聚焦壓強實驗　掌握探究方法

□　徐偉平　尚秀玉

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聚焦壓強實驗掌握探究方法

□徐偉平尚秀玉

與壓強有關(guān)的實驗包括：①探究影響壓力作用效果的因素，②探究影響液體壓強的因素，③驗證及測定大氣壓強，這些實驗探究是學(xué)習(xí)壓強知識、掌握壓強規(guī)律的有效手段.實驗器材的選擇、研究或測量方法、實驗過程中要注意的事項、誤差分析等內(nèi)容是大家在這一章的學(xué)習(xí)中都必須掌握的要點.

一、探究影響壓力作用效果的因素

實驗分析：

1.探究影響壓力作用效果的因素，要采用控制變量法；

2.實驗中要采取轉(zhuǎn)換法，通過比較海綿（或細(xì)沙）的形變程度來比較壓力的作用效果；

3.由于不同材料的抗壓性能不同，實驗探究時還必須保證受壓面的材料要相同.

例1小芳利用海綿、小桌、砝碼、木板探究“壓力作用效果與哪些因素有關(guān)”的實驗：

（1）實驗中壓力的作用效果是通過___________體現(xiàn)的.

聚焦壓強實驗掌握探究方法

（2）在探究“壓力作用效果與受力面積大小的關(guān)系”時做了如圖1-甲、乙所示的實驗，得出:當(dāng)受力面積相同時，壓力的作用效果跟_____有關(guān)；如果還要探究“壓力作用效果與受力面積的關(guān)系”，則還應(yīng)做圖________所示的實驗；這種研究方法在物理學(xué)中叫做.

圖1

（3）比較圖1-丙、丁兩次實驗中，木板所受壓強和海綿所受壓強的大小關(guān)系為p甲_________________p乙（選填“＞”“＜”或“=”）.

（4）如果在實驗中沒有海綿.可選擇日常生活中的_____來代替.

解析：（1）實驗中壓力的作用效果是運用轉(zhuǎn)換法，通過比較海綿的凹陷程度來體現(xiàn)的；（2）甲、乙兩圖中小桌對海綿的受力面積相等，小桌上放砝碼時，海綿凹陷得越深，說明當(dāng)受力面積相同時，壓力越大，壓力的作用效果越明顯；要探究“壓力作用效果與受力面積的關(guān)系”則應(yīng)控制物體的壓力相等，所以應(yīng)比較甲、丁兩圖，即還應(yīng)做丁圖所示實驗，本實驗中所用的研究方法為控制變量法；（3）木板和海綿受到的壓力、受力面積都相等，因此二者所受的壓強相等，它們的凹陷程度不同是由于其自身的抗壓性能不同；（4）為了更好地比較壓力的作用效果，實驗中選擇了受壓后容易發(fā)生形變的海綿，如果沒有海綿，則可選擇日常生活中的細(xì)沙或泡沫塑料來代替.

答案：（1）海綿的凹陷程度（2）壓力大??；??；控制變量法（3）＝（4）細(xì)沙或泡沫塑料等

二、探究影響液體內(nèi)部壓強大小的因素

圖2

實驗分析：

首先，液體內(nèi)部是否存在壓強，并不能直接觀測出來.因此實驗要用到如圖2所示的微小壓強計.如果液體內(nèi)部存在壓強，則會對探頭上的橡皮膜產(chǎn)生擠壓，與探頭連接的U形管兩側(cè)液面將出現(xiàn)高度差，且高度差越大，說明受到液體的壓強越大.

例2小李同學(xué)利用如圖3裝置探究“液體內(nèi)部壓強的特點”.

（1）小李檢查壓強計的氣密性時，用手指不論輕壓還是重壓橡皮膜，發(fā)現(xiàn)U形管兩邊液柱的高度差變化_________（選填“大”或“小”），表明其氣密性差.小李調(diào)節(jié)好壓強計后，U形管兩邊液面相平.

圖3

（2）小李把金屬盒分別浸入到甲、乙圖中的兩種液體(水和酒精)中，發(fā)現(xiàn)圖3-甲中U形管兩邊液柱的高度差較小，他判斷甲圖中的液體是酒精，其結(jié)論不可靠，原因是沒有控制金屬盒在液體中的_______；他改變圖3-乙中金屬盒的深度，其探究情況如圖3-丙所示.

（3）小李應(yīng)該比較圖________，得出金屬盒離液面的距離越深，U形管兩邊液柱的高度差就越越大，表示液體的壓強就越_________.

（4）小李發(fā)現(xiàn)在同種液體中，金屬盒所處深度相同時，只改變金屬盒的方向，U形管兩邊液柱的高度差不變，表明_______________.

解析：（1）若壓強計的氣密性差，用手指不論輕壓還是重壓橡皮膜時，就會有漏氣現(xiàn)象，因此U形管兩邊液柱的高度差變化小.

（2）題中小李的操作并沒有控制金屬盒浸入兩種液體中的深度相同，因此他得出的結(jié)論不可靠.

（3）小李應(yīng)該比較圖乙、丙，金屬盒離液面的距離越深，壓強越大，U形管兩邊液柱的高度差就越大.

（4）在同種液體的同一深度處，改變金屬盒的方向，U形管兩邊液柱的高度差不變，說明同種液體的同一深度處（或在相同條件下），液體內(nèi)部向各個方向的壓強相等.

答案：（1）小（2）深度相同（3）乙、丙；大（4）在同種液體的同一深度處（或在相同條件下），液體內(nèi)部向各個方向的壓強相等

三、驗證大氣壓強的存在與測定大氣壓強值

實驗分析：

1.大氣是否存在壓強，人無法直接感受到，因此驗證大氣壓強的實驗是通過大氣壓強的作用來認(rèn)識的.除課本上介紹的馬德堡半球?qū)嶒炌?，利用生活中的器材也可驗證大氣壓強的存在，比如有覆杯實驗、瓶口吞熟雞蛋實驗等.

圖4

例3用如圖5所示裝置粗略測量大氣壓的值.把吸盤用力壓在玻璃上排出吸盤內(nèi)的空氣，吸盤壓在玻璃上的面積為4×10-4m2.輕輕向掛在吸盤下的小桶內(nèi)加沙子.吸盤剛好脫落時，測出吸盤、小桶和沙子的總質(zhì)量為3.2kg.則大氣對吸盤的壓力為______N（g取10N/kg），大氣壓的測量值為_______Pa.若吸盤內(nèi)的空氣不能完全排出，則大氣壓的測量值比實際值偏_______.

圖5

答案：32；8×104；小