中考“压强与浮力”专题探究性试题考点题型特征与典型例析

中考“压强与浮力”专题探究性试题考点题型特征与典型例析江苏南京市白下区教师进修学校（教研室）丁玉祥义务教育《物理课程标准》将科学探究活动作为内容标准的重要内容，并强调对物理过程与方法的考查。探究性试题是指以生活或社会中的常见问题作为探究的对象，围绕问题展开探索活动，进而将问题解决。探究性试题一般选择富有探索性的问题或实验为探索对象，然后按照探索问题的一般步骤逐步展开。探究性试题是科学探究活动考查的重要载体，各地中考物理试题的编制对探究性试题的要求逐年提高。探究性试题的特点主要表现为探索性、启发性、开放性、综合性和操作性，引导学生积极利用所学知识解决问题。探究性试题着眼学生探究能力的考查，主要包括：提出问题的能力，猜想与假设能力，选择研究方法的能力，分析和推理问题的能力，数据处理能力以及应用知识解决问题的实际应用能力等。在“压强和浮力”章节，所包含的物理知识通常是初中物理力学的综合，它涉及物质的密度和质量、力、重力、平衡力、压力和压强等较多的力学知识点，也是历年来中考力学考查的重要内容，它不仅能考查学生灵活运用知识的能力，而且能拓展学生实验设计和操作能力。此部分中考探究性试题的命题内容取材范围较广，有的是生活中的日常问题，有的是教材中的小实验，有的是学生学习过程中遇到的身边物理现象。同时，“压强和浮力”章节涉及到探究性试题还十分重视物理问题研究方法的考查，主要包括控制变量法，比较法，归纳法，猜想与假设法，数据分析法，图像法，等效法，特殊测量法，等等。一般来说，中考此部分探究性试题的解题时强调准确剖析试题呈现的问题情境，合理选择物理研究问题的方法，突出物理知识的灵活应用。以下就本章探究性试题的题型进行初步分类，并借助典型例题来分析解决此类试题的一般思路与方法。一、实验设计类题型特征：此类试题一般事先提供适当的实验器材，或要求依据某种实验原理自行选择器材，进行探究活动方案的设计，实现某种物理量的探究。这类题型的关键是要落实探究方案的优化设计，探究方案的设计通常要考虑到以下几点，即方案中的探究器材选择合理，实验步骤简单，实验现象明显，实验操作可行等因素。考点：大气压强例题1：（2006江苏泰州）小华同学用有挂钩的塑料吸盘来“估测大气压的值”，他设计的实验方案是：将蘸水的吸盘按在平滑的玻璃板上，挤出里面的空气，按住玻璃板，用弹簧测力计钩着吸盘上的挂钩，缓慢往上拉，记录吸盘刚刚脱离玻璃板时弹簧测力计的读数，再测量出吸盘与玻璃板的接触面积，即可算出大气压的值，如图1所示。实验室提供的器材是：量程为10N的弹簧测力计1只，底面积为3cm2的吸盘，平滑的玻璃板。实验时，他发现当弹簧测力计拉至读数最大时，吸盘仍未脱离玻璃板，实验室又没有量程更大的弹簧测力计，他认为可运用其它器材结合所学物理知识来解决这一问题。图1（1）请设计两种不同的实验方案，要求：先确定所需的其它器材（除量程为10N的弹簧测力计1只、底面积为3cm2的吸盘和平滑的玻璃板外），再简要说明你是如何运用物理知识解决这一问题的？（不增加弹簧测力计的个数）[方案一]器材：；说明：。[方案二]器材：；说明：。（2）该实验只能粗略测出大气压的值，结果并不精确，请指出你所设计的方案一中产生误差的主要原因有哪些？（写出2点即可）①；②。分析：大气压强除了托里拆利测量方法以外，还可以通过选择合理的器材，设计其他方案。测量大气压强的方法还是要利用到压强的一般定义入手，即压强=压力/受力面积。通过估算，3cm2上皮碗受到的大气压力远远大于10N,本题中的弹簧测力计量程较小，不能直接进行大气压强测量，需要通过转化的方法，利用小量程的弹簧测力计来实现较大压力的测量一般可以借助杠杆、钩码配重、滑轮组来实现。当然其它方案只要正确同样可以，每套方案中器材选择要正确，简要说明的内容要抓住知识要点，正确反映出设计的物理原理，也可以通过画图来“说明”。答案：（1）[参考方案一]：器材一：轻质杠杆，细绳，铁架台；说明：利用省力杠杆，在一端用较小的弹簧测力计的拉力，在另一边获得较大的拉吸盘的力。