29. (4 分)物理课上,同学们利用压强计“研究液体内部压强”,进行了如下的操作。

(1)实验前,小明没有按压橡皮膜时,U形管两侧液面就存在高度差(如图1所示),接下来的操作是。(选填字母)
A. 从 U 形管内向外倒出适量水
B. 拆除软管重新安装
C. 向 U 形管内添加适量水
(2)正确操作后,分析图 2、图 3 的实验现象,得出结论:同种液体中,液体压强随液体深度的增加而。
(3)分析图 3、图 4 的实验现象,得出结论:在深度相同时,液体的越大,压强越大。
(4)探头在水中深度不变时,(选填“U 形管更细”或“U 形管里面的水换成酒精”)可使 U 形管两端液面高度差更大。

29. (1)B (2)增大 (3)密度 (4)U形管里面的水换成酒精
【点拨】本题考查“研究液体内部压强”实验,涉及压强计的调试、液体内部压强与深度的关系、液体内部压强与液体密度的关系、压强计U形管液面高度差的影响因素、液体压强公式的理解与应用。
【解析】(1)实验前U形管两侧液面有高度差,说明软管内气体压强与大气压不等,应拆除软管重新安装,使软管内气体压强等于大气压,U形管液面平齐,故B正确。
(2)图2、图3中烧杯内的液体都是水,而图3中探头的深度较大,U形管两侧液面的高度差较大,说明同种液体中,液体压强随深度的增加而增大。
(3)图3、图4中探头所处液体的深度相同,而图4烧杯中的盐水密度较大,U形管两侧液面的高度差较大,说明深度相同时,液体密度越大,压强越大。
(4)探头所处深度不变,液体压强p不变,U形管两侧液面高度差$\Delta h=\frac{p}{\rho_液 g}$,将U形管内水换成酒精,因为$\rho_{酒精}＜\rho_水$,可得$\Delta h$增大,而U形管粗细不影响U形管液面高度差。

【分析】
本题围绕“研究液体内部压强”的实验展开，需结合压强计的使用方法、液体内部压强的影响因素及相关规律分析各问题：
1. 第(1)问：实验前U形管有高度差，是软管内气压与大气压不等导致，需调整压强计使两侧气压平衡；
2. 第(2)问：对比图2、3，控制液体种类不变，改变探头深度，观察U形管高度差，推导压强与深度的关系；
3. 第(3)问：对比图3、4，控制探头深度不变，改变液体密度，观察U形管高度差，推导压强与液体密度的关系；
4. 第(4)问：结合液体压强公式，分析U形管液面高度差的影响因素，判断选项。
【解析】
(1) 实验前，压强计U形管两侧液面存在高度差，说明软管内封闭气体压强与外界大气压不相等，应拆除软管重新安装，使软管内气压等于大气压，U形管两侧液面平齐，因此选B；
(2) 图2和图3中，烧杯内液体均为水（同种液体），图3中探头浸入深度更大，U形管两侧液面高度差更大，说明同种液体中，液体压强随深度的增加而增大；
(3) 图3和图4中，探头所处深度相同，图4中液体为盐水（密度大于水），U形管两侧液面高度差更大，说明深度相同时，液体的密度越大，压强越大；
(4) 根据液体压强公式$p=\rho_{液}gh$，探头在水中深度不变时压强$p$不变，U形管液面高度差$\Delta h=\frac{p}{\rho_{管液}g}$，要使$\Delta h$更大，需减小U形管内液体密度，酒精密度小于水，因此应将U形管里面的水换成酒精；U形管粗细不影响液面高度差，故选择U形管里面的水换成酒精。
【答案】
(1)B (2)增大 (3)密度 (4)U形管里面的水换成酒精
【知识点】
液体内部压强、压强计的使用
【点评】
本题是初中物理“研究液体内部压强”的典型实验题，考查压强计调试、液体压强与深度和密度的关系，需运用控制变量法和液体压强公式解题，侧重基础知识点的应用，难度适中。
【难度系数】
0.7

