資源簡介

第4節跨學科實踐：制作簡易活塞式抽水機
一、生活應用填空題（本大題共5小題）
1．護士給病人輸液時，藥水瓶上插著兩根管，一根給病人輸液，另一根通過瓶蓋扎進瓶內藥水中，如圖所示。這根“閑置”管是為了 （填“利用”或“不利用”）大氣壓強。由于針頭較細，為確保藥液的流速，需要將藥水袋提升到相對針管一般不低于1.3m的高度，由此推算針管處受到的液體壓強為 Pa。（， ）
2．物理知識在生活中有若廣泛應用，圖所示的各實例中，應用連通器原理的是 ；利用大氣壓強的是： ；利用阿基米德原理的是 。（均選填字母）
3．如圖所示的是醫院為病人輸液時用的吊瓶，瓶中插入兩條管子， A管是輸液管、B管是空氣管．在輸液的過程中，如果發現病人的血液沿輸液管回流，可將吊瓶適當地升高，血液就會隨著藥液重新流入患者的血管而不再回流．這是因為當吊瓶升高后，增大了流入患者血管藥液的 ，阻止了血液的流出．B管的作用是 ．
4．注射疫苗用的注射器吸取藥液時，是利用 把藥液吸取上來的。為了防止醫生和病人之間病毒的交叉感染。在重癥病房，醫生穿上如圖所示正壓防護頭服，防護服內氣壓 （選填“高于”或“低于”）病房內氣壓，從而有效防止空氣中病毒侵害醫護人員的健康。
5．閱讀：2020年1月份以來，我國乃至全世界范圍內爆發了新型冠狀病毒肺炎（新冠肺炎）疫情，這種病毒極其微小，直徑約90nm，傳染力高，潛伏期長，對呼吸系統、神經系統、免疫系統等多項功能組織都有損害，病死率也高。我們國家從中央到地方各級領導干部，乃至全國國民都積極投入到抗疫戰中，尤其是醫療系統的白衣戰士們，他們不辭辛勞、不顧危險、不分晝夜的奮斗在抗疫第一線，為挽救國家和人民的生命財產做出了不可磨滅的貢獻，為他們點贊！下圖就是一個抗擊新冠肺炎的場景，打點滴靜脈輸液是不可缺少的治療環節。請結合圖形解答：
（1）單位換算：90nm= m；
（2）輸液瓶下端插有兩根管子，其中一根進氣管的作用是 ；
（3）輸液瓶位置一般比人體位高一些，是因為 ；
（4）醫務人員用輸液針刺穿病人的皮膚血管輸液時，假設用力6N，針尖的面積為0.05mm2，則輸液針對皮膚產生的壓強為 ；
（5）相關信息顯示：人體靜脈壓在5-12cm水柱范圍內，輸液瓶位置比人體刺破位一般高60-80cm。假設某新冠肺炎病人靜脈壓為9cm水柱，輸液瓶液面位置比刺破位高74cm，則該病人輸液處液體產生的壓強差為 （ρ藥液=ρ水=1.0×103kg/m3）。
二、生活中的物理單選題（本大題共8小題）
6．下列實例中利用大氣壓工作的是
A．火箭噴射高溫燃氣而升空 B．飛機獲得向上的升力
C．用活塞式抽水機抽水 D．用注射器將藥液注入病人體內
7．如圖所示，用塑料管可以把瓶子中的水吸到嘴里，這是由于（ ）
A．人對水產生吸引力的作用
B．吸管本身有吸水的作用
C．大氣壓作用在水面上的結果
D．水壓的作用
8．下列事例中，利用大氣壓作用的是
A．大壩修建成上窄下寬 B．醫生用針筒把藥水推入病人肌肉中
C．用吸管吸飲料 D．深水潛水員要穿特制的抗壓潛水服
9．下列現象中與大氣壓強無關的是（　　）
A． 用吸管吸飲料，飲料上升 B． 吸盤上掛毛巾，吸盤不掉
C． 用滴管吸取液體 D． 帕斯卡“裂桶實驗”
10．如圖，下列小實驗或生活現象中能說明大氣壓存在的是（　　）
A．橡皮膜外凸 B．紙片托住水
C．U形管中液面相平 D．手指夾住鉛筆
