排水集气法导管、试管的长度问题

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在实验室中，经常要用到导管、试管和水槽，排水法收集气体，装置组装如图，导管伸入竖直倒立盛满水的试管中，放在盛有水的水槽内，装置组装过程如下：先将试管水平置于液面下，待水灌满试管后，将导管伸入试管内再立起成竖直状态，实验结束后，再将试管中的导管取出。

操作中，导管伸入试管的部分不能太长，若导管伸入试管太长，就不能把试管从水槽中取出，再盖玻璃片，若从水中取出，气体就会逸出，并混有杂质气体，若像组装装置时，将试管在液面置于水平，或在倾斜状态下取出导管，气体一样会逸出。

于是进入正题：

①试管竖直置于水槽中，试管底固定于距水槽平面为\(h\)处，导管长\(h\)，竖直套在试管内，试管内径\(2r\)，当试管长\(l\)为多少时，导管恰好能取出。
②试管竖直置于水槽中，试管底固定于距水槽平面为\(h\)处，试管长\(l\)，试管内径为\(2r\)，导管竖直套在试管内，当导管长\(d\)为多少时，导管恰好能取出。
③试管竖直置于水槽中，试管底固定于距水槽平面为\(h\)处，试管长\(l\)，试管内径为\(2r\)，导管竖直套在试管内，考虑水槽内壁的影响，若水槽内壁与水槽底平面的夹角为\(θ\)，试管轴心在水槽底平面的投影到水槽内壁与水槽底平面的交线距离为\(m\),当导管长\(d\)为多少时，导管恰好能取出。