Question

2．（1）小明想用壓強(qiáng)計(jì)區(qū)分兩杯清水和鹽水，其操作如下：

①當(dāng)壓強(qiáng)計(jì)的金屬盒在空氣中時(shí)，小明卻觀察到U形管兩邊的液面如圖1a所示．出現(xiàn)這種情況的原因是：U形管左支管液面上方的氣壓大于大氣壓（填“大于”、“小于”或“等于”）；調(diào)節(jié)的方法是：取下軟管重新安裝．
②小明再作圖1b所示的檢查．當(dāng)用手指按壓（不論輕壓還是重壓）橡皮膜時(shí)，發(fā)現(xiàn)U形管兩邊液柱的高度幾乎不變化．出現(xiàn)這種情況的原因是：左支管與橡膠管連接處或金屬盒處橡皮膜漏氣．
③壓強(qiáng)計(jì)調(diào)節(jié)正常后，小明將金屬盒先后浸入到兩杯液體中，如圖1c和1d所示．他發(fā)現(xiàn)圖1d中U形管兩邊的液柱高度差較大，于是認(rèn)為圖1d杯子中盛的是鹽水．
你認(rèn)為，小明的結(jié)論是不可靠（填“可靠的”或“不可靠的”）；理由是實(shí)驗(yàn)中金屬盒橡皮膜所在的深度不同，不能得到正確結(jié)論，正確的操作是將探頭放入液體中相同深度的位置，再根據(jù)左右兩管的液面高度差大小進(jìn)行判斷．
（2）小東想估測(cè)出某種油的密度ρ_油，他手邊的測(cè)量工具只有刻度尺，小東利用身邊的器材設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案．
首先找一根直硬棒，用細(xì)線系在O點(diǎn)吊起，硬棒在水平位置平衡，然后將已知密度為ρ的金屬塊B掛在硬棒左端C處，另外找一個(gè)重物A掛在硬棒右端，調(diào)節(jié)重物A的位置，使硬棒在水平位置平衡，此時(shí)重物掛在硬棒上的位置為E，如圖2所示．下面是小東測(cè)出ρ_油的余下實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)你按照小東的實(shí)驗(yàn)思路，將實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整．
a．用刻度尺測(cè)出OC的長(zhǎng)度l₀；
b．用刻度尺測(cè)出OE的長(zhǎng)度l₁；
c．把金屬塊B浸沒在油中，把重物A從E處移動(dòng)到D處時(shí)，硬棒再次水平平衡；
d．用刻度尺測(cè)出OD的長(zhǎng)度l₂；
實(shí)驗(yàn)完畢后，同組的小明利用兩次平衡條件及阿基米德原理去推算這種油的密度時(shí)，發(fā)現(xiàn)a（選填“a”或“b”）的實(shí)驗(yàn)步驟是沒有必要的．
利用上述測(cè)量出的必要物理量和題中的已知量，推導(dǎo)ρ_油=$\frac{ρ（{l}_{1}-{l}_{2}）}{{l}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）①在壓強(qiáng)計(jì)中，U形管兩側(cè)的高度不同，說明左側(cè)支管中的氣壓與右側(cè)的大氣壓大小不同；調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)從左側(cè)支管來進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般需要重新安裝；
②按壓橡皮膜U形管中的液柱不動(dòng)，說明空氣沒有將壓強(qiáng)傳遞給管中的液體，表明裝置漏氣；
③在實(shí)驗(yàn)過程中，要想探究壓強(qiáng)大小與液體密度的關(guān)系，應(yīng)該保持浸入的深度相同，這樣得出的結(jié)論才是可靠的．
（2）要解決此題，需要掌握杠桿的平衡條件：F₁L₁=F₂L₂．
同時(shí)要掌握浮力的計(jì)算公式F_浮=ρ_液gV_排．
知道浸沒在液體中的物體受到拉力、浮力和重力之間的關(guān)系．F=G-F_浮．

解答 解：
（1）①當(dāng)左支管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)大于右側(cè)大氣壓時(shí)，U形管中液面會(huì)出現(xiàn)圖a的情況；重新安裝，使左側(cè)管內(nèi)壓強(qiáng)減小，可解決這一問題；
②漏氣是造成按壓橡皮膜時(shí)，液柱的高度不變的原因；
③依靠圖中實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是不可靠的，因?yàn)闆]有按照控制變量法的要求來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)時(shí)應(yīng)保持深度相同的情況下，觀察液體密度對(duì)壓強(qiáng)大小的影響．
（2）本實(shí)驗(yàn)主要想利用杠桿的平衡條件進(jìn)行計(jì)算，第一次在B和A的拉力作用下杠桿保持平衡，根據(jù)杠桿的平衡條件列車一個(gè)關(guān)系式；第二次當(dāng)把A浸沒在油中時(shí)，由于受到油的浮力作用，通過挪動(dòng)A的位置使杠桿第二次平衡，這樣可以根據(jù)杠桿的平衡條件列車第二個(gè)關(guān)系式．這樣根據(jù)兩個(gè)關(guān)系式，組成方程組，便可以求出油的密度．所以在實(shí)驗(yàn)過程中要注意測(cè)量出OD的長(zhǎng)度l₂．
當(dāng)A在空氣中時(shí)，根據(jù)杠桿的平衡條件：ρgV_B•l₀=ρ_AgV_A•l₁  ①
把金屬塊B浸沒在油中時(shí)，金屬塊A將受到油向上的浮力作用．
則根據(jù)杠桿的平衡條件得：ρgV_B•l₀=（ρ_AgV_A-ρ_油gV_A）•l₂   ②
由①、②得：
ρ_油=$\frac{ρ（{l}_{1}-{l}_{2}）}{{l}_{1}}$，與所測(cè)的l0的值無關(guān)．所以可以看出a步驟是沒有必要的．
故答案為：
（1）①大于；取下軟管重新安裝；
②左支管與橡膠管連接處或金屬盒處橡皮膜漏氣；
③不可靠；實(shí)驗(yàn)中金屬盒橡皮膜所在的深度不同，不能得到正確結(jié)論；
將探頭放入液體中相同深度的位置，再根據(jù)左右兩管的液面高度差大小進(jìn)行判斷．
（2）OD的長(zhǎng)度l₂；a；ρ_油=$\frac{ρ（{l}_{1}-{l}_{2}）}{{l}_{1}}$．

點(diǎn)評(píng) （1）在探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)儀器結(jié)構(gòu)的了解和熟練運(yùn)用是實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)過程中還要注意控制變量法的正確運(yùn)用．
（2）此題是探究壓力作用效果與壓力大小之間的關(guān)系．在此題注意控制變量法的應(yīng)用，要保持受力面積不變，同時(shí)考查了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能力，在實(shí)驗(yàn)過程中要注意實(shí)驗(yàn)效果要明顯，并且易操作．