[参考方案二]器材二：定滑轮，钩码，细绳，铁架台；说明：用钩码作为配重，利用钩码的重力来增加对吸盘的拉力。[参考方案三]器材三：定滑轮，动滑轮，细绳，铁架台；说明：将定滑轮和动滑轮组成省力的滑轮组，再用弹簧测力计向上拉动即可。（2）方案一中：吸盘中排气不清（或有少量空气）、气密性不好、吸盘脱离玻璃板时弹簧测力计的读数不准确、弹簧测力计自身有重力、杠杆有自重且杠杆重心不在悬点正下方等等；方案二中：吸盘中排气不清（或有少量空气）、气密性不好、吸盘脱离玻璃板时弹簧测力计的读数不准确、弹簧测力计自身有重力、滑轮与轴间有摩擦等等；方案三中：吸盘中排气不清（或有少量空气）、气密性不好、吸盘脱离玻璃板时弹簧测力计的读数不准确、滑轮与轴间有摩擦、动滑轮有重力等等。考点：阿基米德原理例题2：有些爱思考的同学进一步提出，除上述两个因素外，浮力的大小是否还与别的什么因素有关？其中，一个比较具体的问题是：物体所受浮力大小是否与物体的形状有关？针对这个问题，若提供下列器材由你选择，你将选择哪些器材、怎样进行探究？供选择的器材有：弹簧测力计，三个形状不同的小石块，橡皮泥，烧杯、细线和水。（1）你选择的器材是：________________。（2）你的探究方案（即实验步骤）是：________________。（3）你如何根据探究过程中观察到的现象或获得的数据得出结论：_____________。分析：本题根据提供实验器材，进行探究活动设计，探究活动方案的设计原则一般是要求器材最少，操作简单，现象明显。本题要求探究浮力大小是否与物理形状有关，探究方案的设计核心是如何进行形状的改变。在改变形状的过程中要保证物体的质量要保持不变，三个形状不同的小石块其质量各不相等，这样导致实验中的研究对象的条件发生的变化，因此选择橡皮泥改变物体形状比较方便。实验主要利用弹簧测力计，采取差值法测浮力大小的方法，探究橡皮泥形状发生变化后，橡皮泥所受的浮力的大小是否改变，进而测出实验的结论。为了减小实验误差，提高实验的结论的准确性，一般橡皮泥形状改变至少三次以上。答案：（1）弹簧测力计、橡皮泥、烧杯、细线和水（多选或少选均不正确）（2）实验步骤：或a．①用细线将橡皮泥吊在弹簧测力计上，测出橡皮泥重G；②将橡皮泥浸没水中，记下测力计的示数F1；③改变橡皮泥形状，将橡皮泥浸没水中，记下测力计的示数F2；④再改变橡皮泥形状，将橡皮泥浸没水中，记下测力计的示数F3。或b．①用细线将橡皮泥吊在弹簧测力计上，将橡皮泥浸没水中，记下测力计的示数F1；②改变橡皮泥形状，把橡皮泥浸没水中，记下测力计的示数F2；③再改变橡皮泥形状，把橡皮泥浸没水中，记下测力计的示数F3。（3）（答案要与实验步骤对应）或a．求出橡皮泥各次在水中所受的浮力。若各次所受浮力相等，说明浮力大小与形状无关；若各次所受浮力不等，说明浮力大小与形状有关。或b．比较橡皮泥各次浸没水中时测力计示数。若测力计的示数相等，说明浮力大小与形状无关；若测力计的示数不等，则说明浮力大小与形状有关。同题拓展：（2008广西南宁）小刚在学习了阿基米德原理（F浮=G排）后，推导得出F浮==ρ液V排g，从而知道物体受到的浮力大小与液体的和物体有关。小刚进一步猜想，物体所受浮力大小与物体的形状有关？针对这个问题，他选用以下实验器材进行探究：弹簧测力计、体积相同的圆柱体和长方体铝块各—块、烧杯、细线和水。实验步骤如下：①用细线将圆柱体、长方体铝块先后挂在弹簧测力计上，测出它们的重力分别为G1、G2；②将圆柱体铝块挂在弹簧测力计上并浸没入水中，记下弹簧测力计的示数F1；③将长方体铝块挂在弹簧测力计上并浸没入水中，记下弹簧测力计的示数F2；则：（1）比较两铝块的重力G1、G2的大小关系为；（2）利用以上实验数据比较：若，说明浮力大小与物体形状无关；若，说明浮力大小与物体形状有关。答案：密度（1分），排开液体的体积（或浸入液体的体积）（1）G1=G2（2）G1一F1=G2一F2（或Fl=F2），G1一Fl≠G2一F2（或F1≠F2）。