Question

1．（Ⅰ）在“探究通電螺線管外部磁場方向”實(shí)驗(yàn)中，在圖示的螺線管周圍不同位 置放一些小磁針，閉合開關(guān)，觀察各個(gè)小磁針的指向．為了探究結(jié)果更精確，小磁針應(yīng)多一些（選填“多一些”或“少一些”）；把電池正負(fù)極對調(diào)，閉合開關(guān)會(huì)發(fā)現(xiàn)小磁針反向偏轉(zhuǎn)（選填“不偏轉(zhuǎn)”或“反向偏轉(zhuǎn)”），此現(xiàn)象說明通電螺線管外部磁場方向和電流方向有關(guān)．

（Ⅱ）小明利用最大刻度值標(biāo)有2.5mL的一次性注射器等器材，對大氣壓的值進(jìn)行測量．其實(shí)驗(yàn)步驟如下：
a．先將活塞推至注射器底端，再用橡皮帽封住注射器的小孔．
b．按圖組裝器材，用左手托住彈簧測力計(jì)保持它在水平方向，然后用右手水平向右慢慢地拉動(dòng)注射器筒，當(dāng)注射器中的活塞剛開始向左滑動(dòng)時(shí)，記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)為5.5N．松手時(shí)發(fā)現(xiàn)注射器中的活塞向右滑動(dòng) 瞬間，彈簧測力計(jì)的示數(shù)為4.5N．
c．測出注射器全部刻度的長度為5cm．
d．根據(jù)測量數(shù)據(jù)，算出大氣壓的值．
（1）實(shí)驗(yàn)所用的器材為：注射器、彈簧測力計(jì)、細(xì)繩、橡皮帽、水和刻度尺．
（2）實(shí)驗(yàn)過程中，小明讓彈簧測力計(jì)和注射器筒保持在水平方向，這樣做的目的是為了減小活塞的重力對實(shí)驗(yàn)的影響，從而提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確程度．
（3）根據(jù)小明測得的數(shù)據(jù)計(jì)算出大氣壓的值為1.0×10⁵Pa．
（4）小明發(fā)現(xiàn)，同學(xué)們在做此實(shí)驗(yàn)時(shí)測得的大氣壓值誤差較大，對此小明與同學(xué)找出了下列可能的原因：
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彈簧測力計(jì)的讀數(shù)時(shí)，讀數(shù)偏大；
④活塞與注射器筒壁不完全密封． 
上述原因一定會(huì)使測量值小于真實(shí)值的是①④．

Answer 1

分析 （Ⅰ）小磁針放入磁場，小磁針靜止時(shí)N極指向和該點(diǎn)磁場方向相同，為了準(zhǔn)確反映通電螺線管外部磁場方向，小磁針應(yīng)多放一些；通電直螺線管外部的磁場方向跟電流方向有關(guān)，所以，把電池正負(fù)極對調(diào)（電流方向與原來相反），磁場方向改變了，小磁針靜止時(shí)N極指向也改變了，據(jù)此判斷其偏轉(zhuǎn)情況．
（Ⅱ）（1）該實(shí)驗(yàn)的原理是p=$\frac{F}{S}$，實(shí)驗(yàn)中要測出注射器有刻度部分的長度，因此還要有刻度尺．
（2）當(dāng)彈簧測力計(jì)和注射器筒不在水平方向時(shí)，活塞的重力會(huì)影響測得的拉力，從而影響測得的大氣壓；
（3）注射器的容積可通過圖中讀出，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小；對活塞進(jìn)行受力分析，根據(jù)力的平衡條件，求出大氣對活塞的壓力；根據(jù)公式p=$\frac{F}{S}$將測得的壓力和面積代入公式即可算出大氣壓強(qiáng)的大��；
（4）橡皮帽封住的注射器小孔中有殘余氣體，活塞與注射器筒壁不完全密封，大氣壓力和注射器內(nèi)部的氣體壓力會(huì)抵消一部分，都會(huì)使測得的拉力變小，據(jù)此分析測量的誤差；活塞與注射器筒壁間有摩擦?xí)��?dǎo)致拉力變大，彈簧測力計(jì)的讀數(shù)時(shí)讀數(shù)偏大，都會(huì)使測得的拉力變大，據(jù)此分析測量的誤差．

