Question

13．小明利用最大刻度值標(biāo)有2.5mL的一次性注射器等器材，對(duì)大氣壓的值進(jìn)行測(cè)量．
其實(shí)驗(yàn)步驟如下：
a．將活塞推至注射器底端，用橡皮帽封住注射器的小孔；
b．用細(xì)繩拴住注射器活塞的頸部，使繩的另一端與彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤相連，然后水平向右慢慢地拉動(dòng)注射器筒，如圖所示．當(dāng)注射器中的活塞剛開始滑動(dòng)時(shí)，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為7.5N；
c．測(cè)出注射器全部刻度的長(zhǎng)度為4cm；
d．根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，算出大氣壓的值．
（1）實(shí)驗(yàn)所用的器材為：注射器、彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)繩、橡皮帽和刻度尺．
（2）注射器活塞的橫截面積是0.625 cm²，根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算大氣壓強(qiáng)是1.2×10⁵ Pa．
（3）小紅對(duì)小明所做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，在完成a、b步驟、活塞回到注射器底端后，添加了“取下封住注射器小孔的橡皮帽，再次水平向右慢慢勻速拉動(dòng)注射器筒，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為1.2N”這一實(shí)驗(yàn)步驟，這是為了減小摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響．小紅計(jì)算出的大氣壓強(qiáng)是1.01×10⁵ Pa．（用科學(xué)計(jì)數(shù)法，保留兩位小數(shù)）
（4）同學(xué)們?cè)谟懻摃r(shí)提出了本實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的可能原因如下：
①橡皮帽封住的注射器小孔中有殘余氣體      ②活塞與注射器筒壁間有摩擦
③彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)沒(méi)有讀準(zhǔn)                ④活塞與注射器筒壁不完全密封
上述原因中一定會(huì)使測(cè)量值小于真實(shí)值的是B．
A．①③④B．①④C．②③D．①②④

Answer 1

分析 a、將活塞推至底部并用橡皮帽堵住小孔，是為了排盡注射器內(nèi)的空氣．
b、根據(jù)二力平衡的條件，當(dāng)活塞剛剛拉動(dòng)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的拉力與大氣對(duì)活塞的壓力是一對(duì)平衡力；
（1）實(shí)驗(yàn)中要測(cè)出注射器的長(zhǎng)度，因此要用到刻度尺．
（2）注射器的容積可通過(guò)圖中讀出，其單位為ml，注射器是圓柱體，利用公式V=SL的變形，可求其橫截面積的大�。�
根據(jù)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力與大氣對(duì)活塞的壓力是一對(duì)平衡力；再根據(jù)公式p=$\frac{F}{S}$將測(cè)得的壓力和面積代入公式即可算出壓強(qiáng)的大�。�
（3）如果活塞與注射器內(nèi)壁間存在摩擦力，注射器在拉力F作用下平衡時(shí)，拉力F大于大氣對(duì)活塞的壓力，從而影響測(cè)量結(jié)果．
注射器的容積可通過(guò)圖中讀出，其單位為ml，注射器是圓柱體，利用公式V=SL的變形，可求其橫截面積的大��；再根據(jù)公式p=$\frac{F}{S}$將測(cè)得的壓力和面積代入公式即可算出壓強(qiáng)的大�。�
（4）注射器筒內(nèi)有空氣或沒(méi)有讀準(zhǔn)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量值大于真實(shí)值．

解答 解：a、實(shí)驗(yàn)中要排出注射器內(nèi)的空氣，這樣在拉動(dòng)活塞時(shí)，注射器內(nèi)部會(huì)接近于真空，這樣才能測(cè)出大氣的壓力．
b、當(dāng)注射器中的活塞開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，說(shuō)明此時(shí)拉力等于大氣對(duì)活塞的壓力．故記下的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)，就是大氣對(duì)活塞的壓力F．
（1）實(shí)驗(yàn)中要測(cè)出注射器的長(zhǎng)度，因此除了：注射器、彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)繩、橡皮帽、水，還要有刻度尺．
（2）已知注射器容積為2.5ml，即2.5cm³．注射器全部刻度的長(zhǎng)度L=4cm，因?yàn)樽⑸淦鳛閳A柱體，根據(jù)其體積公積可得，S=$\frac{V}{L}$=$\frac{2.5c{m}^{3}}{4cm}$=0.625cm²
實(shí)驗(yàn)時(shí)，把活塞推至注射器筒底端是為了排出注射器中的空氣．彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F=7.5N，這就是大氣對(duì)活塞的壓力，將其代入公式得，
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{7.5N}{0.625×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.2×10⁵Pa；
（3）如果活塞與注射器內(nèi)壁間存在摩擦力，注射器在拉力F作用下平衡時(shí)，拉力F大于大氣對(duì)活塞的壓力，從而使測(cè)量值偏大．所以小紅的這一實(shí)驗(yàn)步驟，是為了減小摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響．
p′=$\frac{{F}^{′}}{S}$=$\frac{7.5N-1.2N}{0.625×1{0}^{-4}{m}^{2}}$≈1.01×10⁵Pa；
（4）①橡皮帽封住的注射器小孔中有殘余氣體；④活塞與注射器筒壁不完全密封，注射器筒內(nèi)有空氣都會(huì)使拉力變小，在面積不變的情況下，測(cè)得的大氣壓會(huì)偏��；
②活塞與注射器筒壁間有摩擦，會(huì)使拉力變大，在面積不變的情況下，測(cè)得的大氣壓會(huì)偏大；
③沒(méi)有讀準(zhǔn)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量值小于真實(shí)值，也可能會(huì)大于真實(shí)值．
④活塞與注射器筒壁不完全密封會(huì)導(dǎo)致測(cè)量值小于真實(shí)值．
故選B．
故答案為：（1）刻度尺；（2）0.625；1.2×10⁵；（3）減小摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；1.01×10⁵；（4）B．

點(diǎn)評(píng) 本題屬實(shí)驗(yàn)探究題，實(shí)驗(yàn)探究題一般對(duì)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(shí)，還要求學(xué)生具有一定的物理素養(yǎng)．