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c
增加配重

不变
12.5
换更细的吸

1
等于

增加
小于
调大
【分析】
1. 第(1)问:要选择能较好反映不同液体密度差异的柱状物体,需结合密度计的工作原理——漂浮时浮力等于重力。同一物体在不同液体中漂浮,浮力相同,液体密度不同则排开液体体积不同。柱状物体越细,排开体积变化时,浸入液体的深度变化越明显,能更清晰区分不同液体的密度,因此选择甲图中最细的c。
2. 第(2)问:
① 图乙中吸管倾斜漂浮,说明其重心偏高,要实现竖直漂浮,需让重心下移,可通过增加配重(或调整配重位置)使重心落在吸管底部,保证重心与浮心在同一竖直线上。
② 密度计始终漂浮,浮力等于自身重力,重力不变则浮力不变;根据阿基米德原理,排开液体的重力等于浮力,故排开液体重力不变。由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$可知,液体密度越大,排开液体体积越小,浸入液体的深度越小,因此露出液面的长度越长。
③ 利用漂浮时浮力等于重力的关系,设吸管横截面积为$S$,分别列出在水和酒精中的浮力表达式,联立即可求出酒精中浸入的深度$H'$。
3. 第(3)问:提高密度计的精确度,需让液体密度变化时,吸管浸入深度的变化更明显,换用更细的吸管,相同体积变化下深度变化更大,刻度间隔更宽,便于精确读数。
【解析】
(1) 密度计的核心原理是漂浮时浮力等于重力,同一物体在不同液体中漂浮时浮力相同,液体密度不同则排开液体体积不同。柱状物体越细,排开体积变化时浸入深度的变化越显著,能更直观反映不同液体的密度差异,因此选$\boldsymbol{c}$。
(2)① 图乙中吸管倾斜,说明重心位置偏上,要使其竖直漂浮,可通过增加配重(或调整配重位置,使重心下移至吸管底部),让吸管的重心与浮心在同一竖直线上,实现竖直漂浮。
② 密度计始终处于漂浮状态,浮力等于自身重力,由于密度计重力不变,所以浮力不变;根据阿基米德原理$F_{浮}=G_{排}$,排开液体的重力等于浮力,因此排开液体的重力不变。由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$可知,液体密度$\rho_{液}$越大,排开液体的体积$V_{排}$越小,吸管浸入液体的深度越小,故露出液面部分的长度越长。
③ 设吸管的横截面积为$S$,密度计的重力为$G$。
在水中漂浮时:$G=F_{浮水}=\rho_{水}gSH$
在酒精中漂浮时:$G=F_{浮酒}=\rho_{酒}gSH'$
联立两式,约去$g$、$S$,代入数据:
$H'=\frac{\rho_{水}}{\rho_{酒}}H=\frac{1.0×10^{3}\ \mathrm{kg/m^{3}}}{0.8×10^{3}\ \mathrm{kg/m^{3}}}×10\ \mathrm{cm}=12.5\ \mathrm{cm}$
(3) 要提高密度计的精确度,可换用更细的吸管(合理即可),这样液体密度变化时,吸管浸入深度的变化更明显,刻度间隔更大,便于精确读数。
【答案】
1.(1)$\boldsymbol{c}$ (2)①增加配重(合理即可) ②$\boldsymbol{长}$ $\boldsymbol{不变}$ ③$\boldsymbol{12.5}$ (3)换更细的吸管(合理即可)
【知识点】
漂浮条件、阿基米德原理、密度计原理
【点评】
本题结合跨学科实践场景,考查密度计的工作原理及应用,需要灵活运用漂浮条件与阿基米德原理分析问题,同时考查实验装置的改进能力,体现了物理知识在生活中的实际应用价值。
【难度系数】
0.6
1;等于;小
【分析】
1. 第一个空:密度计漂浮时浮力等于重力,图甲中密度计上浮过多,说明自身重力偏小,为让密度计下沉至合适位置,能合理标注刻度,需要增加铜丝配重,增大重力,从而增大排开水的体积。
2. 第二个空:密度计刻度“上小下大”,因为液体密度越大,密度计浸入深度越小。设密度计横截面积为$S$,重力为$G$,结合漂浮条件分别列出在水和密度为$1.8\ \mathrm{g/cm}^3$液体中的受力等式,推导得出浸入深度的关系,再计算AB中点C对应的液体密度,对比可知其小于$1.4\ \mathrm{g/cm}^3$。
