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23.（6分）某同学在探究“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”时，完成了如图甲所示的三次实验。第一次和第二次实验用的是相同的长木板，第三次用的是材料相同但表面更粗糙的长木板，长木板始终静止在水平桌面上。
（1）实验时用弹簧测力计水平拉动木块，使它沿水平长木板做
（2）第一次和第二次实验表明：在接触面的
（3）第二次实验时弹簧测力计的示数为1.2 N，桌面对长木板的摩擦力
（1）实验时用弹簧测力计水平拉动木块，使它沿水平长木板做
匀速直线
运动，测出木块与木板之间的滑动摩擦力。（2）第一次和第二次实验表明：在接触面的
粗糙程度
相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；图乙中事例A
（填标号）利用到第二、三
两次实验结论。（3）第二次实验时弹簧测力计的示数为1.2 N，桌面对长木板的摩擦力
等于
（选填“大于”“等于”或“小于”）1.2 N，方向与木块的运动方向相反
。答案
23. (1)匀速直线 (2)粗糙程度 A 二、三 (3)等于 相反
【点拨】本题考查探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,注意实验原理及控制变量法的运用,属于基础实验题。
【解析】(1)实验时,用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿长木板做匀速直线运动,木块在水平方向上受到平衡力的作用,根据二力平衡知识可知拉力大小等于滑动摩擦力的大小,从而测出木块与长木板之间的滑动摩擦力;
(2)分析第一、二次实验知,接触面粗糙程度相同,第二次实验中压力大,弹簧测力计示数大,故可得出结论:在接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;比较第二、三次实验,压力相同,接触面粗糙程度不同,弹簧测力计示数不同,说明:压力一定时,滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度有关;体操运动员上器械前会在手上涂镁粉是为了使接触面更加粗糙,增大摩擦力,利用了第二、三两次实验的结论,给卧室门的合页处滴润滑油是通过使接触面分离来减小摩擦的;
(3)木块受到向右的拉力,也受到向左的木板给它的摩擦力,大小为 1.2 N,故木块对木板向右的摩擦力为 1.2 N,桌面对木板有向左的摩擦力,木板静止,所以木块对木板向右的摩擦力与桌面对木板向左的摩擦力是一对平衡力,大小相等为 1.2 N,方向与木块的运动方向相反。
【点拨】本题考查探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,注意实验原理及控制变量法的运用,属于基础实验题。
【解析】(1)实验时,用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿长木板做匀速直线运动,木块在水平方向上受到平衡力的作用,根据二力平衡知识可知拉力大小等于滑动摩擦力的大小,从而测出木块与长木板之间的滑动摩擦力;
(2)分析第一、二次实验知,接触面粗糙程度相同,第二次实验中压力大,弹簧测力计示数大,故可得出结论:在接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;比较第二、三次实验,压力相同,接触面粗糙程度不同,弹簧测力计示数不同,说明:压力一定时,滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度有关;体操运动员上器械前会在手上涂镁粉是为了使接触面更加粗糙,增大摩擦力,利用了第二、三两次实验的结论,给卧室门的合页处滴润滑油是通过使接触面分离来减小摩擦的;
(3)木块受到向右的拉力,也受到向左的木板给它的摩擦力,大小为 1.2 N,故木块对木板向右的摩擦力为 1.2 N,桌面对木板有向左的摩擦力,木板静止,所以木块对木板向右的摩擦力与桌面对木板向左的摩擦力是一对平衡力,大小相等为 1.2 N,方向与木块的运动方向相反。
解析
【分析】
本题围绕探究滑动摩擦力大小的实验展开，解题思路如下：
1. 第(1)问：利用二力平衡原理，需让木块做匀速直线运动，此时拉力与滑动摩擦力大小相等，才能准确测出滑动摩擦力。
2. 第(2)问：对比第一次和第二次实验，控制接触面粗糙程度相同，改变压力，得出压力对滑动摩擦力的影响；再分析乙图事例，A涂镁粉是增大接触面粗糙程度，对应压力相同、接触面粗糙程度不同的第二次和第三次实验结论，B滴润滑油是减小摩擦，不符合要求。