二、数据分析类题型特征：此类试题通常提供一些探究活动中的数据记录，以表格的形式呈现。同时根据探究过程的要素考查要点，设计一些探究问题，有些是以填空的形式，有些以问题的形式，还有些是要求根据提供的探究数据分析归纳出科学规律或初步的结论。会分析处理图表中的数据是实验能力的重要方面，实验数据并不等于探究的结论，实验数据是对实验事实的客观记录，探究的结论是在数据的基础上通过分析论证所得出的具有普遍意义的规律。数据分析类试题一般要筛选题目提供或收集的信息，进行简单的因果推理，寻找数据之间的相互关系的特征。这种特征通常表现为“相等、之和、之差、乘积、比值”等数学关系。同时还要关注物理条件改变与物理现象变化之间的联系。考点：探究液体内部压强的特点例题3：某同学用如图2所示的压强计研究液体内部压强的特点，实验时，他将压强计的橡皮膜置于水中不同深度，并调节橡皮膜在水中的方向，得到如下数据。图2实验橡皮膜深度压强计U型管朝向左液面右液面液面高度差1朝上3cm9cm12cm3cm2朝左3cm9cm12cm3cm3朝下3cm9cm12cm3cm4朝上6cm13．5cm6cm5朝上9cm6cm9cm⑴分析表格数据，将漏掉的数据补上。⑵由实验1、2、3，可得出结论：_________________________________________。⑶由实验_______________，可得出结论：液体内部的压强随深度的增加而增大。⑷该同学想完成研究液体内部压强与液体密度关系的实验，请你帮助他设计一个可行的方案。分析：本题表格数据是学生实验的再现，重在考查学生对实验过程的理解。压强计的橡皮膜受到压强时，其U型管左右液面出现高度差，反过来当压强计U型管左右液面出现高度差则说明橡皮膜受到了压强，高度差越大则压强越大。设计研究液体内部压强与液体密度关系的实验方案要采用控制变量法，即橡皮膜在液体中的深度不变。答案：（1）7．515。（2）液体内部向各个方向都有压强，同一深度处液体向各个方向的压强都相等。（3）①如图4取一杯水，将压强计的橡皮膜置于水中一定深度处，记下U型管左右液面高度，算出液面高度差h1；②将杯中的水换成盐水，将压强计的橡皮膜置于盐水中相同深度处，记下U型管左右液面高度，算出液面高度差h2；③比较h1与h2的大小得出结论。考点：影响压力作用的效果例题4：为了探究压力的作用效果与哪些因素有关，某同学用若干个同种材料制成的不同物体放在同一水平细沙面上，进行了三组实验，并记录有关数据分别如表一、表二、表三所示。实验时，他仔细观察沙面的凹陷程度，并通过比较，发现每一组沙面的凹陷程度相同，而各组却不同，第一组凹陷程度最大，第二组其次，第三组最小。表一表二表三实验序号压力（N）受力面积（cm2）实验序号压力（N）受力面积（cm2）实验序号压力（N）受力面积（cm2）16．01043．01073．02029．01554．51584．5303122066．02096．040⑴分析比较实验序号1与4（或2与5、3与6）及观察到的现象，可得出的初步结论是________。⑵分析比较_______及观察到的现象，可得出的初步结论是：当压力相同时，受力面积越小，压力的作用效果越显著。⑶请进一步综合分析比较表一、表二、表三中的数据及观察到的现象，并归纳得出结论。①分析比较得_______；②分析比较得_______。分析：本题除考查同学们对压力作用效果的掌握程度外，着重考查了同学们对数据表格的分析和处理能力。另外还考查同学们对控制变量法的理解和运用。解答这类题目时，需先分析要研究的是什么量，影响该量的因素可能有哪些，若有两个或两个以上的影响因素，就要考虑用控制变量法来研究。即在分析压力的大小影响作用效果时，必须控制受力面积不变；在分析受力面积的大小影响作用效果时，必须控制压力的大小不变。答案：⑴受力面积相同，压力越大，产生的效果越显著；⑵1、6、9；⑶①受力面积