9.4 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 同步练--2025-2026学年人教版物理八年级下学期

**基本信息** 以跨学科实践为载体，通过基础选择、实验探究、综合应用三层设计，构建“原理理解-实践操作-跨情境应用”路径，强化物理观念与科学探究能力。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层（选择题1-10）|大气压应用、阀门原理、杠杆分类|聚焦单一知识点，通过结构分析题（如出水口位置）巩固物理观念| |提升层（实验与探究题11-14）|制作过程、气密性改进、杠杆计算|结合自制情境设计实验填空与改进措施，培养科学探究与模型建构能力| |综合层（综合与应用题15-16）|跨学科联系（人体呼吸）、海拔气压影响|通过生活类比与场景计算，提升科学思维与社会责任意识|

跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 同步练习 好 题 冲 关 一、选择题 1．如图所示，活塞式抽水机的压柄的A端被压到最低。根据你的观察和思考，关于活塞式抽水机的出水口位置的几种说法，正确的是（　　） A．只能在活塞的上方 B．只能在活塞的下方 C．可在活塞的上方或下方 D．可以与进水口合二为一 2．如图所示的是活塞式抽水机结构示意图，如果活塞和圆筒之间出现漏气现象，反复提压手柄的过程中，下列说法正确的是（　　） A．可以抽水，抽水速度比原来慢 B．可以抽水，抽水速度和原来相同 C．可以抽水，只能抽出一点点水 D．不能抽水 3．如图所示是同学们在老师指导下制作的简易活塞式抽水机的工作图，其中压杆能绕着O点转动。下列说法错误的是（　　） A．活塞式抽水机是利用大气压来抽水的 B．活塞式抽水机提升水的最大高度可以达到12m C．压杆是省力杠杆，但不能省功 D．当压下活塞时，阀门B关闭，阀门A打开 4．图甲为活塞式抽水机结构图，图乙为小明同学根据图甲自制的活塞式抽水机。在制作和使用的过程中，以下做法合理的是（　　） A．随意选择任何材料制作阀门，都可以使抽水机正常工作 B．活塞与圆筒需紧密接触同时可以上下拉动活塞 C．将抽水机放置在密闭真空环境中使用 D．使用此抽水机抽水，活塞向下运动时，两个阀门都打开 5．如图是活塞式抽水机工作原理的示意图。其中，活塞跟筒壁紧密接触但是可以上下滑动，A、B是只能向上开启的阀门。以下说法错误的是（    ） A．抽水机是利用大气压来工作的 B．当压下活塞时，阀门A打开，阀门B关闭 C．使用一段时间后，抽水机的活塞与筒壁接触不再紧密，要更换新活塞 D．标准大气压下，能提升水的最大高度约为76cm 6．如图，是小雷同学根据设计图制作的简易活塞式抽水机，将圆筒放到装有水的盆中，上下抽动活塞，水就被抽了上来。结合自己操作中观察到的现象，他做了如下总结，其中正确的是（   ） A．抽水机是利用流体压强与流速的关系的原理工作的 B．在一个标准大气压下，活塞式抽水机提升水的最大高度可以达到 C．当压下活塞时，此时阀门B打开，阀门A关闭 D．抽水时，活塞向上运动，阀门A关闭，阀门B打开 7．如图所示是活塞式抽水机工作原理示意图，活塞跟筒壁紧密接触同时又可以上下移动，A、B是只能向上开启的阀门，圆筒内活塞的上方和下方都有水。下列说法正确的是（　　） A．若将活塞向上提，阀门A关闭，阀门B关闭 B．若将活塞向上提，阀门A关闭，阀门B被推开 C．若将活塞向下压，阀门A被推开，阀门B被推开 D．在海拔较高的地方，活塞式抽水机能提升水的最大高度比在海拔较低的地方大 8．下列实例中，与活塞式抽水机抽水原理不同的是（　　） A．马德堡半球实验 B．用吸盘挂钩挂物体 C．利用船闸让船通行 D．用注射器吸取药液 9．如图是活塞式抽水机工作场景及原理示意图。选项中对其有关解释不正确的是（　　） A．提按摇杆柄时是省力杠杆 B．、都是单向阀门 C．活塞上提时，圆筒内的水是在大气压的作用下上升的 D．只要下面的管子足够长，可以把任意高度的水抽上来 10．如图所示是活塞式抽水机工作原理的示意图。活塞与圆筒紧密接触但可以上下滑动， A、B 是只能向上开启的阀门。将手柄COD看作杠杆，用力压C点，活塞被提起，低处的水进入圆筒，已知杠杆D处受到的阻力为300N，OC间距离为0.6m，OD间距离为0.15m。下列说法正确的是（　　） A．活塞式抽水机利用大气压强工作，可将水抽到10楼的高度 B．提起活塞时，阀门A受到大气压的作用而关闭，活塞下方气压小于外界的大气压 C．提起活塞时，手作用在C点，此杠杆一定为省力杠杆 D．提起活塞时，手作用在杠杆C点的最小力大小至少为75N， 方向竖直向上 二、实验与探究题 11．