3. 第(3)问：长木板静止，受力平衡，木块对长木板的摩擦力等于弹簧测力计示数，因此桌面对长木板的摩擦力也等于该值；木块向右运动，木块对木板的摩擦力向右，故桌面对木板的摩擦力向左，与木块运动方向相反。
【解析】
(1) 实验时，用弹簧测力计水平拉动木块，使它沿水平长木板做匀速直线运动，此时木块在水平方向受到的拉力与滑动摩擦力是一对平衡力，根据二力平衡知识，拉力大小等于滑动摩擦力大小，从而测出木块与木板之间的滑动摩擦力。
(2) 第一次和第二次实验中，接触面粗糙程度相同，第二次实验压力更大，弹簧测力计示数更大，表明在接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。图乙中，体操运动员涂镁粉是通过增大接触面粗糙程度增大摩擦，对应压力相同、接触面粗糙程度不同的第二次和第三次实验结论；滴润滑油是减小摩擦，不符合要求，故选A，利用了二、三两次实验的结论。
(3) 第二次实验时，弹簧测力计示数为1.2N，说明木块受到的滑动摩擦力为1.2N，木块对长木板的摩擦力与该力是相互作用力，大小也为1.2N。长木板静止，水平方向受力平衡，因此桌面对长木板的摩擦力等于1.2N；木块向右运动，木块对长木板的摩擦力方向向右，故桌面对长木板的摩擦力方向向左，与木块的运动方向相反。
【答案】
(1)匀速直线；(2)粗糙程度；A；二、三；(3)等于；相反
【知识点】
滑动摩擦力、二力平衡、影响滑动摩擦力的因素
【点评】
本题为探究滑动摩擦力大小的基础实验题，核心考查控制变量法和二力平衡的应用，需掌握实验设计思路、结论推导及实际事例的对应分析，难度适中。
【难度系数】
0.7
本题围绕探究滑动摩擦力大小的实验展开，解题思路如下：
1. 第(1)问：利用二力平衡原理，需让木块做匀速直线运动，此时拉力与滑动摩擦力大小相等，才能准确测出滑动摩擦力。
2. 第(2)问：对比第一次和第二次实验，控制接触面粗糙程度相同，改变压力，得出压力对滑动摩擦力的影响；再分析乙图事例，A涂镁粉是增大接触面粗糙程度，对应压力相同、接触面粗糙程度不同的第二次和第三次实验结论，B滴润滑油是减小摩擦，不符合要求。
3. 第(3)问：长木板静止，受力平衡，木块对长木板的摩擦力等于弹簧测力计示数，因此桌面对长木板的摩擦力也等于该值；木块向右运动，木块对木板的摩擦力向右，故桌面对木板的摩擦力向左，与木块运动方向相反。
【解析】
(1) 实验时，用弹簧测力计水平拉动木块，使它沿水平长木板做匀速直线运动，此时木块在水平方向受到的拉力与滑动摩擦力是一对平衡力，根据二力平衡知识，拉力大小等于滑动摩擦力大小，从而测出木块与木板之间的滑动摩擦力。
(2) 第一次和第二次实验中，接触面粗糙程度相同，第二次实验压力更大，弹簧测力计示数更大，表明在接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。图乙中，体操运动员涂镁粉是通过增大接触面粗糙程度增大摩擦，对应压力相同、接触面粗糙程度不同的第二次和第三次实验结论；滴润滑油是减小摩擦，不符合要求，故选A，利用了二、三两次实验的结论。
(3) 第二次实验时，弹簧测力计示数为1.2N，说明木块受到的滑动摩擦力为1.2N，木块对长木板的摩擦力与该力是相互作用力，大小也为1.2N。长木板静止，水平方向受力平衡，因此桌面对长木板的摩擦力等于1.2N；木块向右运动，木块对长木板的摩擦力方向向右，故桌面对长木板的摩擦力方向向左，与木块的运动方向相反。
【答案】
(1)匀速直线；(2)粗糙程度；A；二、三；(3)等于；相反
【知识点】
滑动摩擦力、二力平衡、影响滑动摩擦力的因素
【点评】
本题为探究滑动摩擦力大小的基础实验题，核心考查控制变量法和二力平衡的应用，需掌握实验设计思路、结论推导及实际事例的对应分析，难度适中。
【难度系数】
0.7
24.（5分）某同学利用如图所示的器材探究液体压强与哪些因素有关。
(1)图①是测量液体内部压强的仪器,它的探头由空金属盒装上较
(2)③④两次实验表明:在
(3)比较②③两次实验中探头上、下表面受到水对它的压力差,
(1)图①是测量液体内部压强的仪器,它的探头由空金属盒装上较
薄
(选填“薄”或“厚”)的橡皮膜构成。把探头放在烧杯中液体内,U形管左右两侧液面的高度差反映了液面到橡皮膜
(选填“液面到橡皮膜”或“橡皮膜到烧杯底部”)之间液体对橡皮膜的压强大小。(2)③④两次实验表明:在
液体深度
相同时,液体的密度越大,压强越大。图⑤所示放在水平桌面上的连通器底部小液片S两侧受到的压力一样大
(选填“左侧大”“右侧大”或“一样大”)。(3)比较②③两次实验中探头上、下表面受到水对它的压力差,
第②次大
(选填“第②次大”“第③次大”或“一样大”)。答案
24. (1)薄 液面到橡皮膜 (2)液体深度 一样大 (3)第②次大
