【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