11．傳染病負壓隔離病房的室內氣壓低于室外大氣壓。關于負壓病房,下列說法正確的是 (　　)
A.病房內處于真空狀態
B.病房內的氣壓一定是1個標準大氣壓
C.病房內的空氣可以通過門窗流向病房外
D.可以通過從病房內抽氣實現負壓
12．下列事例中，利用大氣壓作用的是( )
A．水往低處流 B．醫生用針筒把藥水推入病人肌肉中
C．用吸管吸飲料 D．深水潛水員要穿特制的抗壓潛水服
13．在實驗中，常用膠頭滴管吸取藥液，下列現象中，“吸”的物理道理與其相同的是（ ）
A．鮮花的香味“吸”引很多蝴蝶 B．磁鐵可以“吸”引大頭針
C．拔火罐，玻璃罐“吸”在皮膚上 D．粘上膠水，紙張被“吸”在一起
三、實驗題（本大題共1小題）
14．生活中處處有物理，同學們在玩中都會無意識的涉及到許多物理知識．以下兩個現象可能您嘗試或觀察過。
(1)喝牛奶時，把吸管插人牛奶盒中往里吹氣，迅速放開，牛奶從吸管噴出；
(2)在室溫下，把吹鼓的氣球放在火爐附近，過一會兒，氣球就爆破了；
由以上現象進行猜想：
當氣體的體積一定時，氣體壓強可能與氣體的 和 有關。
設計并進行實驗：
小明同學進行了如下實驗來研究燒瓶內水面上方的氣體壓強：
(1) 把細玻璃管插人裝有半瓶水的密閉燒瓶中，如圖所示；
(2)從細管上端往燒瓶里吹氣，此時瓶內氣體壓強 （選填“增大”、“減小”或“不變”）；迅速放開，觀察到細玻璃管內水柱上升到a處位置（如圖所示）。
(3)接著用手握住燒瓶的瓶頸部分，使瓶內氣體的壓強增大，請您在圖中畫出細玻璃管內水柱所上升到b處的大致位置；
實驗拓展
(1)控制其它條件相同時，換用內徑不同的細玻璃管進行上述實驗，則管內水柱上升的高度會 （選填“相同”或“不同”），理由是 ；
(2）控制其它條件相同時，把圖的裝置從山腳移到山頂，則細玻璃管內的液面將 （選填“上升”、“下降”或“不變”），這是由于 。
四、能力提升綜合題（本大題共1小題）
15．如圖所示是自帶吸管的玻璃杯，杯中裝有水，小明用手掌封住杯口，通過玻璃吸管不容易“吸”到水；移開手后，能輕松“吸”到水。
（1）小明能輕松“吸”到水是利用了 。
（2）圖中A、B兩點壓強的大小關系是pA pB。
（3）裝有水的玻璃杯總質量為0.3kg，放置在水平桌面上，杯底與桌面的接觸面積為3cm2，此時杯子對桌面的壓強為 Pa。（g取10N/kg）
五、綜合計算題（本大題共2小題）
16．下表記錄了干燥空氣在不同氣壓和溫度時的密度，請依據表中的相關數據回答問題：
(1)當溫度為5 ℃、氣壓為104 000帕時，干燥空氣的密度為 千克/米3．
(2)干燥空氣的密度與氣壓的關系是 ．
(3)通常情況下，某地區冬季的氣壓比夏季高，則該地區冬季干燥空氣的密度 (填“大于”“等于”或“小于”)夏季干燥空氣的密度．
17．如圖是護土給小明輸液時的場景，藥水瓶上插著兩根管A、B，管A用于輸液，管B與空氣接觸。由于針頭較細，當輸液管中裝滿藥液時，為確保藥液的流速，藥水瓶與針頭間的壓強最少為1.3×104Pa（大氣壓約為1×105Pa，ρ藥液＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）。求：
（1）若藥水瓶與針頭間的高度約為1.1m，請你通過計算判斷是否能確保藥液的流速；
（2）當瓶中藥液液面與藥液中管B中的末端C間的高度為2cm時，瓶內液面上方氣體的壓強是多少；
