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高度差
C
同种液体,深度
越深,液体压强越大
可靠
改变探头方向,液体压强不变

水平
匀速直线
二力平衡
A更好
不需要匀速拉动木板
鞋底各处的粗糙程度不同
【分析】
1. 第一问:首先明确液体压强计的工作原理是转换法,将不易直接测量的液体压强转换为U形管两侧液面的高度差来体现。若按压橡皮膜后液面无明显变化,说明装置气密性不佳,存在漏气情况,此时需先检查装置是否漏气。
2. 第二问:分析甲、乙实验时,需控制液体种类相同,对比探头深度和U形管液面高度差的变化,从而得出深度对液体压强的影响;分析乙、丙实验时,控制液体种类、探头深度相同,仅改变探头方向,观察U形管液面高度差是否变化,判断实验结论是否可靠。
3. 第三问:根据橡皮膜的形变方向判断两侧压强大小,再结合液体深度,利用液体压强公式$ p=\rho gh $推导液体密度的大小关系。橡皮膜向b侧凸,说明a侧压强小于b侧,结合a侧深度大于b侧的条件,可推出密度关系。
【解析】
(1)液体压强计通过U形管两侧液面的高度差反映被测液体压强的大小,高度差越大,说明液体压强越大。使用前按压橡皮膜,若两侧液面无明显变化,说明装置漏气,应检查装置是否漏气,故选C。
(2)甲、乙两次实验中,液体为同种液体(水),乙中探头的深度更深,U形管两侧液面的高度差更大,因此得出结论:同种液体,深度越深,液体压强越大。
乙、丙两次实验中,液体种类相同、探头深度相同,仅改变探头的方向,U形管两侧液面的高度差不变,说明液体压强不变,因此小明得出的“在相同液体内部同一深度,各个方向的压强大小相等”的结论是可靠的,理由是改变探头方向,U形管两侧液面高度差不变(即液体压强不变)。
(3)图(d)中橡皮膜向b侧凸,说明a侧液体的压强小于b侧($ p_a < p_b $);由图可知a侧液体的深度大于b侧($ h_a > h_b $)。根据液体压强公式$ p=\rho gh $,变形可得$ \rho=\frac{p}{gh} $,在$ p_a < p_b $、$ h_a > h_b $的条件下,可推出$ \rho_a < \rho_b $。
【答案】
(1)高度差;C
(2)同种液体,深度越深,液体压强越大;可靠;改变探头方向,U形管两侧液面高度差不变(或液体压强不变)
(3)<
【知识点】
1. 液体压强的特点
2. 控制变量法与转换法的应用
3. 液体压强公式$ p=\rho gh $
【点评】
本题以液体压强探究实验为载体,综合考查了压强计的使用、实验方法的应用以及液体压强公式的推导,重点考查学生对实验探究过程的理解和分析能力,需要学生熟练掌握控制变量法、转换法的实验思想,并能灵活运用公式解决问题。
【难度系数】
0.65
【分析】
1. 第(1)问:弹簧测力计调零方向需与使用方向一致,后续实验是水平拉动运动鞋测量摩擦力,所以要在水平方向调零,避免弹簧自身重力影响测量准确性。
2. 第(2)问:要让弹簧测力计示数等于摩擦力,需使运动鞋做匀速直线运动,此时拉力与滑动摩擦力是一对平衡力,根据二力平衡原理,二者大小相等。判断防滑性能需比较滑动摩擦力与压力的比值(即接触面粗糙程度),结合实验数据可知A鞋的该比值更大,防滑性能更好。
3. 第(3)问:拉动木板时,鞋子始终处于静止状态,受力平衡,无论木板是否匀速运动,弹簧测力计示数都等于摩擦力大小,所以优点是不需要匀速拉动木板,操作更简便,读数更稳定。
4. 第(4)问:弹簧测力计示数不稳定,说明摩擦力大小在变化,在压力不变的情况下,原因是鞋底各处粗糙程度不同,导致滑动摩擦力大小发生变化。
【解析】
(1) 本实验中弹簧测力计用于水平方向测量拉力,因此要在水平方向上进行调零。
(2) 用弹簧测力计沿水平方向拉动运动鞋,使之做匀速直线运动,此时运动鞋在水平方向受到的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力,根据二力平衡原理,弹簧测力计示数等于摩擦力大小。结合实验数据可判断出A更好。
(3) 调整后拉动鞋下木板,鞋子始终静止,受力平衡,弹簧测力计示数始终等于摩擦力大小,因此优点是不需要匀速拉动木板,操作更简单,便于准确读数。
(4) 拉动木板过程中弹簧测力计示数不稳定,且鞋子未接触桌面,可能的原因是鞋底各处的粗糙程度不同,导致滑动摩擦力大小不断变化。
【答案】
(1) 水平
(2) 匀速直线;二力平衡;A更好
(3) 不需要匀速拉动木板
(4) 鞋底各处的粗糙程度不同
【知识点】
二力平衡原理;滑动摩擦力影响因素;弹簧测力计使用
【点评】
本题围绕滑动摩擦力测量实验展开,考查了实验操作细节、二力平衡的应用、实验方案优化以及影响滑动摩擦力的因素,注重对实验原理和分析能力的考查,帮助学生理解实验设计的逻辑。
【难度系数】
0.6