【点拨】本题考查探究液体内部压强的特点,注意液体压强计的工作特点、控制变量法和转换法的应用,属于基础实验题。
【解析】(1)在实验中,U形管压强计金属盒上的橡皮膜应该薄一些,这样在测量时会较灵敏,实验效果明显;根据转换法,通过观察 U 形管中液面的高度差来显示液面到橡皮膜之间液体对橡皮膜的压强大小;
(2)③④两次实验,探头所处液体深度相同,实验④ U 形管两侧的液面的高度差大,表明:在液体深度相同时,液体的密度越大,压强越大;放在水平桌面上的连通器液体不流动时,液面相平,根据液体压强与深度的关系可知,小液片左侧受到的液体压强等于右侧的液体压强,根据 $p=\frac{F}{S}$ 可知,底部小液片 S 两侧受到的压力一样大;
(3)根据浮力的产生原因可知,实验中探头上、下表面受到水对它的压力差等于探头受到的浮力,由于探头在②中所处深度浅,压强小,橡皮膜形变程度小,则体积较大,根据 $F_浮=\rho_液 gV_排$ 可知第②次所受浮力大,则上、下表面受到水对它的压力差大。
【点拨】本题考查探究液体内部压强的特点,注意液体压强计的工作特点、控制变量法和转换法的应用,属于基础实验题。
【解析】(1)在实验中,U形管压强计金属盒上的橡皮膜应该薄一些,这样在测量时会较灵敏,实验效果明显;根据转换法,通过观察 U 形管中液面的高度差来显示液面到橡皮膜之间液体对橡皮膜的压强大小;
(2)③④两次实验,探头所处液体深度相同,实验④ U 形管两侧的液面的高度差大,表明:在液体深度相同时,液体的密度越大,压强越大;放在水平桌面上的连通器液体不流动时,液面相平,根据液体压强与深度的关系可知,小液片左侧受到的液体压强等于右侧的液体压强,根据 $p=\frac{F}{S}$ 可知,底部小液片 S 两侧受到的压力一样大;
(3)根据浮力的产生原因可知,实验中探头上、下表面受到水对它的压力差等于探头受到的浮力,由于探头在②中所处深度浅,压强小,橡皮膜形变程度小,则体积较大,根据 $F_浮=\rho_液 gV_排$ 可知第②次所受浮力大,则上、下表面受到水对它的压力差大。
解析
【分析】
先拆解各小问的解题思路：(1) 压强计橡皮膜需薄才能灵敏形变，U形管液面差通过转换法反映探头处（液面到橡皮膜）的压强；(2) ③④实验控制深度相同，探究密度对压强的影响；连通器液体静止时两侧压强相等，结合压力公式得压力相等；(3) 探头上下表面压力差等于浮力，②中探头深度浅、体积大，浮力更大，压力差更大。
【解析】
(1) 压强计的橡皮膜选薄的，受力时形变更明显，实验灵敏度高；根据转换法，U形管左右液面高度差反映的是液面到橡皮膜处的液体压强大小，探头处压强使橡皮膜形变，带动U形管液面变化。
(2) ③④两次实验，探头在液体中的深度相同，液体密度不同，U形管液面高度差不同，说明在液体深度相同时，液体密度越大压强越大；连通器内液体静止时，两侧压强相等，小液片S两侧受力面积相同，由公式$F=pS$可知，两侧受到的压力一样大。
(3) 根据浮力产生原因，探头上、下表面受到水的压力差等于探头受到的浮力。②中探头在水中深度比③浅，橡皮膜形变程度小，探头排开水的体积更大，由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$可知，②中浮力更大，因此压力差第②次大。
【答案】
(1)薄；液面到橡皮膜 (2)液体深度；一样大 (3)第②次大
【知识点】
液体压强、连通器、浮力
【点评】
本题是探究液体内部压强的基础实验题，结合了压强计原理、控制变量法、转换法，以及连通器、浮力的相关知识，考查学生对实验原理和基础概念的掌握。
【难度系数】
0.6
先拆解各小问的解题思路：(1) 压强计橡皮膜需薄才能灵敏形变，U形管液面差通过转换法反映探头处（液面到橡皮膜）的压强；(2) ③④实验控制深度相同，探究密度对压强的影响；连通器液体静止时两侧压强相等，结合压力公式得压力相等；(3) 探头上下表面压力差等于浮力，②中探头深度浅、体积大，浮力更大，压力差更大。
【解析】
(1) 压强计的橡皮膜选薄的，受力时形变更明显，实验灵敏度高；根据转换法，U形管左右液面高度差反映的是液面到橡皮膜处的液体压强大小，探头处压强使橡皮膜形变，带动U形管液面变化。
(2) ③④两次实验，探头在液体中的深度相同，液体密度不同，U形管液面高度差不同，说明在液体深度相同时，液体密度越大压强越大；连通器内液体静止时，两侧压强相等，小液片S两侧受力面积相同，由公式$F=pS$可知，两侧受到的压力一样大。
(3) 根据浮力产生原因，探头上、下表面受到水的压力差等于探头受到的浮力。②中探头在水中深度比③浅，橡皮膜形变程度小，探头排开水的体积更大，由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$可知，②中浮力更大，因此压力差第②次大。
