3. 下列甲、乙、丙、丁四幅图是某实验小组利用弹簧测力计、溢水杯、圆柱体物块、小桶和水探究“浸在液体中的物体所受浮力跟它排开液体所受重力的关系”的过程情景，其中弹簧测力计的示数依次是$ F_1 $、$ F_2 $、$ F_3 $、$ F_4 $。

(1)在实验操作前，细心的小明同学指出情景甲中存在错误，该错误是溢水杯中水面。
(2)纠正错误后，该探究实验的合理顺序为（用甲、乙、丙、丁表示）。
(3)在情景乙的测量中，溢水口还在溢水，小正同学便急忙把小桶移开，开始测量小桶和溢出水的总重力，这样会导致测得的“排开液体所受重力”（选填“偏小”“不变”或“偏大”）。
(4)在完成实验之后，小聪同学发现实验桌上有一瓶用于测量密度的盐水，她思考之后建议利用浮力来测量该盐水的密度。组内同学经过一番讨论，仅增加了戊图（注意：戊图中是盐水，乙图中是水）所示步骤，此时弹簧测力计示数为$ F_5 $，则待测盐水的密度$ \rho_{\mathrm{液}} $可表示为$ \frac{X}{F_1 - F_2}\rho_{\mathrm{水}} $或$ \frac{X}{F_3 - F_4}\rho_{\mathrm{水}} $，其中$ X = $（用$ F_1 $、$ F_5 $表示）。

3.(1)没有到达溢水口 (2)丁、甲、乙、丙 (3)偏小 (4)$F_1-F_5$

【分析】
本题围绕“探究浸在液体中的物体所受浮力跟排开液体所受重力的关系”实验展开，需结合实验操作规范、阿基米德原理分析各问题：
1. 实验前溢水杯需装满液体，确保物体浸入时溢出的液体等于排开的液体，甲图中水面未到溢水口，不符合要求；
2. 实验顺序应先测空桶重力，再测物体重力，接着将物体浸入溢水杯收集溢出液体，最后测桶和溢出液体总重力；
3. 若溢水口还在溢水时移开小桶，会导致收集的溢出液体偏少，排开液体重力测量值偏小；
4. 利用浮力测盐水密度时，同一物体浸没在水和盐水中，排开体积相同，根据阿基米德原理，浮力之比等于液体密度之比，结合两次弹簧测力计示数推导即可得到X的值。
【解析】
(1) 探究阿基米德原理时，溢水杯需预先装满水，使物体浸入时溢出的水等于排开的水，甲图中溢水杯水面没有到达溢水口，存在错误；
(2) 实验合理顺序：先测空小桶的重力（丁），再测圆柱体物块的重力（甲），接着将物块浸入溢水杯，收集溢出的水（乙），最后测小桶和溢出水的总重力（丙），故顺序为丁、甲、乙、丙；
(3) 溢水口还在溢水时移开小桶，会导致部分溢出的水未进入小桶，测得的排开液体的重力（即小桶和溢出水总重减去空桶重）偏小；
(4) 圆柱体物块浸没在水中时，浮力$F_{\mathrm{浮水}}=F_1-F_2$；浸没在盐水中时，浮力$F_{\mathrm{浮液}}=F_1-F_5$。根据阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{液}}gV_{\mathrm{排}}$，因物体均浸没，$V_{\mathrm{排}}$相同，故$\frac{F_{\mathrm{浮液}}}{F_{\mathrm{浮水}}}=\frac{\rho_{\mathrm{液}}}{\rho_{\mathrm{水}}}$，代入得$\rho_{\mathrm{液}}=\frac{F_1-F_5}{F_1-F_2}\rho_{\mathrm{水}}$，所以$X=F_1-F_5$；同时排开水的重力$G_{\mathrm{排}}=F_3-F_4=F_1-F_2$，代入后也符合$\rho_{\mathrm{液}}=\frac{F_1-F_5}{F_3-F_4}\rho_{\mathrm{水}}$，故$X=F_1-F_5$。
【答案】
(1)没有到达溢水口；(2)丁、甲、乙、丙；(3)偏小；(4)$F_1-F_5$
【知识点】
阿基米德原理、浮力测量、液体密度计算
【点评】
本题考查阿基米德原理的探究实验及应用，需掌握实验操作注意事项、合理实验顺序，还需利用阿基米德原理推导液体密度，综合性较强，需理清各物理量间的关系。
【难度系数】
0.5

4.如图所示，图甲是小东用弹簧测力计挂着一块不吸水的实心圆柱形合金体，从空中逐渐浸入水中的情景。图乙是弹簧测力计的示数F随该合金体逐渐向下移动的距离h的变化图像。合金体从接触水面到刚浸没的过程中，受到的浮力（选填“变大”“变小”或“不变”）。合金体的密度是 $\mathrm{kg/m}^3$。（$g$取$10\ \mathrm{N/kg}$，$\rho_{\mathrm{水}}=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$）