（3）當病人輸液時，若藥液中輸液管中下降到距血管0.6m高時不再下降，此時病人的血壓是多少？
參考答案
1．【答案】利用；1.3×104
【詳解】[1]輸液時，如果沒有這根“閑置”管，外部壓強大于瓶內壓強時，液體就無法輸入到人體中，所以這根“閑置”管是利用大氣壓使藥液順利流出的；
[2]針管處受到的液體壓強
2．【答案】 b ； c ； a
【詳解】
[1][2][3]液體密度計就是應用阿基米德原理制成的，利用阿基米德原理的是圖a。
打開船閘的一端，船閘里的水位逐漸與外面相平，外面的船就可以開進船閘。然后把這一端船閘關閉。然后打開另一端的船閘，船閘里的水位逐漸與外面相等。船就可以開到另一端去，利用了連通器，應用連通器的是圖b。
拔火罐在使用時，由于燃燒，內部的氣壓減小，小于外部氣壓，所以火罐被壓在皮膚上，故其原理是利用了大氣壓，利用大氣壓強的是圖c。
3．【答案】壓強；使瓶內上方氣壓與外界大氣壓相等
【分析】
人體內流動的血液具有一定的壓強，當輸液管內液體產生的壓強小于血液原來的壓強時，會發現病人的血液沿輸液管回流，根據液體壓強的特點知，當吊瓶高度增加時，輸液管內液體壓強增大，輸液正常進行；為了使瓶內外大氣壓平衡，需要一個B管與大氣連通．
【詳解】
如果輸液管內藥液產生的壓強小于人體內的血液壓強，則血液回流；提高吊瓶，人與吊瓶間的距離變大，相當于液體越深，所以輸液管內藥液產生的壓強增大，即增大了流入患者血管藥液的壓強；
B管保持吊瓶與瓶外大氣相通，使瓶內上方保持與外界大氣壓相等，藥才能不斷流出．
4．【答案】 大氣壓 ； 高于
【詳解】
[1]用注射器吸取藥液時，用手向后拉動活塞，使針管內的壓強變小，藥液在外界大氣壓作用下，通過針頭進入針管里。
[2]防護服內氣壓應高于病房內氣壓，這樣病房內的帶菌空氣就難以進入醫生的防護服內，從而有效防止空氣中病毒侵害醫護人員的健康。
5．【答案】9×10-8；平衡輸液瓶內外大氣壓；增大液柱的高度而增加了液體壓強，提高輸液速度；1.2×108Pa；6.5×103Pa；
【詳解】
（1）因為
m
故
（2）輸液瓶下端插有兩根管子，其中一根進氣管的作用是平衡輸液瓶內外大氣壓，避免瓶內壓力低于外界壓力，而導致藥液不能順輸液管流下。
（3）因為液體壓強隨液體深度的增加而增加，把輸液瓶吊的比手高一些，增加了液體深度，則液體壓強增大，液體的流速就會更快。故輸液瓶位置一般比人體位高一些，是通過增大液柱的高度而增加了液體壓強，提高輸液速度。
（4）醫務人員用輸液針刺穿病人的皮膚血管輸液時，用力為6N，針尖的面積為0.05mm2，則輸液針對皮膚產生的壓強為
（5）某新冠肺炎病人靜脈壓為9cm水柱，輸液瓶液面位置比刺破位高74cm，則該病人輸液處液體產生的壓強差為
6．【答案】C
【詳解】
解答：A. 火箭點火后從尾部猛烈噴出燃氣，對氣體施加了一個向后的作用力，從而使火箭受到了氣體對它施加了一個向前的反作用力，這是利用了物體間力的作用是相互的，才使火箭得到向前的動力，不合題意；B. 飛機獲得向上的升力是利用了“機翼上方空氣流速大、壓強小，下方空氣流速小、壓強大，從而產生向上的壓強差”的道理，故不合題意；C. 抽水機抽水，通過活塞上移或葉輪轉動使抽水機內水面上方的氣壓減小，水在外界大氣壓的作用下，被壓上來，利用了大氣壓，符合題意；D. 用注射器將藥液注入病人體內是利用人的壓力將藥液注入人體肌肉的，不是利用大氣壓來工作的，不合題意．