跨学科实践 制作简易活塞式抽水机 小华参照教材图甲所示的结构，选取一个用来装洗涤液的空瓶子，一根筷子，一块塑料片，一个小球，一块橡皮膏，一根塑料管制作成了一个简易的活塞式抽水机，如图乙所示，制作过程如下 乙 （a）：将洗涤液的空瓶子的底部裁剪下来，底部当成活塞，瓶身当成圆筒： 乙 （b）：在瓶身上方打一个孔，安装出水管； 乙 （c）：在活塞上开一个小孔，把塑料片一边粘在活塞上，使塑料片刚好能盖住小孔，作为阀门A：在洗涤液瓶口中间放一枚小球做成阀门B。 (1)如图乙（c）所示，活塞向上提起时，阀门A关闭，此时阀门B下方的压强________（选填“大于”或“小于”）阀门B上方的压强，阀门B下方的水在________的作用下推开阀门B进入圆管中。再向下压活塞，阀门A打开，阀门B关闭，水进入活塞上方圆筒中，活塞反复上下运动，最终源源不断的将水抽到高处。 (2)在使用该抽水机时需要先往圆筒里倒一点水，目的是增强活塞与筒壁间的______ 。 A．压强 B．摩擦力 C．气密性 (3)在海拔3000m的青藏高原该抽水机提升水的最大高度________（选填“高于”“低于”或“等于”）沿海的珠江提升的最大高度。 12．课外学习小组开展了“制作简易活塞式抽水机”的实践活动，同学们集思广益，各显身手，下面是小组同学们交流的实践过程，请帮助完成下列内容： 【项目实施】要制作简易活塞式抽水机，需要完成以下任务。 （1）首先需要了解活塞式抽水机的结构及工作原理： 取一个注射器，把针头插到装有水的盆中，向上拉动活塞，就能看到水从低处升到高处，这是靠___________的作用，使水升到高处的。 结合托里拆利实验，同学们想到尝试设计一款活塞式抽水机。理论上抽水机提升水最大高度是___________m（已知标准大气压，时，g取10N/kg；水的密度）。 （2）初步了解了活塞式抽水机的工作原理，大强设计了一个如图甲所示的抽水机，当活塞在圆筒内上升到出水管S后继续上升，会发生的现象是 ___________ ； A．水从出水管S流出 B．圆筒内水随活塞继续上升 C．圆筒内水面开始下降 D．水保持在出水管S管口下方附近不动，既不上升也不下降 【项目改进】 （3）大强参照图乙所示的活塞式抽水机的结构，对自制抽水机进行了如下改进，如图丙所示： ①如图丙（a）所示，用洗衣液瓶盖制作活塞，并在中间放一枚钢珠做成如图乙所示的单向阀门A； ②如图丙（b）所示，用矿泉水瓶盖和一块胶皮来制作另一个阀门B； ③如图丙（c）所示，活塞向上提起时，阀门A关闭，此时阀门B下方的压强 ___________ （选填“大于”或“小于”）阀门B上方的压强，阀门B下方的水推开阀门B进入圆管中。 ④再向下压活塞，阀门B关闭，阀门A打开，水进入活塞上方圆筒中，活塞反复上下运动，最终成功的将水抽到高处。 【项目反思】 （4）大强和同学们发现这样一个问题，自制的活塞式抽水机在工作前，向圆管内灌入一些水，抽水会更容易，这样做的主要目的是 ___________ 。 （5）大强还发现每个小组制作的抽水机模型都各有特色，有的模型设计的非常精巧，有的模型运转的非常流畅，下列不能提高活塞式抽水机效率的是 ___________ 。 A．减小活塞和管壁之间的摩擦 B．减小圆管的重量 C．减小活塞的重量 提示：抽水机的效率是指抽水机在工作时，将输入的能量（抽水机消耗的总能量）转化为有用功（即把水提升一定高度克服水的重力所做的功）的比例，抽水机效率越高，说明它在工作过程中能量的利用率越高，能量损失越小。 同学们在本次实践活动中收获很大，对物理学习产生了浓厚的兴趣，同学们又走出教室开展了探讨生活中其他抽水装置原理的活动，大家感受到物理知识真的很有用。 13．如图所示是小凯自制的活塞式抽水机。 (1)当活塞向上运动至位置a的过程，圆筒内的水___________（选填“会”或“不会”）随活塞向上运动。 (2)当活塞继续向上运动至位置b时，圆筒内___________（选填“有”或“没有”）水流出出水口。 (3)小凯自制的抽水机有哪些地方需要改进，写出你的改进措施，并简要说明这些措施的作用。（可以用文字说明，也可以画简图加文字说明） 14．某学习小组开展了“制作简易活塞式抽水机”的实践活动，活动过程如下，请帮助完成相关内容： 【项目实施】 任务一：了解抽水的工作原理 (1)如图甲所示取一个注射器，把针头插到装有水的盆中，向上拉动活塞，就能看到水在_________的作用下从低处升到高处，理想情况下，水提升的最大高度是_______m（一个标准大气压，g取10N/kg，）。 任务二：了解活塞式抽水机的工作过程 通过查阅资料，了解到活塞式抽水机的工作过程如图乙所示。 任务三：设计制作活塞式抽水机 小明参照图乙所示的结构，选取一个用来装洗涤液的空瓶子，一根筷子，一块塑料片，一个小球，一块橡皮膏，一根塑料管制作成了一个简易的活塞式抽水机，如图丙所示。 