Question

2．（1）小明想用压强计区分两杯清水和盐水，其操作如下：

①当压强计的金属盒在空气中时，小明却观察到U形管两边的液面如图1a所示．出现这种情况的原因是：U形管左支管液面上方的气压大于大气压（填“大于”、“小于”或“等于”）；调节的方法是：取下软管重新安装．
②小明再作图1b所示的检查．当用手指按压（不论轻压还是重压）橡皮膜时，发现U形管两边液柱的高度几乎不变化．出现这种情况的原因是：左支管与橡胶管连接处或金属盒处橡皮膜漏气．
③压强计调节正常后，小明将金属盒先后浸入到两杯液体中，如图1c和1d所示．他发现图1d中U形管两边的液柱高度差较大，于是认为图1d杯子中盛的是盐水．
你认为，小明的结论是不可靠（填“可靠的”或“不可靠的”）；理由是实验中金属盒橡皮膜所在的深度不同，不能得到正确结论，正确的操作是将探头放入液体中相同深度的位置，再根据左右两管的液面高度差大小进行判断．
（2）小东想估测出某种油的密度ρ_油，他手边的测量工具只有刻度尺，小东利用身边的器材设计出一个实验方案．
首先找一根直硬棒，用细线系在O点吊起，硬棒在水平位置平衡，然后将已知密度为ρ的金属块B挂在硬棒左端C处，另外找一个重物A挂在硬棒右端，调节重物A的位置，使硬棒在水平位置平衡，此时重物挂在硬棒上的位置为E，如图2所示．下面是小东测出ρ_油的余下实验步骤，请你按照小东的实验思路，将实验步骤补充完整．
a．用刻度尺测出OC的长度l₀；
b．用刻度尺测出OE的长度l₁；
c．把金属块B浸没在油中，把重物A从E处移动到D处时，硬棒再次水平平衡；
d．用刻度尺测出OD的长度l₂；
实验完毕后，同组的小明利用两次平衡条件及阿基米德原理去推算这种油的密度时，发现a（选填“a”或“b”）的实验步骤是没有必要的．
利用上述测量出的必要物理量和题中的已知量，推导ρ_油=$\frac{ρ（{l}_{1}-{l}_{2}）}{{l}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）①在压强计中，U形管两侧的高度不同，说明左侧支管中的气压与右侧的大气压大小不同；调节时应从左侧支管来进行调节，一般需要重新安装；
②按压橡皮膜U形管中的液柱不动，说明空气没有将压强传递给管中的液体，表明装置漏气；
③在实验过程中，要想探究压强大小与液体密度的关系，应该保持浸入的深度相同，这样得出的结论才是可靠的．
（2）要解决此题，需要掌握杠杆的平衡条件：F₁L₁=F₂L₂．
同时要掌握浮力的计算公式F_浮=ρ_液gV_排．
知道浸没在液体中的物体受到拉力、浮力和重力之间的关系．F=G-F_浮．

解答 解：
（1）①当左支管内气体的压强大于右侧大气压时，U形管中液面会出现图a的情况；重新安装，使左侧管内压强减小，可解决这一问题；
②漏气是造成按压橡皮膜时，液柱的高度不变的原因；
③依靠图中实验得出的结论是不可靠的，因为没有按照控制变量法的要求来进行实验，改进时应保持深度相同的情况下，观察液体密度对压强大小的影响．
（2）本实验主要想利用杠杆的平衡条件进行计算，第一次在B和A的拉力作用下杠杆保持平衡，根据杠杆的平衡条件列车一个关系式；第二次当把A浸没在油中时，由于受到油的浮力作用，通过挪动A的位置使杠杆第二次平衡，这样可以根据杠杆的平衡条件列车第二个关系式．这样根据两个关系式，组成方程组，便可以求出油的密度．所以在实验过程中要注意测量出OD的长度l₂．
当A在空气中时，根据杠杆的平衡条件：ρgV_B•l₀=ρ_AgV_A•l₁  ①
把金属块B浸没在油中时，金属块A将受到油向上的浮力作用．
则根据杠杆的平衡条件得：ρgV_B•l₀=（ρ_AgV_A-ρ_油gV_A）•l₂   ②
由①、②得：
ρ_油=$\frac{ρ（{l}_{1}-{l}_{2}）}{{l}_{1}}$，与所测的l0的值无关．所以可以看出a步骤是没有必要的．
故答案为：
（1）①大于；取下软管重新安装；
②左支管与橡胶管连接处或金属盒处橡皮膜漏气；
③不可靠；实验中金属盒橡皮膜所在的深度不同，不能得到正确结论；
将探头放入液体中相同深度的位置，再根据左右两管的液面高度差大小进行判断．
（2）OD的长度l₂；a；ρ_油=$\frac{ρ（{l}_{1}-{l}_{2}）}{{l}_{1}}$．

点评 （1）在探究液体内部压强规律的实验中，对仪器结构的了解和熟练运用是实验成功的基础，实验过程中还要注意控制变量法的正确运用．
（2）此题是探究压力作用效果与压力大小之间的关系．在此题注意控制变量法的应用，要保持受力面积不变，同时考查了学生对实验的设计能力，在实验过程中要注意实验效果要明显，并且易操作．