7．【答案】C
【詳解】
用塑料吸管吸水，不是靠水產生的引力，吸管本身也不具有吸水的作用，更不是靠水壓的作用．而是先把塑料管內的空氣吸走，在外界大氣壓的作用下，水被壓進吸管里。
故選C。
8．【答案】C
【分析】
大氣壓的存在能夠解釋很多現象，這些現象有一個共性：通過某種方法，使設備的內部氣壓小于外界大氣壓，在外界大氣壓的作用下出現了某種現象．
【詳解】
A、大壩修建成上窄下寬，是因為液體壓強隨著深度的增加而增大，不是大氣壓的作用，故A不符合題意；
B、肌肉注射時，向前推活塞，注射器內壓強增大，大于人的體內壓強，所以將藥液壓入人體內，與大氣壓無關，故B不符合題意；
C、用吸管吸飲料時，口腔內氣壓小于飲料牛奶瓶中的氣壓，在大氣壓的作用下，把飲料壓入口內，這是有大氣壓的緣故，故C符合題意；
D、深水潛水員要穿特制的抗壓潛水服，是因為液體壓強隨著深度的增加而增大，為了承受更大的水壓，不是大氣壓的作用，故D不符合題意；
故選C．
9．【答案】D
【詳解】
A．用吸管吸飲料的原理是：先把吸管內的空氣吸走，在外界大氣壓的作用下，汽水被壓進吸管里。故此現象與大氣壓有關；
B．塑料吸盤要固定在墻壁上，需要先用力擠壓塑料吸盤，把盤內的空氣擠出，然后吸盤就被外界的大氣壓緊壓在了墻壁上，所以在吸盤上掛毛巾吸盤也不會掉下來。故此現象與大氣壓有關；
C．膠頭滴管吸藥液時，需先把膠頭中的空氣擠出，在外界大氣壓的作用下，藥液就被壓進滴管中。故此現象與大氣壓有關；
D．帕斯卡的“裂桶實驗”是為了驗證液體壓強與水的深度有關，因為管很細，但水的深度很大，所以只用很少的水就能把桶壓裂開。此現象與大氣壓無關。
故選D。
10．【答案】B
【詳解】
A．橡皮膜向外凸出，是因為管中的水給橡皮膜一個向下的壓力，是液體的壓強，不能夠證明大氣壓的存在，故A不符合題意；
B．紙托水杯實驗中，水為什么沒有把紙壓下來，是因為紙下面有大氣壓給紙一個向上的壓力，能夠證明大氣壓的存在，故B符合題意；
C．U形管中液面相平，是連通器原理，不能夠證明大氣壓的存在，故C不符合題意；
D．圖中，手指同時壓鉛筆兩端，由于物體間力的作用是相互的，所以左手和右手受到的壓力相同，由于右手的受力面積小，鉛筆對右手的壓強大，所以右手感到疼，不能夠證明大氣壓的存在，故D不符合題意。
故選B。
11．【答案】D
【解析】“負壓”是指室內的氣壓低于室外的氣壓,不能判斷出室內大氣壓是否一定是1個標準大氣壓;可以通過從病房內抽氣實現負壓,使傳染病負壓隔離病房的室內氣壓低于室外大氣壓;病房外的空氣可以通過門窗流入病房內,故A、B、C錯誤,D正確。故選D。
12．【答案】C
【詳解】
A．水往低處流是水受到重力作用的結果，與大氣壓無關，故不符合題意；
B．注射時，醫生用力將針筒內的藥水推入病人肌肉中，不是大氣壓的作用，故不符合題意；
C．用吸管吸飲料飲料時，口腔內氣壓小于飲料瓶中的氣壓，在大氣壓的作用下，把飲料壓入口內，這是有大氣壓的緣故，符合題意；
D．深水潛水員要穿特制的抗壓潛水服，是為了承受更大的水壓，不是大氣壓的作用，故D不符合題意。
故選C。
13．【答案】C
【詳解】
用膠頭滴管吸取藥液，要先把滴管中的空氣排出，在外界大氣壓的作用下，藥液就被壓進了滴管里。
A．鮮花的香味“吸”引很多蝴蝶，說明分子在不停的做無規則運動，與大氣壓無關，故A不符合題意；