【答案】
(1)薄；液面到橡皮膜 (2)液体深度；一样大 (3)第②次大
【知识点】
液体压强、连通器、浮力
【点评】
本题是探究液体内部压强的基础实验题，结合了压强计原理、控制变量法、转换法，以及连通器、浮力的相关知识，考查学生对实验原理和基础概念的掌握。
【难度系数】
0.6
25.（6分）某同学用如图所示的装置探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系。
(1)实验前向溢水杯加水,直至水溢出少许,即可确认溢水杯盛满水。若放置溢水杯的桌面不是水平的,实验时测得排开水的重力
(2)该同学把甲、乙、丁步骤的弹簧测力计示数记录在如图戊所示的草稿纸上,分析数据可知,圆柱体受到的重力大小为
(3)如果图丙中圆柱体压到了溢水杯底部,其他步骤正确。乙、丙两步骤弹簧测力计示数之差
(4)圆柱状溢水杯溢水口下的容积为$300\ \mathrm{cm}^3$,装入$200\ \mathrm{g}$水,用不同体积的物体进行多次实验,溢水杯中的水能产生最大的浮力约为
(1)实验前向溢水杯加水,直至水溢出少许,即可确认溢水杯盛满水。若放置溢水杯的桌面不是水平的,实验时测得排开水的重力
不变
(选填“变大”“不变”或“变小”)。(2)该同学把甲、乙、丁步骤的弹簧测力计示数记录在如图戊所示的草稿纸上,分析数据可知,圆柱体受到的重力大小为
2.5
N,浸在水中的物体所受浮力的大小等于
(选填“大于”“小于”或“等于”)它排开的水所受的重力,圆柱体的密度为$2.5×10^3$
$\mathrm{kg/m}^3$。(3)如果图丙中圆柱体压到了溢水杯底部,其他步骤正确。乙、丙两步骤弹簧测力计示数之差
大于
(选填“大于”“等于”或“小于”)圆柱体排开的水受到的重力。(4)圆柱状溢水杯溢水口下的容积为$300\ \mathrm{cm}^3$,装入$200\ \mathrm{g}$水,用不同体积的物体进行多次实验,溢水杯中的水能产生最大的浮力约为
3 N
(选填“2 N”“3 N”或“5 N”)。答案
25. (1)不变 (2)2.5 等于 2.5×10^3 (3)大于 (4)3 N
【点拨】本题考查探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系,注意对操作过程的理解及阿基米德原理的运用,最后一问有难度。
【解析】(1)若放置溢水杯的桌面不是水平的,溢水杯的作用不变,实验时测得排开水的重力不变;
(2)该同学把甲、乙、丁步骤的弹簧测力计示数记录在如图戊所示的草稿纸上,分析数据可知,圆柱体受到的重力应最大,大小为 2.5 N,由称重法,浸在水中的物体所受浮力的大小 $F_浮=2.5\ \mathrm{N}-1.5\ \mathrm{N}=1.0\ \mathrm{N}$,它排开的水所受的重力 $G_排=1.7\ \mathrm{N}-0.7\ \mathrm{N}=1.0\ \mathrm{N}$,浸在水中的物体所受浮力的大小等于它排开的水所受的重力,根据阿基米德原理 $F_浮=\rho_液 gV_排$,排开水的体积即圆柱体的体积为 $V=V_排=\frac{F_浮}{\rho_水 g}=\frac{1\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 ×10\ \mathrm{N/kg}}=1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$,圆柱体的密度为 $\rho=\frac{G}{gV}=\frac{2.5\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg} ×1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3}=2.5×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$;
(3)如果图丙中圆柱体压到了溢水杯底部,弹簧测力计示数变小,由称重法可知得出的浮力变大,其他步骤正确,乙、丙两步骤弹簧测力计示数之差大于圆柱体排开水受到的重力;
(4)根据阿基米德原理,当排开水的体积最大时,受到的浮力最大,圆柱状溢水杯溢水口下的容积为 $300\ \mathrm{cm}^3$,溢水杯中的水能产生的最大浮力约为 $F_{浮大}=\rho_水 gV_排=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 ×10\ \mathrm{N/kg} ×300×10^{-6}\ \mathrm{m}^3=3\ \mathrm{N}$。