丙（a）：将洗涤液的空瓶子的底部裁剪下来，底部当成活塞，瓶身当成圆筒； 丙（b）：在瓶身上方打一个孔，安装出水管； 丙（c）：在活塞上开一个小孔，把塑料片一边粘在活塞上，使塑料片刚好能盖住小孔，作为阀门A；在洗涤液瓶口中间放一枚小球做成阀门B。 (2)如图丙（c）所示，活塞向上提起时，阀门A关闭，此时阀门B下方的压强________（选填“大于”或“小于”）阀门B上方的压强，阀门B下方的水推开阀门B进入圆管中。再向下压活塞，阀门A__________，阀门B__________，水进入活塞上方圆筒中，活塞反复上下运动，最终源源不断的将水抽到高处。为了能按照需要顺利地打开和关闭阀门B，小球的密度应比水的密度__________。 任务四：改进活塞式抽水机 (3)为了使自制的活塞式抽水机使用时更加便捷，小明给它安装了一个手柄AOB，在A点施加动力提压活塞。如图丁（a）所示，测得OB长5cm，OA长15cm，则手柄相当于_________（选填“省力”或“费力”）杠杆。 (4)如图丁（b）所示，当手柄转动到水平位置时，活塞上下表面均有水，测得，，活塞的半径为3cm，活塞与筒壁的摩擦力为2.25N，取10N/kg，，取3，活塞的厚度及装置本身的重力均不计，此时使手柄转动的最小的动力为________N。 【展示交流】 (5)某组的同学发现，自制的活塞式抽水机抽不上水，请写出一条可能的原因___________________。 三、综合与应用题 15．某兴趣小组围绕 “大气压在生命活动与机械装置中的应用” 主题，结合人体呼吸模型与活塞式抽水机简易模型开展探究实验（装置如图：图 1 为人体肺部呼吸模型，图 2 为活塞式抽水机模型，其活塞与筒壁紧密接触、可上下滑动，A、B 为仅能向上开启的单向阀门）。请回答下列问题： (1)人体吸气时，胸廓扩张，肺的容积增大，肺内气压_______外界大气压，外界空气在大气压作用下进入肺部。这一气压变化规律，与活塞式抽水机活塞向上运动时，下室气压小于外界大气压、水被压入圆筒的原理本质一致。 (2)活塞式抽水机工作时，活塞向下运动，下室气压增大，水从下室进入上室，此时打开的阀门是____________。这一过程中 “内部气压增大推动流体排出” 的原理，与人体呼气时肺内气压增大、气体排出的规律相似。 (3)已知张家界天门山主峰海拔约 1518.6m，在海拔 2km 以内，每升高 10m 大气压减少 100Pa。若山脚入口大气压为1×105Pa，则山顶大气压为__________Pa。 16．阅读下面短文，回答问题． 抽水机也叫水泵，是一种利用大气压强的抽水工具．如图是活塞式抽水机工作原理的示意图。其中，活塞跟筒壁紧密接触但是可以上下滑动，A、B是只能向上开启的阀门．使用时，有经验的人会先往抽水机的圆筒里倒一点水，这样可以更容易把水抽出来。若提起活塞，阀门A受到大气压的作用而关闭，活塞的下面空气稀薄，圆筒内气压①外界的大气压。于是，低处的水受到大气压的作用推开阀门B进入圆筒（图甲）；当压下活塞时，阀门B被水压下而关闭，水被阻不能向下流动，于是冲开阀门A进入圆筒的上部（图乙）；再提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门A关闭，水从侧管流出。与此同时，井里的水又在大气压的作用下推开阀门②而进入圆筒（图丙）。这样，活塞不停地上下移动，水就从管口连续不断地流出。 （1）文中①处应填_________（选填“大于”“小于”或“等于”），②处应填_________（选填“A”或“B”）； （2）有经验的人在使用该抽水机时先往圆筒里倒一点水，目的是增强活塞与筒壁间的_________； A．气密性　　B．摩擦力　　C．压强 （3）下列现象与活塞式抽水机工作原理不相同的是_________； A．吸盘紧紧吸在墙上　　B．用吸尘器吸尘 C．用吸管喝牛奶　　D．手机保护膜吸附在手机屏幕上 （4）在大气压为时，该抽水机提升水的最大高度是_________m（g取），在海拔3000m的青藏高原该抽水机提升水的最大高度_________（选填“高于”“低于”或“等于”）在珠海提升的最大高度。 300×100Pa=30000Pa则山顶气压 海拔高，气压低，3000m的山顶上气压降低，所以最大高度低于在珠海提升的最大高度。 学科网（北京）股份有限公司 $ 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 同步练习 好 题 冲 关 一、选择题 1．如图所示，活塞式抽水机的压柄的A端被压到最低。根据你的观察和思考，关于活塞式抽水机的出水口位置的几种说法，正确的是（　　） A．只能在活塞的上方 B．只能在活塞的下方 C．可在活塞的上方或下方 D．可以与进水口合二为一 【答案】A 【详解】活塞式抽水机的出水口只能在活塞的上方，这样提起活塞时，活塞上面的水迫使上面阀门关闭，水从侧管流出，避免水倒流回活塞下方，故A正确，BCD错误。 