B．磁鐵可以“吸”引大頭針，因為磁鐵具有磁性，能夠吸引鐵鈷鎳等物質，與大氣壓無關，故B不符合題意；
C．拔火罐，玻璃罐“吸”在皮膚上，玻璃罐中酒精燃燒消耗氧氣，使得罐內氣壓減小，小于外界大氣壓，外界大氣壓緊緊地將罐壓在皮膚上，利用了大氣壓，故C符合題意；
D．粘上膠水，紙張被“吸”在一起，是利用了分子間有引力，與大氣壓無關，故D不符合題意。
故選C。
14．【答案】質量；溫度；增大；；相同；液體壓強只與液體的密度和深度有關；上升；見解析
【詳解】
(1)[1][2]把吸管插入牛奶盒中往里吹氣，迅速放開，牛奶從吸管噴出。牛奶噴出的原因是內部壓強大造成的；其盒內壓強變大的原因是：向里面吹氣時，體積一定氣體質量增大造成的，即能說明氣體壓強的大小與氣體的質量有關；同理，把吹鼓的氣球放在火爐附近，過一會兒，氣球就爆破了。氣球爆破的原因也是內部壓強變大造成的，即體積一定的氣體由于溫度升高導致壓強增大，所以氣體壓強的大小還與溫度有關。
(2)[3]當用細管向瓶中吹氣時，瓶內空氣的體積一定，質量變大，所以瓶內的氣壓變大，在瓶內氣壓的作用下細玻璃管內水柱上升。
(3)[4]用手握住燒瓶的瓶頸部分，瓶內氣體的壓強增大，因此，玻璃管內水柱上升的高度更高，b處位置如圖所示：
實驗拓展：
(1)[5][6]在該題中，瓶內增大的壓強與上升的那一段液柱的壓強是相等的，因為液體壓強與液體的密度和深度有關，所以在瓶內增大的壓強相等的情況下，換用內徑不同的細玻璃管進行上述實驗，液柱的深度相同，管中的水柱上升的高度相等。
(2)[7][8]大氣壓隨高度的增加而減小，山頂的氣壓比山腳的氣壓小，把圖甲的裝置從山腳移到山頂時，因為外界氣壓減小，所以細玻璃管內的液柱在瓶內氣壓的作用下會上升。
15．【答案】（1）大氣壓　（2）等于　（3）104
【詳解】（1）用吸管從瓶子里吸水時，先把吸管內的部分空氣吸走，管內的氣壓小于外界大氣壓，水在大氣壓的作用下被壓入吸管，上升到嘴里。
（2）由圖可知，A點的深度等于B點的深度，所以根據p=ρ液gh可知，A點壓強等于B點壓強。
（3）杯子對桌面的壓強為。
16．【答案】（1）1.30kg/m3；（2）溫度一定時，氣壓越大，密度越大；（3）大于
【詳解】由表可知，當溫度為5℃、氣壓為104000Pa時，干燥空氣的密度為1.30kg/m3．
由圖表可知，溫度一定時，氣壓越大，密度越大．
通常情況下，某地區冬季的氣壓比夏季高，則該地區冬季干燥空氣的密度大于夏季干燥空氣的密度．
17．【答案】（1）不能；（2）9.98×104Pa；（3）6000Pa
【詳解】解：（1）輸液時，當瓶內液體壓強與瓶內氣體壓強之和小于外界大氣壓時，液體無法輸入人體內，“閑置”管的作用就是導入空氣，利用大氣壓使藥物順利流入人體；此時瓶內外氣體壓強相互抵消，根據針管處所受藥水壓強公式可得，輸液管中藥水深度為，故藥水袋至少應比針管高1.3m，所以若藥水瓶與針頭間的高度約為1.1m，不能確保藥液的流速。
（2）由于管B中的末端C，使得大氣壓等于藥液壓強加上瓶內氣體壓強，所以此時瓶內液面上方氣體的壓強為
（3）藥液在輸液管中下降到距血管0.6m高時不再下降，說明血壓與藥液壓強平衡，即
答：（1）不能確保藥液的流速；
（2）瓶內液面上方氣體的壓強是9.98×104Pa；
（3）此時病人的血壓是6000Pa。
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