解答 解：（Ⅰ）因?yàn)樾〈裴樂湃氪艌觯�小磁針靜止時(shí)N極指向和該點(diǎn)磁場方向相同，所以實(shí)驗(yàn)中使用小磁針是為了指示磁場方向，從而判斷該點(diǎn)的磁場方向；為了探究結(jié)果更精確，小磁針應(yīng)多放一些，把電池正負(fù)極對調(diào)，改變了電流方向，閉合開關(guān)后，會(huì)發(fā)現(xiàn)小磁針指示磁場方向改變了，此現(xiàn)象說明磁場方向和電流方向有關(guān)．
（Ⅱ）（1）該實(shí)驗(yàn)的原理是p=$\frac{F}{S}$，實(shí)驗(yàn)中要測出注射器有刻度部分的長度，因此還要有刻度尺．
（2）當(dāng)彈簧測力計(jì)和注射器筒不在水平方向時(shí)，由于活塞受重力的作用，使得測力計(jì)的拉力不等于大氣壓力，從而影響測得的大氣壓，所以讓彈簧測力計(jì)和注射器筒保持在水平方向，目的是為了減小活塞自身重力對實(shí)驗(yàn)的影響，從而提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確程度．
（3）由題可知，注射器容積V=2.5ml=2.5cm³，注射器全部刻度的長度L=5cm；
因?yàn)樽⑸淦鳛閳A柱體，根據(jù)V=SL可得，活塞的橫截面積：S=$\frac{V}{L}$=$\frac{2.5c{m}^{3}}{5cm}$=0.5cm²；
實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)注射器中的活塞剛開始向左滑動(dòng)時(shí)，注射器筒壁對活塞的摩擦力方向向右，活塞還受向右的大氣壓力、向左的測力計(jì)拉力F₁，如下圖所示；
根據(jù)力的平衡條件可得：F_大氣+f=F₁------①

松手時(shí)發(fā)現(xiàn)注射器中的活塞向右滑動(dòng)瞬間，注射器筒壁對活塞的摩擦力方向向左，活塞還受向右的大氣壓力、向左的測力計(jì)拉力F₂，如上圖所示；
根據(jù)力的平衡條件可得：F_大氣-f=F₂------②
①式+②式，整理可得大氣對活塞的壓力：F_大氣=$\frac{1}{2}$（F₁+F₂）=$\frac{1}{2}$（5.5N+4.5N）=5N，
所以，大氣壓的值為：p=$\frac{{F}_{大氣}}{S}$=$\frac{5N}{0.5×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1×10⁵Pa；
（4）橡皮帽封住的注射器小孔中有殘余氣體，活塞與注射器筒壁不完全密封，大氣壓力和注射器內(nèi)部的氣體壓力會(huì)抵消一部分，都會(huì)使拉力變小，在面積不變的情況下，測得的大氣壓會(huì)偏小，即測量值小于真實(shí)值；
活塞與注射器筒壁間有摩擦?xí)��?dǎo)致拉力變大，測得的大氣壓會(huì)偏大；
彈簧測力計(jì)的讀數(shù)時(shí)，讀數(shù)偏大，即測得的拉力變大，測得的大氣壓會(huì)偏大；
故選①④．
故答案為：
（Ⅰ）多一些；反向偏轉(zhuǎn)；通電螺線管外部磁場方向和電流方向有關(guān)；
（Ⅱ）（1）刻度尺；（2）活塞的重力；（3）1.0×10⁵；（4）①④．

點(diǎn)評 本題考查了探究通電螺線管外部磁場方向、用注射器測量大氣壓兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，涉及的知識較多，難度較大，是初中物理中較典型的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)．