故选A。 2．如图所示的是活塞式抽水机结构示意图，如果活塞和圆筒之间出现漏气现象，反复提压手柄的过程中，下列说法正确的是（　　） A．可以抽水，抽水速度比原来慢 B．可以抽水，抽水速度和原来相同 C．可以抽水，只能抽出一点点水 D．不能抽水 【答案】D 【详解】如果活塞和圆筒之间出现漏气现象，反复提压手柄的过程中，使筒内无法形成足够的气压差，不能抽水，故D正确，ABC错误。 故选D。 3．如图所示是同学们在老师指导下制作的简易活塞式抽水机的工作图，其中压杆能绕着O点转动。下列说法错误的是（　　） A．活塞式抽水机是利用大气压来抽水的 B．活塞式抽水机提升水的最大高度可以达到12m C．压杆是省力杠杆，但不能省功 D．当压下活塞时，阀门B关闭，阀门A打开 【答案】B 【详解】A．活塞式抽水机工作时，是使其内部气压小于外界大气压，在外界大气压的作用下将水压入抽水机内，进而实现把水从低处压到高处的目的，故A正确，不符合题意； B．在一个标准大气压下大气压值约为，由可知，一个标准大气压能支撑的水高度约为，故B错误，符合题意； C．支点O到动力作用线的距离大于支点O到阻力作用线的距离，即动力臂＞阻力臂，属于省力杠杆，但根据功的原理，省力杠杆不省功。故C正确，C不符合题意； D．由活塞式抽水机的工作过程可知，压下活塞时，阀门B关闭，活塞下面的水推开阀门A，涌入活塞上面，故D正确，不符合题意。 故选B。 4．图甲为活塞式抽水机结构图，图乙为小明同学根据图甲自制的活塞式抽水机。在制作和使用的过程中，以下做法合理的是（　　） A．随意选择任何材料制作阀门，都可以使抽水机正常工作 B．活塞与圆筒需紧密接触同时可以上下拉动活塞 C．将抽水机放置在密闭真空环境中使用 D．使用此抽水机抽水，活塞向下运动时，两个阀门都打开 【答案】B 【详解】A．用光滑且有一定硬度的材料制作阀门，阀门能与圆筒结合严密，封住气和水，故A错误； B．活塞与圆筒需紧密接触同时可以上下拉动活塞，把水送入出水管，故B正确； C．活塞式抽水机利用大气压来工作，抽水机不能在真空环境中使用，故C错误； D．活塞向下运动时，下方阀门在水压作用下关闭，而上方阀门打开，圆筒中的水不断上升到活塞上方，故D错误。 故选B。 5．如图是活塞式抽水机工作原理的示意图。其中，活塞跟筒壁紧密接触但是可以上下滑动，A、B是只能向上开启的阀门。以下说法错误的是（    ） A．抽水机是利用大气压来工作的 B．当压下活塞时，阀门A打开，阀门B关闭 C．使用一段时间后，抽水机的活塞与筒壁接触不再紧密，要更换新活塞 D．标准大气压下，能提升水的最大高度约为76cm 【答案】D 【详解】A．活塞式抽水机工作时，是使其内部气压小于外界大气压，在外界大气压的作用下将水压入抽水机内，进而实现把水从低处压到高处的目的，故A正确，不符合题意； B．提起活塞时，筒内气压减小，下方大气压将阀门B推开（水进入筒内），同时阀门A因上方水的重力关闭（防止水倒流）；下压活塞时，筒内水压增大，阀门B关闭、阀门A打开，水被压出，故B正确，不符合题意。 C．使用一段时间后，抽水机的活塞与筒壁接触不再紧密，空气就会进入，活塞上下气压相同，地下水无法在大气压的作用下进入圆筒，要更换新活塞，故C正确，不符合题意； D．在一个标准大气压下，由p=ρgh可知，支撑的水高度约为 故D错误，符合题意。 故选D。 6．如图，是小雷同学根据设计图制作的简易活塞式抽水机，将圆筒放到装有水的盆中，上下抽动活塞，水就被抽了上来。结合自己操作中观察到的现象，他做了如下总结，其中正确的是（   ） A．抽水机是利用流体压强与流速的关系的原理工作的 B．在一个标准大气压下，活塞式抽水机提升水的最大高度可以达到 C．当压下活塞时，此时阀门B打开，阀门A关闭 D．抽水时，活塞向上运动，阀门A关闭，阀门B打开 【答案】D 【详解】A．活塞式抽水机是利用大气压把水抽上来的，故A错误； B．在一个标准大气压下，由可知支撑的水的高度，故B错误； C．当压下活塞时，阀门A打开，阀门B关闭，故C错误； D．由活塞式抽水机的工作过程可知，活塞向上运动时，阀门A关闭，在大气压作用下活塞下面的水推开阀门B进入筒中，故D正确。 故选D。 7．如图所示是活塞式抽水机工作原理示意图，活塞跟筒壁紧密接触同时又可以上下移动，A、B是只能向上开启的阀门，圆筒内活塞的上方和下方都有水。下列说法正确的是（　　） A．若将活塞向上提，阀门A关闭，阀门B关闭 B．若将活塞向上提，阀门A关闭，阀门B被推开 C．若将活塞向下压，阀门A被推开，阀门B被推开 D．在海拔较高的地方，活塞式抽水机能提升水的最大高度比在海拔较低的地方大 【答案】B 【详解】AB．活塞上提，上方A阀门在上方水的压力作用下关闭，活塞下方的压强减小，水在大气压作用下推开阀门B，故A错误，B正确； C．