4.变大 $4.0×10^3$

【分析】
合金体从接触水面到刚浸没时，排开水的体积逐渐增大，根据阿基米德原理可判断浮力变化；要计算合金体密度，需从图像获取重力和完全浸没时的拉力，进而算出浮力，结合阿基米德原理求体积，再用密度公式计算。
【解析】
1. 合金体从接触水面到刚浸没的过程中，排开水的体积$V_{排}$逐渐变大，根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$，水的密度$\rho_{水}$和$g$不变，$V_{排}$变大，因此浮力变大。
2. 由图乙可知，当合金体未浸入水中时，弹簧测力计示数等于重力，即$G=2.0\ \mathrm{N}$；当合金体完全浸没时，弹簧测力计示数$F=1.5\ \mathrm{N}$，此时合金体受到的浮力：$F_{浮}=G-F=2.0\ \mathrm{N}-1.5\ \mathrm{N}=0.5\ \mathrm{N}$。
3. 根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$，完全浸没时合金体体积$V=V_{排}=\frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}=\frac{0.5\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}}=5×10^{-5}\ \mathrm{m^3}$。
4. 合金体的质量$m=\frac{G}{g}=\frac{2.0\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}}=0.2\ \mathrm{kg}$，则合金体的密度：$\rho=\frac{m}{V}=\frac{0.2\ \mathrm{kg}}{5×10^{-5}\ \mathrm{m^3}}=4.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}$。
【答案】
变大；$4.0×10^3$
【知识点】
浮力的变化、密度计算、阿基米德原理
【点评】
本题结合图像考查浮力与密度的综合计算，关键是从图像中提取重力和完全浸没时的拉力信息，利用相关公式逐步推导，需掌握阿基米德原理和密度公式的应用。
【难度系数】
0.5

5. 如图所示，甲、乙两图中摆线的长度、摆线与竖直方向的夹角以及木块均相同，钢球A、B的质量远大于木块的质量，且$m_A=3m_B$。

(1)图甲、乙中，同时由静止释放A、B两球；观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置，这表明：两钢球在摆动过程中的任一时刻，速度的大小与钢球的无关。
(2)小强用如图甲、乙所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”，将钢球按图示位置由静止释放，当钢球摆动到竖直位置时，恰好与静止在水平面上的木块发生碰撞，木块在水平面上滑行一定距离后停止。实验中通过比较来判断钢球动能的大小。
(3)用该实验装置（选填“可以”或“不可以”）探究“物体的重力势能大小与哪些因素有关”。
(4)小强想用图丙所示装置探究物体动能与质量的关系，先后用钢球A、B将弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块(水平面对钢球的阻力忽略不计)，记录两次木块移动的距离$s_1$、$s_2$。实验中发现$s_1$（选填“大于”“等于”或“小于”）$s_2$。

5.(1)质量 (2)木块滑行的距离 (3)可以 (4)等于

【分析】
(1) 甲、乙两球摆长、摆角相同，质量不同，同时释放后同时到达竖直位置，说明两球速度相同，由此判断速度与质量无关；
(2) 实验中通过转换法，将钢球动能的大小转换为木块滑行的距离来体现；
(3) 探究重力势能时，可通过改变钢球质量或释放高度实现控制变量，该装置可以完成；
(4) 弹簧压缩程度相同，弹性势能相同，转化为钢球的动能相同，因此木块滑行距离相等。
【解析】
(1) 甲、乙两图中，摆线长度和摆角均相同，仅钢球质量不同，两球同时释放且同时到达竖直位置，说明相同时间内两球运动的路程相等，即速度大小相同，因此钢球摆动过程中任一时刻的速度大小与钢球的质量无关；
(2) 实验中，钢球的动能大小无法直接观察，利用转换法，钢球动能越大，对木块做功越多，木块滑行的距离越远，因此通过比较木块滑行的距离来判断钢球动能的大小；
(3) 探究重力势能的影响因素时，若探究重力势能与质量的关系，可让不同质量的钢球从同一高度释放；若探究重力势能与高度的关系，可让同一钢球从不同高度释放，该装置均可实现，因此可以探究“物体的重力势能大小与哪些因素有关”；
(4) 弹簧压缩相同程度，其储存的弹性势能相同，释放后弹性势能转化为钢球的动能，因此钢球撞击木块时的动能相同，同一木块在水平面上滑行时，受到的阻力相同，根据功的原理，动能相同则滑行距离相同，故$s_1$等于$s_2$。
【答案】
5.(1)质量 (2)木块滑行的距离 (3)可以 (4)等于
【知识点】
动能的影响因素、重力势能的影响因素、弹性势能与动能的转化
【点评】
本题围绕动能、重力势能的探究实验展开，重点考查转换法、控制变量法的应用，以及能量转化的理解，属于基础实验题，需学生掌握实验设计的核心思路。
【难度系数】
0.6