【点拨】本题考查探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系,注意对操作过程的理解及阿基米德原理的运用,最后一问有难度。
【解析】(1)若放置溢水杯的桌面不是水平的,溢水杯的作用不变,实验时测得排开水的重力不变;
(2)该同学把甲、乙、丁步骤的弹簧测力计示数记录在如图戊所示的草稿纸上,分析数据可知,圆柱体受到的重力应最大,大小为 2.5 N,由称重法,浸在水中的物体所受浮力的大小 $F_浮=2.5\ \mathrm{N}-1.5\ \mathrm{N}=1.0\ \mathrm{N}$,它排开的水所受的重力 $G_排=1.7\ \mathrm{N}-0.7\ \mathrm{N}=1.0\ \mathrm{N}$,浸在水中的物体所受浮力的大小等于它排开的水所受的重力,根据阿基米德原理 $F_浮=\rho_液 gV_排$,排开水的体积即圆柱体的体积为 $V=V_排=\frac{F_浮}{\rho_水 g}=\frac{1\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 ×10\ \mathrm{N/kg}}=1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$,圆柱体的密度为 $\rho=\frac{G}{gV}=\frac{2.5\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg} ×1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3}=2.5×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$;
(3)如果图丙中圆柱体压到了溢水杯底部,弹簧测力计示数变小,由称重法可知得出的浮力变大,其他步骤正确,乙、丙两步骤弹簧测力计示数之差大于圆柱体排开水受到的重力;
(4)根据阿基米德原理,当排开水的体积最大时,受到的浮力最大,圆柱状溢水杯溢水口下的容积为 $300\ \mathrm{cm}^3$,溢水杯中的水能产生的最大浮力约为 $F_{浮大}=\rho_水 gV_排=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 ×10\ \mathrm{N/kg} ×300×10^{-6}\ \mathrm{m}^3=3\ \mathrm{N}$。
解析
【分析】
本题围绕探究浮力大小与排开液体所受重力的关系（阿基米德原理）展开，需结合实验操作细节、称重法测浮力、密度公式、阿基米德原理等知识分析各问题：第一问需明确溢水杯功能不受桌面水平度影响；第二问要根据实验步骤的弹簧测力计示数，结合称重法、阿基米德原理计算相关物理量；第三问需考虑溢水杯对圆柱体的支持力对示数差的影响；第四问需结合溢水杯溢水口下的容积，利用阿基米德原理计算最大浮力。
【解析】
(1) 若放置溢水杯的桌面不是水平的，溢水杯仍能正常收集圆柱体排开的水，排开水的重力由排开水的质量决定，不受桌面水平度影响，因此测得排开水的重力不变；
(2) 由实验步骤及戊的示数可知，圆柱体的重力为最大的2.5N；根据称重法，圆柱体浸没时受到的浮力$F_浮 = G - F_3 = 2.5\ \mathrm{N} - 1.5\ \mathrm{N} = 1.0\ \mathrm{N}$；排开的水所受重力$G_排 = F_4 - F_1 = 1.7\ \mathrm{N} - 0.7\ \mathrm{N} = 1.0\ \mathrm{N}$，因此浮力等于排开的水所受重力；根据阿基米德原理$F_浮 = \rho_水 g V_排$，圆柱体体积$V = V_排 = \frac{F_浮}{\rho_水 g} = \frac{1.0\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 ×10\ \mathrm{N/kg}} = 1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$，圆柱体密度$\rho = \frac{G}{gV} = \frac{2.5\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg} ×1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3} = 2.5×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$；