活塞下压，活塞下方的压强增大，阀门A被推开，阀门B关闭，故C错误； D．在海拔较高的地方，大气压减小，抽水机利用大气压工作的，利用液体压强公式p=ρgh可以，大气压减小，能够支持的水柱高度减小，故能提升水的最大高度比在海拔较低的地方小，故D错误。 故选B。 8．下列实例中，与活塞式抽水机抽水原理不同的是（　　） A．马德堡半球实验 B．用吸盘挂钩挂物体 C．利用船闸让船通行 D．用注射器吸取药液 【答案】C 【详解】活塞式抽水机抽水，通过活塞上移使活塞下方的桶内气压减小，水在外界大气压的作用下，被压上来，因此其原理是大气压的应用。 A．马德堡半球实验通过抽出球内空气形成气压差，利用大气压力使两半球紧密结合，其原理与活塞式抽水机的原理相同，故A不符合题意； B．吸盘挂钩通过挤出内部空气形成低压区，在外界大气压作用下紧贴墙面，其原理与活塞式抽水机的原理相同，故B不符合题意； C．当船从上游进入闸室时，上游和闸室构成上端开口下端连通的连通器；当船从闸室进入下游时，闸室和下游构成连通器。所以船闸是利用连通器工作的，与大气压无关，故C符合题意； D．注射器吸取药液时，活塞上提使管内气压减小，药液在大气压作用下进入针管，其原理与活塞式抽水机的原理相同，故D不符合题意。 故选C。 9．如图是活塞式抽水机工作场景及原理示意图。选项中对其有关解释不正确的是（　　） A．提按摇杆柄时是省力杠杆 B．、都是单向阀门 C．活塞上提时，圆筒内的水是在大气压的作用下上升的 D．只要下面的管子足够长，可以把任意高度的水抽上来 【答案】D 【详解】A．提按摇杆柄时，动力臂大于阻力臂，根据杠杆平衡条件，此时是省力杠杆，故A正确，不符合题意； B．活塞式抽水机是利用大气压来工作的装置。A、B 都是单向阀门，其作用是控制水的流动方向，保证抽水机正常工作，故B正确，不符合题意； C．活塞上提时，圆筒内的空气减少，气压减小，外界大气压将水压入圆筒，使圆筒内的水上升，故C正确，不符合题意； D．因为大气压是有限的，在标准大气压下，大气压能支持约10.3m高的水柱，所以下面的管子不能把任意高度的水抽上来，故D错误，符合题意。 故选D。 10．如图所示是活塞式抽水机工作原理的示意图。活塞与圆筒紧密接触但可以上下滑动， A、B 是只能向上开启的阀门。将手柄COD看作杠杆，用力压C点，活塞被提起，低处的水进入圆筒，已知杠杆D处受到的阻力为300N，OC间距离为0.6m，OD间距离为0.15m。下列说法正确的是（　　） A．活塞式抽水机利用大气压强工作，可将水抽到10楼的高度 B．提起活塞时，阀门A受到大气压的作用而关闭，活塞下方气压小于外界的大气压 C．提起活塞时，手作用在C点，此杠杆一定为省力杠杆 D．提起活塞时，手作用在杠杆C点的最小力大小至少为75N， 方向竖直向上 【答案】B 【详解】AB．提起活塞时，阀门A受到向下的大气压的作用而关闭，此时活塞以下部分圆筒内部的气体体积变大，压强变小，小于外界大气压，于是大气压把水压进圆筒。1个标准大气压的大小约为，据得，可将水抽到的高度约为 一层楼的高度约为3m，活塞式抽水机大概可将水抽到3层楼的高度，故A错误，B正确； C．提起活塞时，手作用在C点，即动力作用在C点，作用在D点的力竖直向下，为阻力，当作用在C点的力垂直于OC，则动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，当作用在C点的力不是垂直于OC，则动力臂不一定大于阻力臂，不一定是省力杠杆，故C错误； D．提起活塞时，当手作用在C点的对应的力臂最大为OC时，对应的动力最小，据杠杆的平衡条件有 解得最小动力F=75N，方向垂直于OC向下，当OC在水平方向时，最小动力方向竖直向下，故D错误。 故选B。 二、实验与探究题 11．跨学科实践 制作简易活塞式抽水机 小华参照教材图甲所示的结构，选取一个用来装洗涤液的空瓶子，一根筷子，一块塑料片，一个小球，一块橡皮膏，一根塑料管制作成了一个简易的活塞式抽水机，如图乙所示，制作过程如下 乙 （a）：将洗涤液的空瓶子的底部裁剪下来，底部当成活塞，瓶身当成圆筒： 乙 （b）：在瓶身上方打一个孔，安装出水管； 乙 （c）：在活塞上开一个小孔，把塑料片一边粘在活塞上，使塑料片刚好能盖住小孔，作为阀门A：在洗涤液瓶口中间放一枚小球做成阀门B。 (1)如图乙（c）所示，活塞向上提起时，阀门A关闭，此时阀门B下方的压强________（选填“大于”或“小于”）阀门B上方的压强，阀门B下方的水在________的作用下推开阀门B进入圆管中。再向下压活塞，阀门A打开，阀门B关闭，水进入活塞上方圆筒中，活塞反复上下运动，最终源源不断的将水抽到高处。 (2)在使用该抽水机时需要先往圆筒里倒一点水，目的是增强活塞与筒壁间的______ 。 A．压强 B．摩擦力 C．