Question

3．小明做“估測大氣壓值”的實驗．裝置如圖所示：
（1）小明不宜采用乙（甲/乙）圖裝置來估測大氣壓強．
（2）小明采用正確的裝置進行測量，實驗步驟如下：
A．把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器的小孔；
B．用細尼龍繩拴住注射器活塞的頸部，繩的另一端與彈簧測力計的掛鉤相連，沿正確的方向慢慢拉動注射器筒，當注射器的活塞開始滑動時記下彈簧測力計的示數F；
C．讀出注射器的容積V；
D．用刻度尺測出注射器的長度L．
（3）思考并回答：
①實驗步驟A的目的是排掉注射器中的空氣；
②指出實驗中的錯誤步驟：D（填字母代號），并進行糾正：步驟應量出注射器有刻度部分的長度L′；
③用測得的物理量表示大氣壓強的表達式p=$\frac{FL′}{V}$．
（4）實驗時，可先在活塞周圍涂抹潤滑油，然后將其插入針筒中，這樣做有兩個好處；一是減小摩擦；二是活塞的密封性好．
（5）實驗室有甲、乙兩個注射器，活塞的橫截面積分別為0.5cm²和2cm²，若彈簧測力計量程為10N，實驗時應選用甲（選填“甲”或“乙”）注射器，不選用另一個的理由是彈簧測力計量程為10N，超過了測力計的量程．

Answer 1

分析 （1）地球表面上的一切物體都要受到重力，所以乙圖中注射器的活塞也要受到重力；
①注射器內的空氣排不凈時，里面的氣體會產生向外的壓力，而使所測大氣壓強的數值遠遠比實際數值偏小；
②注射器的有效長度應從有刻度的位置測算，而不是全部長度；
③對注射器的密閉性來說，橡皮帽已經很好封住注射器的小孔，那么漏氣的主要原因是活塞的密閉性，所以要盡可能的減小氣體從活塞進入；
④本實驗的原理是：先排出注射器內的空氣，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，故測出注射器的有效長度，利用讀出的體積V求出活塞橫截面積S和拉動時的拉力F，就可求出大氣壓強的值．
（4）涂抹凡士林的好處：一是減小摩擦，二是密封性好；
（5）根據拉動甲、乙兩個注射器的活塞的橫截面積，分別計算出標準大氣壓所需要的拉力即可選擇．

解答 解：（1）乙圖裝置中，向下拉活塞時，由于活塞受到自身的重力，會增大彈簧測力計的示數，因此小明不宜采用乙圖裝置來估測大氣壓強；
（3）①把注射器的活塞推至注射器筒的底端，會把注射器的空氣排掉，然后用橡皮帽封住注射器的小孔，是防止注射器外的空氣從小孔進入；
②注射器的體積是活塞的面積和注射器有效長度的乘積，有效長度是指注射器帶刻度的部分；
③注射器活塞的面積為S=$\frac{V}{L′}$，
由二力平衡的條件可知：
F=P_大氣S=P_大氣$\frac{V}{L′}$
所以，P_大氣=$\frac{FL′}{V}$．
（4）涂抹凡士林的好處：一是減小摩擦，二是活塞的密封性好．
（2）因甲、乙兩個注射器，活塞的橫截面積分別為0.5cm²和2cm²，
當大氣壓約為10⁵Pa，當面積為2cm²，即0.0002m²時，
由P=$\frac{F}{S}$可得，F=pS=10⁵Pa×0.0002m²=20N，
因為已知彈簧測力計量程為10N，超過了測力計的量程，
所以實驗時應選用甲注射器．
故答案為：
（1）乙；
（3）①排掉注射器中的空氣；
②D步驟應量出注射器有刻度部分的長度L′；
③$\frac{FL′}{V}$；
（4）摩擦；活塞的密封性好；
（5）甲；彈簧測力計量程為10N，超過了測力計的量程．

點評 此題的綜合性較強，既考查了二力平衡條件的應用、大氣壓強的特點、固體壓強的計算公式p=$\frac{F}{S}$等知識點，又考查了學生應用所學知識分析和解決實際問題的能力．