Question

10．物理課上小明用容積為2mL的注射器、彈簧測力計、刻度尺，估測大氣壓的值，主要步驟如下：
A．把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用一個橡皮帽封住注射器的小孔；
B．如圖所示，用細尼龍繩拴住注射器活塞的頸部，使繩的另一端與固定在墻上的彈簧測力計的掛鉤相連，然后水平向右慢慢地拉動注射器筒．正確操作下，記下彈簧測力計的示數(shù)F為3.2N；
C．用刻度尺測出注射器刻度部分的長度為5cm．
思考并回答：
（1）實驗步驟A的目的是：排盡筒內(nèi)空氣，防止外界空氣進入．
（2）①實驗步驟B中與彈簧測力計對活塞的拉力相平衡的力是B
A．手對注射器筒的拉力      B．大氣對活塞的壓力
②正確操作，記下彈簧測力計的示數(shù)指的是A
A．活塞剛開始滑動時讀數(shù)     B．活塞在注射器筒內(nèi)勻速滑動時讀數(shù)     C．活塞滑至注射器筒頂端時讀數(shù)
（3）步驟C中的空缺應該填的是B
A．整個注射器     B．注射器刻度部分
（4）用測得和記錄的物理量計算大氣壓強值p=8×10⁴Pa，此測量值與標準大氣壓值誤差較大，出現(xiàn)這一誤差的原因可能是筒內(nèi)空氣沒有排盡（裝置漏氣）．

Answer 1

分析 （1）本實驗的原理是：先排出注射器內(nèi)的空氣，這樣在往外拉活塞時，由于外界大氣壓的作用，要拉動活塞需要很大的力，這個力的大小為F=P_大氣S，故測出活塞橫截面積S和拉動時的拉力F，就可根據(jù)p_大氣=$\frac{F}{S}$求出大氣壓強的值．
（2）該實驗中以針筒活塞為研究對象，當注射器中的活塞開始滑動時，利用二力平衡原理來測出大氣對活塞的壓力．彈簧測力計的拉力與大氣的壓力剛好平衡．實驗中要先排出注射器內(nèi)的空氣，這樣拉動時才能形成真空，拉力的讀數(shù)是最容易產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)之一．

解答 解：C步驟中．用刻度尺測出注射器刻度部分的長度記為L，讀出注射器的容積V，算出活塞的橫截面積S=$\frac{V}{L}$．
（1）把注射器的活塞推向注射器筒的底端，目的是排盡筒內(nèi)的空氣，防止外界空氣進入，然后用橡皮帽封住注射器的小孔．
（2）①步驟B中測量大氣壓力時，受力分析的對象是活塞，此時彈簧測力計的拉力與大氣的壓力剛好平衡，即它受到的是一對平衡力，
②用細尼龍繩拴住注射器活塞的頸部，使繩的一端與彈簧測力計的掛鉤相連，然后水平向右慢慢地拉動注射器筒．當注射器中的活塞開始滑動時，記下彈簧測力計的示數(shù)，即等于大氣對活塞的壓力F．
③根據(jù)圓柱體求活塞的橫截面積S=$\frac{V}{L}$，必須量出注射器刻度部分的長度L，才能計算出橫截面積的大小；
S=$\frac{V}{L}$=$\frac{2×1{0}^{-6}{m}^{3}}{5×1{0}^{-2}m}$=4×10^-5m²，
（4）此時大氣壓的數(shù)值p=$\frac{F}{S}$=$\frac{3.2N}{4×1{0}^{-5}{m}^{2}}$=8×10⁴Pa．
此測量值與標準大氣壓值誤差較大，可能是注射器內(nèi)的空氣沒有完全排凈，使得拉力F變小，則測量出來的大氣壓總是比實際值要�。�
故答案為：（1）排盡筒內(nèi)空氣，防止外界空氣進入；（2）①B；②A；（3）B；（4）8×10⁴；筒內(nèi)空氣沒有排盡．

點評 了解這一實驗依據(jù)的原理，才能搞清每一步設(shè)計的理由，才能通過公式求出大氣壓的值．在分析誤差時，一般由于排不凈空氣會使結(jié)果偏小，而拉動時摩擦力較大則會使結(jié)果偏大．