气密性 (3)在海拔3000m的青藏高原该抽水机提升水的最大高度________（选填“高于”“低于”或“等于”）沿海的珠江提升的最大高度。 【答案】(1) 大于 大气压 (2)C (3)低于 【详解】（1）活塞上提时，圆筒内气体体积增大，压强减小，而外界大气压不变，B下方压强大于B上方的压强，所以在压强差作用下，阀门B下方的水推开阀门B进入圆管中。再向下压活塞，阀门B关闭，阀门A打开，水进入活塞上方圆筒中，活塞反复上下运动，最终成功的将水抽到高处。 （2）向圆筒里倒一点水，是为了填充活塞与筒壁之间的缝隙，防止空气进入，从而保证装置的气密性，这样大气压才能有效将水压上来。故选C。 （3）活塞式抽水机是依靠大气压工作的，大气压随海拔升高而降低，因此能支撑的水柱高度也会降低。 12．课外学习小组开展了“制作简易活塞式抽水机”的实践活动，同学们集思广益，各显身手，下面是小组同学们交流的实践过程，请帮助完成下列内容： 【项目实施】要制作简易活塞式抽水机，需要完成以下任务。 （1）首先需要了解活塞式抽水机的结构及工作原理： 取一个注射器，把针头插到装有水的盆中，向上拉动活塞，就能看到水从低处升到高处，这是靠___________的作用，使水升到高处的。 结合托里拆利实验，同学们想到尝试设计一款活塞式抽水机。理论上抽水机提升水最大高度是___________m（已知标准大气压，时，g取10N/kg；水的密度）。 （2）初步了解了活塞式抽水机的工作原理，大强设计了一个如图甲所示的抽水机，当活塞在圆筒内上升到出水管S后继续上升，会发生的现象是 ___________ ； A．水从出水管S流出 B．圆筒内水随活塞继续上升 C．圆筒内水面开始下降 D．水保持在出水管S管口下方附近不动，既不上升也不下降 【项目改进】 （3）大强参照图乙所示的活塞式抽水机的结构，对自制抽水机进行了如下改进，如图丙所示： ①如图丙（a）所示，用洗衣液瓶盖制作活塞，并在中间放一枚钢珠做成如图乙所示的单向阀门A； ②如图丙（b）所示，用矿泉水瓶盖和一块胶皮来制作另一个阀门B； ③如图丙（c）所示，活塞向上提起时，阀门A关闭，此时阀门B下方的压强 ___________ （选填“大于”或“小于”）阀门B上方的压强，阀门B下方的水推开阀门B进入圆管中。 ④再向下压活塞，阀门B关闭，阀门A打开，水进入活塞上方圆筒中，活塞反复上下运动，最终成功的将水抽到高处。 【项目反思】 （4）大强和同学们发现这样一个问题，自制的活塞式抽水机在工作前，向圆管内灌入一些水，抽水会更容易，这样做的主要目的是 ___________ 。 （5）大强还发现每个小组制作的抽水机模型都各有特色，有的模型设计的非常精巧，有的模型运转的非常流畅，下列不能提高活塞式抽水机效率的是 ___________ 。 A．减小活塞和管壁之间的摩擦 B．减小圆管的重量 C．减小活塞的重量 提示：抽水机的效率是指抽水机在工作时，将输入的能量（抽水机消耗的总能量）转化为有用功（即把水提升一定高度克服水的重力所做的功）的比例，抽水机效率越高，说明它在工作过程中能量的利用率越高，能量损失越小。 同学们在本次实践活动中收获很大，对物理学习产生了浓厚的兴趣，同学们又走出教室开展了探讨生活中其他抽水装置原理的活动，大家感受到物理知识真的很有用。 【答案】 大气压 10.13 C 大于 见解析 B 【详解】（1）[1][2]活塞式抽水机的结构及工作原理：取一个注射器，把针头插到装有水的盆中，向上拉动活塞，能看到水从低处升到高处，这是靠大气压的作用，使水升到高处的。因为活塞向上拉动时，注射器内空气稀薄，气压小于外界大气压，在大气压作用下，水被压入注射器。则理论上抽水机提升水最大高度 （2 ）[3]活塞上升到出水管后的现象：当活塞在圆筒内上升到出水管S后继续上升，此时圆管与出水管构成了连通器，所以圆筒内水面开始下降，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 （3 ）[4]活塞式抽水机的改进：活塞向上提起时，阀门A关闭，此时阀门B下方的压强大于阀门B上方的压强，因为活塞上提，圆筒内气体体积增大，压强减小，而外界大气压不变，所以在压强差作用下，阀门B下方的水推开阀门B进入圆管中。 （4 ）[5]工作前向圆管内灌水的目的：自制的活塞式抽水机在工作前，向圆管内灌入一些水，抽水会更容易，这样做的主要目的是挤走活塞筒里的空气，使活塞上下运动时产生真空，从而形成负压，促使水被抽取出来，同时水作为润滑剂可以使活塞外筒与水封圈更好地接触，增加密封性，减少磨损和发热。 （5 ）[6]根据抽水机效率的定义，减小活塞和管壁之间的摩擦，可以减少额外功，提高效率；减小活塞的重量，也能减少提升活塞所做的额外功，从而提高效率。而减小圆管的重量，对抽水机将水提升一定高度克服水的重力所做的有用功以及总能量消耗影响不大，不能提高活塞式抽水机效率，故B符合题意，AC不符合题意。 