小明运用浮力相关知识制作了可以用来测量物体质量的“浮力称”,其构造如图所示,在水平支架的左端固定刻度盘,支架横梁两端各固定个滑轮,将一根无弹性的细绳跨过两个滑轮,细线的一端悬挂秤盘,另一端连接装有适量细沙的圆柱形浮筒(浮筒自重不计),在线的适当位置固定一根大头针作为指针,把浮筒浸入装有适量水的水槽中,称量时,把待测物体放入秤盘后,指针下降浮筒上升,静止后,待测物体的质量就可以通过指针在刻度盘上的位置反映出来。
请你回答下列问题(不计细线、秤盘、指针的质量以及线与滑轮的摩擦)
(1)为了制作量程为1kg的浮力称,向秤盘添加1kg的砝码,逐渐向空浮筒内加入细沙,当浮筒的 (选填“上”或“下“)表面刚好与水面齐平并保持静止时,在刻度盘上将指针所指的位置标定为最大刻度线。
(2)取下砝码,当浮筒受到 力和 力是一对平衡力时,浮筒能直立地浮在水面上静止,此刻度所指的位置应标定为零刻度线,在均匀地标定其余刻度线。
(3)若将质量为m(m<1kg)的待测物体放在秤盘上,当浮筒静止时其下表面距离水面的距离是h,若细沙的质量是M,浮筒的横截面积是S,水的密度为ρ水,则待测物体质量的表达式m= 。
(4)若将原来的浮筒更换为长度相同、横截面积更小的另一个浮筒,细沙的质量和细线的长度等不变,则重新标定的刻度线与原来刻度线相比发生变化的是 (选填“零刻度线上升”或“最大刻度线下降“),请你分析带来这一变化的原因是: 。
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