河北中考物理题详解 8页

‎2016年河北中考物理15题详解 索杨军 ‎2017年10月4日 中考冲刺阶段，做完《终结性练习》，发现2016年河北中考物理15题拓展一问最难，学生无人能做对，搜索网上也未见正确解法。对于当时我所带的九五班，讲解的比较匆忙，也有些粗糙，部分学生未能完全掌握，决定在空闲时撰文详述，供学生们参考学习。‎ ‎15.（6分）（2016·河北）探究水对容器底的压强。将一由A和B构成、两端开口的玻璃制品的底部扎上薄橡皮膜，做成容器。A、B的横截面积分别为SA和SB，且SA＝2SB＝40cm2（容器壁的厚度忽略不计，ρ水＝1.0×103kg／m3，g取10N／kg）。实验过程如下：‎ ① 将容器固定在放有电子秤的铁架台上，使橡皮膜刚好与电子秤完全接触，且电子秤的示数为零，如图所示。‎ ② 往容器内分三次缓慢倒入适量的水，将收集的数据填入下表中。‎ ① 继续往容器内缓慢倒入60g水后，水进入了容器中B部分，且在B内的高度为1cm．然后往容器内再分三次缓慢倒入适量的水，再将收集的数据填入下表中。‎ ② 计算水对容器底的压强。‎ 实验次数 ‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ 容器内水的质量／g ‎ ‎60‎ ‎100‎ ‎160‎ ‎240‎ ‎300‎ ‎360‎ 电子秤的读数／g ‎ ‎60‎ ‎100‎ ‎160‎ ‎280‎ ‎400‎ ‎520‎ 容器内水的深度／cm ‎ ‎1.5‎ ‎2.5‎ ‎4‎ ‎7‎ ‎10‎ ‎13‎ 水对容器底的压强／Pa ‎ ‎150‎ ‎250‎ ‎400‎ ‎700‎ ‎1000‎ ‎1300‎ 回答下列问题：‎ 1) 将表格中的空白处补充完整。‎ ‎5‎ 无关 成正比 ‎750‎ 2) 分析表中数据可知：水对容器底的压强与水的深度______。若在一底面积为40cm2的圆柱形容器中装入300g水，水对容器底的压强为_____Pa，与表格中第5组数据对比可知，水对容器底的压强与水受到的重力大小_____（选填“有关”或“无关”）。‎ 3) 容器A部分的高度为____cm。‎ ‎3‎ 4) ‎[拓展]完成实验后，小明将一小合金块浸没在容器中，B内水面上升了1cm，电子秤的读数增加了80g，则合金块的密度为___g／cm3。 ‎ 解：‎ 合金块侵没后，B内水面上升了1cm，由此可求得合金块体积 进而求得合金块所受浮力 B内水面上升了1cm，水对橡皮膜的压强增加了 水对橡皮膜的压力增加了 电子秤的读数增加了80g，则橡皮膜对电子秤的压力增加了 电子秤增加的压力0.8N由三部分组成，认识这一点是解决本题的关键，即 故 则 于是 反思：‎ 在本题中，为何电子秤增加的读数80g不等于合金块的质量60g呢？也就是说，橡皮膜对电子秤增加的压力0.8N并不等于合金块的重力0.6N，这是解答本题的难点所在，也是学生犯错的根源。‎ 如前所述，电子秤增加的压力0.8N由三部分组成，认识这一点是解决本题的关键，当然也是难点所在，即 现对此进行讲解。可以大胆想象并假设，力求分解难度，各个击破，分两步进行：‎ ① 将合金块G合金换作等体积的水G排，此时水面仍是升高了1cm，橡皮膜对电子秤增加的压力为 ② 将等体积的水G排又换回合金块G合金，此时橡皮膜对电子秤再次增加的压力为 将两者相加，即可得到 可见放入合金块增加的压力ΔF膜对秤不等于合金块的重力G合金。‎ 提高：‎ 在本题中合金块重0.6N，增加的压力却为0.8N，多了0.2N，这是其一；此外，将题目中的表格扩展还会发现，当水面进入B玻璃品后，电子秤的读数大于水的质量，即电子秤所受压力大于水的重力。这是其二。实际上这两者的道理是一样的。下面进一步详解。‎ 实验次数 ‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ 此两列是根据题意追加的 ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ 容器内水的质量／g ‎ ‎60‎ ‎100‎ ‎160‎ ‎200‎ ‎220‎ ‎240‎ ‎300‎ ‎360‎ 水的重力／N ‎0.6‎ ‎1‎ ‎1.6‎ ‎2‎ ‎2.2‎ ‎2.4‎ ‎3‎ ‎3.6‎ 电子秤的读数／g ‎ ‎60‎ ‎100‎ ‎160‎ ‎200‎ ‎240‎ ‎280‎ ‎400‎ ‎520‎ 电子秤所受压力／N ‎0.6‎ ‎1‎ ‎1.6‎ ‎2‎ ‎2.4‎ ‎2.8‎ ‎4‎ ‎5.2‎ 容器内水的深度／cm ‎ ‎1.5‎ ‎2.5‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎10‎ ‎13‎ 水对容器底的压强／Pa ‎ ‎150‎ ‎250‎ ‎400‎ ‎500‎ ‎600‎ ‎700‎ ‎1000‎ ‎1300‎ 水对容器底的压力／N ‎0.6‎ ‎1‎ ‎1.6‎ ‎2‎ ‎2.4‎ ‎2.8‎ ‎4‎ ‎5.2‎ ① 假如没有铁架台，并忽略橡皮膜和AB玻璃品的质量，只考虑水的质量，如下图 hB A B hA 把水、橡皮膜和AB玻璃品这三个物体组看作一个整体，作 为研究对象，它受重力G水和支持力N秤对膜而静止，故二力平衡，等大反向 又因电子秤对橡皮膜的支持力N秤对膜和橡皮膜对电子秤压力F膜对秤是一对相互作用力，故二力等大反向 综合以上，得 即橡皮膜对电子秤的压力等于水自身的重力。‎ 再继续刨根问底，水对橡皮膜的压力为 观察以上不等式，使人疑惑的是：为何水对橡皮膜的压力没有等大地传递给电子秤呢？‎ 这就要分析物体组内部的内力啦。看图示的绿色面，即A玻璃品的突出部的上表面，它受水的压力为F向上 即水把橡皮膜向下压的同时也把A玻璃品的突出部的上表面向上压，求其合力F合 即F合等于G水，可见水对橡皮膜的压力虽大，但被水对突出部的上表面的压力抵消掉一部分，最终结果还是电子秤所受的压力F膜对秤等于水的重力G水，即 由此也得出一个技巧，分析一个物体组的受力，对于其内部之间相互作用的力，简称内力，没必要深究，因为它们会彼此抵消，只需要对它们和外部相互作用的力，简称外力，加以分析就行。‎ ① 再考虑铁架台紧紧抓住AB玻璃品的情形 依然将水、橡皮膜和AB玻璃品这三个物体组看作一个整体，作为研究对象，唯一不同的是，水将A玻璃品的突出部的上表面向上压的同时，铁架台会抓住AB玻璃品向下压，这是一对相互作用力，等大反向，且这个力属于外力，必须考虑，其大小F台对AB 对F台对AB和G水二者求合力就是橡皮膜对电子秤的压力F膜对秤，当然大于G水了 总之，‎ 电子秤所受压力大于水的重力，以及0.6N的合金块能产生0.8N的压力，正是在物体组这个整体之外，多了一个外力，即铁架台紧紧抓住AB玻璃品向下压。 ‎