内容正文:
跨学科实践作业3
第八章 神奇的压强
1.(物理学与工程实践)阅读短文,回答问题.
木梁承重
中国古建筑历史悠久、体系完整,主要的建筑材料是木材,建造时使用竖立的木柱和横架在柱上的木梁构成房屋的框架,以支撑屋顶的重量.这样的建筑模式要求木梁有较大的承重能力,否则木梁可能会过度弯曲甚至断裂.起初人们认为原始形状的原木更坚固,后来发现并非如此.宋代的建造规范《营造法式》中,对木梁的要求是“凡梁之大小,各随其广分为三分,以二分为厚”,即矩形木梁横截面的高宽比为3∶2,这个规范非常接近现代建筑学的要求.
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用如图甲所示的方式可以测试木材的承重能力,在一定限度内,木材的形变是弹性形变.木材发生形变时,中间位置的形变量最大,一般用中间位置的形变量x来表示整段木材的形变量.木材的形变系数为E,其计算式为E= ,其中l为木材的长度,h和b分别为木材横截面的高和宽,F为施加在木材上的压力.现代建筑设计要求木梁的形变量不大于木梁长度的 ,以保障房屋的安全.
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(1)三根用同种木材制成的木梁,长度、横截面积大小均相同,按如图乙所示的三种方式使用,其中承重能力最强的是________.
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②
(2)为提高木梁的承重能力,可以在木梁上粘贴一层抗拉伸的材料,效果最好的粘贴位置是________.
A.木梁的顶面 B.木梁的底面
C.木梁的侧面 D.效果都一样
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B
(3)在木材承重能力测试中,得到压力F的大小和形变量x的关系图象,如图丙所示的a、b、c三条图线中,正确的是________.
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c
(4)一根木梁长为4 m,横截面高为0.1 m,宽为0.06 m,所用木材的形变系数为1×1010 N/m2,则该木梁的最大承重为________N.
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960
2.(物理学与工程实践)阅读短文,回答问题.
液压机
2021年9月,世界上最大的模锻液压机(8万吨级)在中国投入使用,使我国的工业实力得到大幅提升.图甲为液压机的结构简图,它是利用液体来传递压强的设备.简易的液压机主要是由液缸、活塞、管、槽、液态介质及控制系统等部分构成.按传递压强的液体种类来分,有油压机和水压机两大类.
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科学家帕斯卡发现:当外力作用在密闭的液体上时,液体各部分所受的压强将发生相同的变化.物理学中称做帕斯卡定律.在图甲的U形管槽中装满液体,两端活塞把液体密闭,给左端活塞施加一个向下的压力F1时,根据帕斯卡定律,左、右两个活塞受到的液体压强相等,同时右端活塞会受到一个向上的压力F2,这就是液压机原理.若不计机械摩擦和活塞自重,两个活塞的运动距离与它们的横截面积成反比.
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(1)液压机在工作过程中,液体对液缸中小活塞的压强________(选填“大于”“小于”或“等于”)液体对大活塞的压强.
(2)如图乙所示,汽车的油压千斤顶就是应用液压机原理工作的.假如一个油压千斤顶的大、小活塞横截面积分别是120 cm2和4 cm2,当在小活塞上施加大小为3 000 N的压力时,最多可在大活塞上产生________N的举力;若要进一步增大液压机的压力级别,可采取的办法是___________________
____ (选填“增大大活塞的横截面积”或“减小大活塞的横截面积”).
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等于
9×104
增大大活塞的横截面
积
(3)某型号液压机的大活塞横截面积是小活塞的60倍,则在使用过程中大、小活塞移动的距离之比为__________.
(4)图丙是科技人员假想的一个水压机模型,轻质活塞A、B的横截面积分别为5 cm2和100 cm2.如果将重840 N的物体放在水平活塞B上,不计机械阻力,则活塞A向上移动的距离为___m.(根据液体压强的计算公式p=ρ液gh可以求出左右液面的高度差)
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1∶60
8
3.(2023·无锡)小华发现,压缩一个已经充气的气球很容易,但想把它压缩得很小却又很困难.由此她猜想,被封闭的一定质量的气体产生的压强与体积可能有关.为此她准备了20 mL的注射器、弹簧测力计、刻度尺、细绳等器材进行探究,步骤如下:
(1)如图甲所示,用刻度尺测出注射器刻度部分的长度为________cm,则活塞的横截面积为________cm2.
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10.00
2
(2)把注射器的活塞推至注射器筒的底端,排尽筒内的空气,然后用橡皮帽封住注射器的小孔,为了检验其是否漏气,不增加器材,方法是________________________________________________________.
(3)如图乙所示,用细绳拴住注射器活塞的颈部,使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连,弹簧测力计一端固定并水平放置,然后水平向右慢慢地拉动注射器筒,当注射器活塞开始滑动时,弹簧测力计的示数如图乙所示为___