【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