(3) 若图丙中圆柱体压到溢水杯底部，溢水杯对圆柱体有向上的支持力，此时乙、丙两步骤弹簧测力计示数之差为$F_浮' = F_拉乙 - F_拉丙$，实际浮力$F_浮 = F_浮' + F_支持$，根据阿基米德原理，排开的水重等于实际浮力，因此乙、丙示数之差（即$F_浮'$）大于圆柱体排开的水受到的重力；
(4) 溢水杯溢水口下的容积为$300\ \mathrm{cm}^3 = 3×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$，当排开水的体积最大为该值时，最大浮力$F_{浮大} = \rho_水 g V_排 = 1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 ×10\ \mathrm{N/kg} ×3×10^{-4}\ \mathrm{m}^3 = 3\ \mathrm{N}$。
【答案】
(1)不变；(2)2.5；等于；$2.5×10^3$；(3)大于；(4)3 N
【知识点】
阿基米德原理、浮力计算、密度计算
【点评】
本题是探究阿基米德原理的经典实验题，涵盖实验操作细节分析、称重法测浮力、密度公式应用、最大浮力计算等考点，需学生理解实验核心逻辑，掌握相关公式的灵活运用，最后一问结合溢水杯容积分析最大浮力有一定难度，能较好考查学生的综合应用能力。
【难度系数】
0.5
本题围绕探究浮力大小与排开液体所受重力的关系（阿基米德原理）展开，需结合实验操作细节、称重法测浮力、密度公式、阿基米德原理等知识分析各问题：第一问需明确溢水杯功能不受桌面水平度影响；第二问要根据实验步骤的弹簧测力计示数，结合称重法、阿基米德原理计算相关物理量；第三问需考虑溢水杯对圆柱体的支持力对示数差的影响；第四问需结合溢水杯溢水口下的容积，利用阿基米德原理计算最大浮力。
【解析】
(1) 若放置溢水杯的桌面不是水平的，溢水杯仍能正常收集圆柱体排开的水，排开水的重力由排开水的质量决定，不受桌面水平度影响，因此测得排开水的重力不变；
(2) 由实验步骤及戊的示数可知，圆柱体的重力为最大的2.5N；根据称重法，圆柱体浸没时受到的浮力$F_浮 = G - F_3 = 2.5\ \mathrm{N} - 1.5\ \mathrm{N} = 1.0\ \mathrm{N}$；排开的水所受重力$G_排 = F_4 - F_1 = 1.7\ \mathrm{N} - 0.7\ \mathrm{N} = 1.0\ \mathrm{N}$，因此浮力等于排开的水所受重力；根据阿基米德原理$F_浮 = \rho_水 g V_排$，圆柱体体积$V = V_排 = \frac{F_浮}{\rho_水 g} = \frac{1.0\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 ×10\ \mathrm{N/kg}} = 1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$，圆柱体密度$\rho = \frac{G}{gV} = \frac{2.5\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg} ×1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3} = 2.5×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$；
(3) 若图丙中圆柱体压到溢水杯底部，溢水杯对圆柱体有向上的支持力，此时乙、丙两步骤弹簧测力计示数之差为$F_浮' = F_拉乙 - F_拉丙$，实际浮力$F_浮 = F_浮' + F_支持$，根据阿基米德原理，排开的水重等于实际浮力，因此乙、丙示数之差（即$F_浮'$）大于圆柱体排开的水受到的重力；
(4) 溢水杯溢水口下的容积为$300\ \mathrm{cm}^3 = 3×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$，当排开水的体积最大为该值时，最大浮力$F_{浮大} = \rho_水 g V_排 = 1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 ×10\ \mathrm{N/kg} ×3×10^{-4}\ \mathrm{m}^3 = 3\ \mathrm{N}$。
【答案】
(1)不变；(2)2.5；等于；$2.5×10^3$；(3)大于；(4)3 N
【知识点】
阿基米德原理、浮力计算、密度计算
【点评】
本题是探究阿基米德原理的经典实验题，涵盖实验操作细节分析、称重法测浮力、密度公式应用、最大浮力计算等考点，需学生理解实验核心逻辑，掌握相关公式的灵活运用，最后一问结合溢水杯容积分析最大浮力有一定难度，能较好考查学生的综合应用能力。
【难度系数】
0.5