30.（7分）某中学两个物理小组的同学，在实验室中验证阿基米德原理。

(1)方案一,小刚用石块按如图1实验步骤依次进行实验。由图1可知,石块浸没在水中受到的浮力$F_{浮}=$N,排开水的重力$G_{排}=$N,发现$F_{浮}≠G_{排}$,造成这种结果的原因不可能是。(选填字母序号)
A.最初溢水杯中的水未装至溢水口
B.整个实验过程中,弹簧测力计都没有校零
C.步骤C中,石块浸没后,碰触到溢水杯底部
(2)方案二,如图2,小明将装满水的溢水杯放在升降台C上,用升降台来调节溢水杯的高度。当小明逐渐调高升降台,发现随着重物浸入水中的体积越来越大,弹簧测力计A的示数(选填“增大”“减小”或“不变”),且弹簧测力计A的示数变化量(选填“大于”“小于”或“等于”)B的示数变化量,从而证明了$F_{浮}=G_{排}$。
(3)小敏同学用同样的方法测量另一工艺品的密度,发现该工艺品的重力超过了弹簧测力计的量程。为了能准确测出该工艺品的密度,聪明的小敏设计了如下实验方案:
①将一圆柱形烧杯漂浮在盛有水的玻璃水槽中,如图3甲所示,用刻度尺测出此时水槽中水的深度为$h_{1}$;
②将工艺品轻轻放入水槽中,如图3乙所示,用刻度尺测出此时水槽中水的深度为$h_{2}$;
③将工艺品从水槽中取出,平稳放在烧杯中,如图3丙所示,用刻度尺测出此时水槽中水的深度为$h_{3}$;已知水的密度为$\rho_{水}$,则小敏测出工艺品的密度表达式为$\rho_{工艺品}=$(用已知的物理量表示)。
(4)同组同学对实验过程提出质疑,认为将工艺品从水中取出时会沾水,导致测量的密度会产生误差。你认为由于工艺品沾水小敏测出工艺品的密度(选填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

30. (1)2 1.9 B
(2)减小 等于
(3)$\frac{\rho_{水}(h_3-h_1)}{h_2-h_1}$
(4)无影响
【点拨】本题考查阿基米德原理的验证实验,涉及浮力的计算、排开水重力的测量、实验误差分析、利用阿基米德原理和力的平衡,分析弹簧测力计示数变化、间接测量密度的方法、误差分析。
【解析】(1)根据$F_{浮}=G-F$可知,石块浸没在水中受到的浮力$F_{浮}=F_1-F_3=5\ \mathrm{N}-3\ \mathrm{N}=2\ \mathrm{N}$;排开水的重力$G_{排}=F_4-F_2=2.9\ \mathrm{N}-1\ \mathrm{N}=1.9\ \mathrm{N}$;发现$F_{浮}＞G_{排}$,若最初溢水杯中的水未装至溢水口,则石块排开的水只有一部分溢出到桶中,排开水的重力$G_{排}$减小,故A有可能;若弹簧测力计都没有校零,那么四次测量结果都应加上测量前弹簧测力计示数,那么所得浮力与排开水的重力大小应不变,故B不可能;步骤C中,石块浸没后,碰触到溢水杯底部,会导致$F_3$偏小,则$F_1-F_3 ＞ F_4-F_2$,$F_{浮}＞G_{排}$,故C有可能。故选B。
(2)调高升降台后,重物浸入水中的体积越来越大时,排开液体的体积变大,根据$F_{浮}=\rho_液 g V_{排}$可知,重物受到的浮力增大,因为$F_{示}=G-F_{浮}$,所以弹簧测力计A的示数$F_{示}=G-F_{浮}$减小;根据阿基米德原理可知,物体所受浮力的大小和排开液体的重力相等,所以弹簧测力计A的示数变化量等于弹簧测力计B的示数变化量。
(3)设水槽的底面积为S,由甲、乙两图可知工艺品的体积$V_{工艺品}=S(h_2-h_1)$,由甲、丙两图可知,工艺品的重力$G_{工艺品}=F_{浮}=\rho_水 g V_{排}=\rho_水 g S(h_3-h_1)$,则工艺品的质量$m_{工艺品}=\frac{G_{工艺品}}{g}=\frac{\rho_水 g S(h_3-h_1)}{g}=\rho_水 S(h_3-h_1)$,所以工艺品的密度$\rho_{工艺品}=\frac{m_{工艺品}}{V_{工艺品}}=\frac{\rho_水 S(h_3-h_1)}{S(h_2-h_1)}=\frac{\rho_{水}(h_3-h_1)}{h_2-h_1}$。
(4)设工艺品带出水的重力为$\Delta G$,放入烧杯中处于漂浮状态,由漂浮条件可知,增加的浮力等于$\Delta G$,即增加的排开水的重力等于$\Delta G$,所以水面的高度保持不变,由$\rho_{工艺品}=\frac{\rho_{水}(h_3-h_1)}{h_2-h_1}$可知,沾水对工艺品的密度无影响。