3. 第三个空:增加配重后,密度计重力增大,当液面对准C点时,根据漂浮条件,在浸入深度不变的情况下,重力增大意味着对应的液体密度需增大,所以C处的密度值应调大。
【解析】
1. 分析第一个空:
密度计漂浮时满足$F_{浮}=G$,图甲中密度计上浮过多,说明重力较小,为使密度计下沉至合适的刻度标注位置,需增加铜丝配重,增大自身重力,进而增大排开水的体积。
2. 分析第二个空:
设密度计横截面积为$S$,重力为$G$。
在水中(A处,$\rho_{水}=1\ \mathrm{g/cm}^3$):$G=\rho_{水}gS h_{A}$
在密度为$1.8\ \mathrm{g/cm}^3$的液体中(B处):$G=\rho_{1}gS h_{B}$
联立两式可得:$1× h_{A}=1.8× h_{B}$,即$h_{A}=1.8h_{B}$。
AB中点C的浸入深度$h_{C}=\frac{h_{A}+h_{B}}{2}=\frac{1.8h_{B}+h_{B}}{2}=1.4h_{B}$。
当液面对准C时,$G=\rho_{液}gS h_{C}$,将$G=\rho_{水}gS h_{A}$代入得:
$\rho_{液}=\frac{\rho_{水}h_{A}}{h_{C}}=\frac{1×1.8h_{B}}{1.4h_{B}}\approx1.29\ \mathrm{g/cm}^3$,该值小于$1.4\ \mathrm{g/cm}^3$。
3. 分析第三个空:
增加配重后,密度计重力$G'$增大,若液面对准C点($h_{C}$不变),根据$G'=\rho_{液}'gS h_{C}$,$G'$增大则对应的$\rho_{液}'$需增大,所以C处对应的液体密度值应调大。
【答案】
增加;小于;调大
【知识点】
物体漂浮条件;密度计原理
【点评】
本题围绕密度计的工作原理展开,核心是结合漂浮条件与阿基米德原理分析液体密度和浸入深度的关系,需牢记密度计“上小下大”的刻度特点,理解配重变化对刻度值的影响,考查对浮力相关知识的综合应用能力。
【难度系数】
0.6
解:密度计漂浮时,浮力等于重力,即$F_{\mathrm{浮}}=G$。由$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{液}}gV_{\mathrm{排}}$可得$\rho_{\mathrm{液}}gV_{\mathrm{排}}=G$,则$V_{\mathrm{排}}=\frac{G}{\rho_{\mathrm{液}}g}$。
对于选项A:水的密度$\rho_{\mathrm{水}}=1.0\ \mathrm{g/cm}^3$大于植物油的密度$\rho_{\mathrm{油}}=0.9\ \mathrm{g/cm}^3$,根据$V_{\mathrm{排}}=\frac{G}{\rho_{\mathrm{液}}g}$,密度越小,排开液体体积越大,密度计浸入液体越深。所以在植物油中($0.9\ \mathrm{g/cm}^3$)刻度应在水面刻度($1.0\ \mathrm{g/cm}^3$)的下方,即$0.9$刻度应在$A$点下方,A错误。
对于选项B:盐水密度$\rho_{\mathrm{盐水}}=1.1\ \mathrm{g/cm}^3$大于水的密度,排开盐水体积小于排开水的体积,密度计浸入盐水深度小于在水中深度,$B$点在水面刻度上方,所以实际液面处在此密度计$B$点的上方,B正确。
对于选项C:酒精密度$\rho_{\mathrm{酒精}}=0.8\ \mathrm{g/cm}^3$小于植物油密度,排开酒精体积大于排开植物油体积,密度计浸入酒精深度大于在植物油中深度,$0.8\ \mathrm{g/cm}^3$刻度应在$0.9\ \mathrm{g/cm}^3$刻度下方,实际液面处在此密度计$0.8\ \mathrm{g/cm}^3$刻度线的上方,C错误。
对于选项D:由$V_{\mathrm{排}}=Sh$($S$为吸管横截面积,$h$为浸入深度),可得$h=\frac{G}{\rho_{\mathrm{液}}gS}$,$h$与$\rho_{\mathrm{液}}$成反比,刻度不均匀,小明均匀标示刻度错误,D错误。
结论:B