故选B。 13．如图所示是小凯自制的活塞式抽水机。 (1)当活塞向上运动至位置a的过程，圆筒内的水___________（选填“会”或“不会”）随活塞向上运动。 (2)当活塞继续向上运动至位置b时，圆筒内___________（选填“有”或“没有”）水流出出水口。 (3)小凯自制的抽水机有哪些地方需要改进，写出你的改进措施，并简要说明这些措施的作用。（可以用文字说明，也可以画简图加文字说明） 【答案】(1)会 (2)没有 (3)见解析 【详解】（1）当活塞向上运动时，活塞下方空间增大，压强减小，外界大气压将水压入圆筒中，因此圆筒内的水会上升。 （2）当活塞继续向上运动至位置b时，活塞已经超出出水口，装置密封性被破坏，由于大气压的作用，圆筒里的水没有从出水口流出。 （3）①在细管和圆筒的连接处增设一个能向上打开的单向阀门A。其作用是：活塞向上运动时，阀门A打开，水能顺利进入圆筒中；活塞向下运动时，阀门A关闭，水受阻不能向下流动。 ②在活塞上打孔，并在打孔处增设一个能向上单向打开的阀门B。其作用是：活塞向下运动时，阀门B打开，水能进入活塞上方；活塞向上运动时，阀门B关闭，水保留在活塞上方。 14．某学习小组开展了“制作简易活塞式抽水机”的实践活动，活动过程如下，请帮助完成相关内容： 【项目实施】 任务一：了解抽水的工作原理 (1)如图甲所示取一个注射器，把针头插到装有水的盆中，向上拉动活塞，就能看到水在_________的作用下从低处升到高处，理想情况下，水提升的最大高度是_______m（一个标准大气压，g取10N/kg，）。 任务二：了解活塞式抽水机的工作过程 通过查阅资料，了解到活塞式抽水机的工作过程如图乙所示。 任务三：设计制作活塞式抽水机 小明参照图乙所示的结构，选取一个用来装洗涤液的空瓶子，一根筷子，一块塑料片，一个小球，一块橡皮膏，一根塑料管制作成了一个简易的活塞式抽水机，如图丙所示。 丙（a）：将洗涤液的空瓶子的底部裁剪下来，底部当成活塞，瓶身当成圆筒； 丙（b）：在瓶身上方打一个孔，安装出水管； 丙（c）：在活塞上开一个小孔，把塑料片一边粘在活塞上，使塑料片刚好能盖住小孔，作为阀门A；在洗涤液瓶口中间放一枚小球做成阀门B。 (2)如图丙（c）所示，活塞向上提起时，阀门A关闭，此时阀门B下方的压强________（选填“大于”或“小于”）阀门B上方的压强，阀门B下方的水推开阀门B进入圆管中。再向下压活塞，阀门A__________，阀门B__________，水进入活塞上方圆筒中，活塞反复上下运动，最终源源不断的将水抽到高处。为了能按照需要顺利地打开和关闭阀门B，小球的密度应比水的密度__________。 任务四：改进活塞式抽水机 (3)为了使自制的活塞式抽水机使用时更加便捷，小明给它安装了一个手柄AOB，在A点施加动力提压活塞。如图丁（a）所示，测得OB长5cm，OA长15cm，则手柄相当于_________（选填“省力”或“费力”）杠杆。 (4)如图丁（b）所示，当手柄转动到水平位置时，活塞上下表面均有水，测得，，活塞的半径为3cm，活塞与筒壁的摩擦力为2.25N，取10N/kg，，取3，活塞的厚度及装置本身的重力均不计，此时使手柄转动的最小的动力为________N。 【展示交流】 (5)某组的同学发现，自制的活塞式抽水机抽不上水，请写出一条可能的原因___________________。 【答案】(1) 大气压强 10 (2) 大于 打开 关闭 大 (3)省力 (4)3 (5)见详解 【详解】（1）[1]活塞式抽水机的结构及工作原理：取一个注射器，把针头插到装有水的盆中，向上拉动活塞，能看到水从低处升到高处，这是靠大气压的作用，使水升到高处的。因为活塞向上拉动时，注射器内空气稀薄，气压小于外界大气压，在大气压作用下，水被压入注射器。 [2]最高的水柱产生的压强与大气压强相等，根据公式可知，理论上抽水机提升水最大高度 （2）[1][2][3]活塞向上提起时，阀门A关闭，此时阀门B下方的压强大于阀门B上方的压强，因为活塞上提，圆筒内气体体积增大，压强减小，而外界大气压不变，所以在压强差作用下，阀门B下方的水推开阀门B进入圆管中。再向下压活塞，阀门B关闭，阀门A打开，水进入活塞上方圆筒中，活塞反复上下运动，最终成功的将水抽到高处。 [4]为了能够按照需要顺利地打开和关闭阀门B，小球的密度应大于水的密度，不应漂浮或悬浮。 （3）如图丁（a）所示，测得OB长5cm，OA长15cm，此时动力臂大于阻力臂，则手柄相当于省力杠杆。 （4）活塞的面积S=（0.03m）2×3=0.0027m2 活塞受到的力为F拉+p0S-ρ水gSh2=p0S+ρ水gSh1+f 则活塞受到的拉力为F拉=f+ρ水gh1S+ρ水gh2S=2.25N+1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m×0.0027m2+1.0×103kg/m3×10N/kg×0.05m×0.0027m2=9N 由于物体间力的作用是相互的，所以杠杆受到的阻力为F2=F拉=9N 由杠杆的平衡条件得F1L1=F2L2，则 （5）如果活塞与筒壁之间、各连接处等存在缝隙，导致空气进入，或者活塞下面有空气，筒内无法形成足够的气压差，水就不能抽上来。 三、综合与应用题 15．某兴趣小组围绕 “大气压在生命活动与机械装置中的应用” 主题，结合人体呼吸模型与活塞式抽水机简易模型开展探究实验（装置如图：图 1 为人体肺部呼吸模型，图 2 为活塞式抽水机模型，其活塞与筒壁紧密接触、可上下滑动，A、B 为仅能向上开启的单向阀门）。请回答下列问题： (1)人体吸气时，胸廓扩张，肺的容积增大，肺内气压_______外界大气压，外界空气在大气压作用下进入肺部。这一气压变化规律，与活塞式抽水机活塞向上运动时，下室气压小于外界大气压、水被压入圆筒的原理本质一致。 (2)活塞式抽水机工作时，活塞向下运动，下室气压增大，水从下室进入上室，此时打开的阀门是____________。这一过程中 “内部气压增大推动流体排出” 的原理，与人体呼气时肺内气压增大、气体排出的规律相似。 (3)已知张家界天门山主峰海拔约 1518.6m，在海拔 2km 以内，每升高 10m 大气压减少 100Pa。若山脚入口大气压为1×105Pa，则山顶大气压为__________Pa。 【答案】(1)小于 (2)A (3)84814 【详解】（1）当人体吸气时，胸廓扩张，膈肌下降，胸廓容积扩大，肺随之扩张，肺容积增大，肺内气压减小，小于外界大气压，外界空气在大气压作用下进入肺部。 （2）由图可知，活塞向下运动，下室气压增大，阀门A打开，阀门B关闭，水才能从下室进入上室，故此时打开的阀门是A。 （3）山顶与山脚比，压强减小量为 山顶大气压为 16．阅读下面短文，回答问题． 抽水机也叫水泵，是一种利用大气压强的抽水工具．如图是活塞式抽水机工作原理的示意图。其中，活塞跟筒壁紧密接触但是可以上下滑动，A、B是只能向上开启的阀门．使用时，有经验的人会先往抽水机的圆筒里倒一点水，这样可以更容易把水抽出来。若提起活塞，阀门A受到大气压的作用而关闭，活塞的下面空气稀薄，圆筒内气压①外界的大气压。于是，低处的水受到大气压的作用推开阀门B进入圆筒（图甲）；当压下活塞时，阀门B被水压下而关闭，水被阻不能向下流动，于是冲开阀门A进入圆筒的上部（图乙）；再提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门A关闭，水从侧管流出。与此同时，井里的水又在大气压的作用下推开阀门②而进入圆筒（图丙）。这样，活塞不停地上下移动，水就从管口连续不断地流出。 （1）文中①处应填_________（选填“大于”“小于”或“等于”），②处应填_________（选填“A”或“B”）； （2）有经验的人在使用该抽水机时先往圆筒里倒一点水，目的是增强活塞与筒壁间的_________； A．气密性　　B．摩擦力　　C．压强 （3）下列现象与活塞式抽水机工作原理不相同的是_________； A．吸盘紧紧吸在墙上　　B．用吸尘器吸尘 C．用吸管喝牛奶　　D．手机保护膜吸附在手机屏幕上 （4）在大气压为时，该抽水机提升水的最大高度是_________m（g取），在海拔3000m的青藏高原该抽水机提升水的最大高度_________（选填“高于”“低于”或“等于”）在珠海提升的最大高度。 【答案】 小于 B A D 10 低于 【详解】（1）[1]活塞的下面空气稀薄，则筒内的气压将变小，所以圆筒内气压小于外界的大气压。 [2]由图可知，井里的水又在大气压的作用下推开阀门B。 （2）[3]有经验的人在使用该抽水机时先往圆筒里倒一点水，形成水膜，增强活塞与筒壁间的气密性。 （3）[4]A．吸盘使用时，将吸盘与墙壁之间的空气排出，吸盘内的气压小于大气压，大气压将吸盘紧紧吸在墙上，故A不符合题意； B．用吸尘器吸尘时，风扇加进去使吸尘器内空气流速增大气压减小，大气压将灰尘压入吸尘器内，故B不符合题意； C．用吸管喝牛奶时，先将吸管内空气吸走，大气压将牛奶压入吸管从而进入嘴里，故C不符合题意； D．手机保护膜吸附在手机屏幕上，利用的是静电吸附或分子间作用力，没有利用大气压，故D符合题意； 故选D。 （4）[5]在海拔3000m以内，每升高10m大气压降低100Pa，3000m的山顶上气压降低 300×100Pa=30000Pa则山顶气压 1.0×105Pa-30000Pa=7×104 Pa在大气压为1×105Pa时，该抽水机提升水的最大高度是 海拔高，气压低，3000m的山顶上气压降低，所以最大高度低于在珠海提升的最大高度。 学科网（北京）股份有限公司 $