Question

8．為了探究大氣壓隨高度的變化規(guī)律，小明在一次登山過程中利用如圖甲所示的實驗裝置測出不同高度下的大氣壓，并在坐標(biāo)紙上描出大氣壓強p與對應(yīng)海拔高度h的六個點，如圖乙所示．
（1）測量前，小明把注射器的活塞推至針筒底端，然后用橡皮帽封住注射器的小孔，其目的是為了排盡注射器內(nèi)的空氣．
（2）分析圖象時，小明發(fā)現(xiàn)1km高度處的測量數(shù)據(jù)可能有誤，重新正確實驗后，測得彈簧測力計示數(shù)為4.5N，2mL注射器的全部刻度的總長度為4cm，則實際大氣壓約為9×10⁴Pa．你認(rèn)為小明第一次實驗出錯的原因可能是橡皮帽的密封性不好．（選填“活塞和針筒的摩擦太大”或“橡皮帽的密封性不好”）
（3）修正數(shù)據(jù)后，可看出大氣壓隨高度變化的數(shù)量關(guān)系大致為：在2km高度內(nèi)，高度每升高100m，大氣壓降低1000Pa．
（4）根據(jù)這一規(guī)律，小明認(rèn)為可將圖甲中的彈簧測力計改裝成一個高度測量儀．那么彈簧測力計4.2N刻度線處應(yīng)標(biāo)刻的海拔高度為1.6km．

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．
（2）根據(jù)注射器全部帶刻度的長度，求出活塞的橫截面積S和測出活塞剛被拉動時的拉力F，就可根據(jù)P_大氣=$\frac{F}{S}$求出大氣壓強的值，當(dāng)注射器內(nèi)的空氣沒有排盡，或拉動時活塞與筒間的摩擦都會影響到測量值．
（3）由圖象可知在2km高度內(nèi)得出大氣壓的變化量，然后與100m相除即可解答；
（4）根據(jù)注射器全部帶刻度的長度，求出活塞的橫截面積S和測出活塞剛被拉動時的拉力F，就可根據(jù)P_大氣=$\frac{F}{S}$求出大氣壓強的值．

解答 解：（1）將活塞推至底部并用橡皮帽堵住小孔，這樣做的目的是為了排盡注射器內(nèi)的空氣．
（2）注射器的體積為V=2ml=2cm³
活塞的橫截面積S=$\frac{V}{L}$=$\frac{2c{m}^{3}}{4cm}$=0.5cm²=0.5×10^-4m²，F(xiàn)=4.5N，
活塞剛被拉動時，大氣壓強的數(shù)值p=$\frac{F}{S}$=$\frac{4.5N}{0.5×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=9×10⁴Pa，
若活塞和針筒的摩擦太大，則拉力增大，導(dǎo)致測出的大氣壓強的數(shù)值偏大，因為計算出的大氣壓強的數(shù)值偏小，故小明第一次實驗出錯的原因可能是橡皮帽的密封性不好；
根據(jù)正確的數(shù)據(jù)完成圖象如下：

（3）由圖象可知在2km高度內(nèi)得出大氣壓的變化量為△p=1×10⁵Pa-0.8×10⁵Pa=2×10⁴Pa，
則高度每升高100m，大氣壓降低△p′=$\frac{△P}{2000m}$×100m=$\frac{2×1{0}^{4}Pa}{2000m}$×100m=1000Pa；
（4）當(dāng)F′=4.2N，活塞剛被拉動時，大氣壓強的數(shù)值p′=$\frac{F′}{S}$=$\frac{4.2N}{0.5×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=8.4×10⁴Pa
則大氣壓共降低1×10⁵Pa-8.4×10⁵Pa=1.6×10⁴Pa，根據(jù)高度每升高100m，大氣壓降低1000Pa可知：此時高度為1.6km．
故答案為：（1）為了排盡注射器內(nèi)的空氣；（2）9×10⁴；橡皮帽的密封性不好；（3）1000；（4）1.7．

點評 本題屬實驗探究題，實驗探究題一般對學(xué)生的要求都較高，不僅要求學(xué)生熟練掌握課本上所學(xué)的相關(guān)知識，還要求學(xué)生具有一定的物理素養(yǎng)．