【分析】
本题围绕阿基米德原理的验证及应用展开，需分步骤分析各小问：
1. 方案一中，利用称重法计算石块浮力，通过桶与水和空桶的重力差求排开水的重力，再逐一分析误差原因，判断不可能的选项；
2. 方案二中，根据浮力公式判断重物浸入体积变化时的浮力变化，确定弹簧测力计A的示数变化，结合阿基米德原理分析示数变化量的关系；
3. 方案三中，利用漂浮条件和排水法测量工艺品的体积与质量，通过水槽底面积的等量关系推导密度表达式；
4. 最后分析工艺品沾水对测量结果的影响，结合漂浮时的排开水量变化判断误差情况。
【解析】
(1) 根据称重法，石块浸没在水中的浮力：$F_{浮}=F_1-F_3=5\ \mathrm{N}-3\ \mathrm{N}=2\ \mathrm{N}$；排开水的重力：$G_{排}=F_4-F_2=2.9\ \mathrm{N}-1\ \mathrm{N}=1.9\ \mathrm{N}$。
误差分析：A选项，溢水杯未装满水，排开的水未全部溢出，导致$G_{排}$偏小，可能；B选项，若弹簧测力计都未校零，四次测量结果包含相同初始误差，差值（浮力和排开水重）不变，不可能是原因；C选项，石块碰触溢水杯底部，受杯底支持力使$F_3$偏小，$F_{浮}$偏大，导致$F_{浮}≠G_{排}$，可能。故选B。
(2) 调高升降台，重物浸入体积变大，由$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$知浮力增大，弹簧测力计A的示数$F_{示}=G-F_{浮}$，故示数减小；根据阿基米德原理$F_{浮}=G_{排}$，A减小的量等于浮力，B增加的量等于排开的水重，因此A的示数变化量等于B的示数变化量。
(3) 设水槽底面积为$S$，工艺品体积$V=S(h_2-h_1)$；工艺品漂浮在烧杯中时，重力等于排开的水重，即$G=\rho_{水}gS(h_3-h_1)$，质量$m=\rho_{水}S(h_3-h_1)$，则密度$\rho=\frac{m}{V}=\frac{\rho_{水}(h_3-h_1)}{h_2-h_1}$。
(4) 工艺品沾水后，带出水的重力使放入烧杯时，烧杯多排开的水重等于带出水的重力，水槽水面高度$h_3$不变，因此密度测量无影响。
【答案】
(1) 2；1.9；B
(2) 减小；等于
(3) $\frac{\rho_{水}(h_3-h_1)}{h_2-h_1}$
(4) 无影响
【知识点】
阿基米德原理；浮力计算；密度测量
【点评】
本题综合考查阿基米德原理的验证实验，涵盖浮力计算、排开水重力测量、实验误差分析、间接密度测量等知识点，要求学生理解实验原理，灵活运用受力分析和阿基米德原理推导表达式，对实验细节的分析能力有一定要求。
【难度系数】
0.5