⑴受力面積相同,壓力越大,產(chǎn)生的效果越顯著;⑵1、6、9;⑶①受力面積相同,壓力越大,壓力產(chǎn)生的效果越顯著;②壓力相同,受力面積越小,壓力產(chǎn)生的效果越顯著。
學(xué)法指導(dǎo):控制變量法是研究物理問題的重要方法之一,在研究某物理量可能與兩個和兩個以上的因素有關(guān)時(shí)都要考慮變量控制。如:實(shí)驗(yàn)研究影響液體蒸發(fā)快慢的因素;通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓及導(dǎo)體的電阻關(guān)系;液體壓強(qiáng)與液體密度及液體深度關(guān)系等都用到了控制變量法。同學(xué)們在解答這類題目時(shí),需先分析要研究的是什么量,影響該量的因素可能有哪些,若有兩個或兩個以上的影響因素,就要考慮用控制變量法來研究。
二、測量大氣壓
例2 在測量大氣壓的實(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)原理是什么?
(2)某同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計(jì)的量程太小,不能測出吸盤脫離板面時(shí)的拉力。請你選擇其他器材與這只彈簧測力計(jì)組合,測出吸盤脫離板面時(shí)的拉力,要求寫出用到的器材和方法。
分析: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,如圖1所示,吸盤受到兩個力的作用:一是大氣作用在吸盤上的大氣壓力F大,其大小始終不變;另一個是彈簧測力計(jì)對吸盤向上的拉力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)彈簧測力計(jì)的示數(shù),便間接得出F大(F大 =F拉),用尺測出吸盤的直徑D,算出其面積S=πD2/4,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/πD2。
若吸盤面積較大,吸盤受到的大氣壓力F大將較大,超過了常用彈簧測力計(jì)的量程,這就需要輔助于省力機(jī)械來測量,本題第(2)問就是針對可能出現(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和動力臂L1以便測量,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,讀出拉開玻璃板時(shí)彈簧測力計(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)動滑輪,緩慢向上拉動彈簧測力計(jì),讀出剛拉開玻璃板時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1,算出大氣壓力F大=2F1。
學(xué)法指導(dǎo):挖掘教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行考查是近年各地中考的重點(diǎn)。對教材中的每個探究實(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
|
3cm
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9cm
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12cm
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3cm
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2
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朝左
|
3cm
|
9cm
|
12cm
|
3cm
|
3
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朝下
|
3cm
|
9cm
|
12cm
|
3cm
|
4
|
朝上
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6cm
|
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13.5cm
|
6cm
|
5
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朝上
|
9cm
|
6cm
|
|
9cm
|
⑴分析表格數(shù)據(jù),將漏掉的數(shù)據(jù)補(bǔ)上。
、朴蓪(shí)驗(yàn)1、2、3,可得出結(jié)論:_________________________________________。
、怯蓪(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。
⑷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),請你幫助他設(shè)計(jì)一個可行的方案。
分析:本題表格數(shù)據(jù)是學(xué)生實(shí)驗(yàn)的再現(xiàn),重在考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程的理解。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)部向各個方向都有壓強(qiáng),同一深度處液體向各個方向的壓強(qiáng)都相等。(3)①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,記下U型管左右液面高度,算出液面高度差h1;②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,記下U型管左右液面高度,算出液面高度差h2;③比較h1與h2 的大小得出結(jié)論。
學(xué)法指導(dǎo):物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)大多以表格形式呈現(xiàn),分析處理表格數(shù)據(jù)是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾矫。在我們所學(xué)的物理知識中,主要有三類表格數(shù)據(jù):一是成正比或反比型的數(shù)據(jù),如:實(shí)驗(yàn)研究歐姆定律、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;二是比較型的數(shù)據(jù),如實(shí)驗(yàn)測燈泡的電阻、串聯(lián)電路的電流關(guān)系、并聯(lián)電路的電壓關(guān)系、摩擦力大小與壓力的關(guān)系等;三是求和(或求積)型數(shù)據(jù),如:實(shí)驗(yàn)測串聯(lián)電路的電壓關(guān)系、并聯(lián)電路的電流關(guān)系、杠桿的平衡條件等。
四、驗(yàn)證阿基米德原理
例4 在《浮力的利用》教學(xué)課堂上,王老師做了一個演示實(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?李亮同學(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?簡要談?wù)勀愕目捶ā?/font>
。2)若給你一些器材:彈簧測力計(jì)、三個形狀不同的小石塊、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。
分析:本題重在考查學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與歸納分析得出結(jié)論的能力。由阿基米德原理F浮=ρ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=ρ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:彈簧測力計(jì)、橡皮泥、燒杯、細(xì)線和水。探究方案:①用細(xì)線將橡皮泥吊在彈簧測力計(jì)上,測出橡皮泥的重G;②將橡皮泥浸沒水中,記下測力計(jì)的示數(shù)F1,算出浮力F浮1=G-F1;③改變橡皮泥的形狀,將橡皮泥浸沒水中,記下測力計(jì)的示數(shù)F2,算出浮力F浮2=G-F2;④再改變橡皮泥的形狀,將橡皮泥浸沒水中,記下測力計(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關(guān);若大小不等,說明浮力大小與形狀有關(guān)。
學(xué)法指導(dǎo):實(shí)驗(yàn)探究是課改來中考的重點(diǎn),本題從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析論證、評估三個方面對學(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)們要注意實(shí)驗(yàn)方案的可操作性、準(zhǔn)確性和嚴(yán)密性,方案所涉及的實(shí)驗(yàn)器材、物理量及表達(dá)式都要明確表示出來;分析論證是對可能發(fā)生的現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納,因果推導(dǎo)得出結(jié)論的過程,大多可以“如果……,那么……”句式呈現(xiàn);評估所涉及的范圍很多,如評估實(shí)驗(yàn)方案的好壞,評估結(jié)論對錯,評估實(shí)驗(yàn)器材的選擇是否恰當(dāng)?shù)取T谠u估時(shí)不僅要鮮明表達(dá)自己的觀點(diǎn),還要運(yùn)用物理原理或規(guī)律加以分析說明。
在學(xué)習(xí)《壓強(qiáng)和浮力》內(nèi)容時(shí),不僅要注意教材中幾個實(shí)驗(yàn)的分析與把握,弄清實(shí)驗(yàn)原理,掌握實(shí)驗(yàn)方法與步驟,理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論。更要注意加強(qiáng)知識與生產(chǎn)生活、科技社會的聯(lián)系,這也是近年中考的重心所在。
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