Question

5．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，使繩的另一端與固定在豎直墻上的彈簧測(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(kāi)始滑動(dòng)時(shí)，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為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）該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是：p=$\frac{F}{S}$．該實(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0.625cm²，根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算出大氣壓強(qiáng)是8×10⁴Pa；
（3）小明發(fā)現(xiàn)，同學(xué)們?cè)谧龃藢?shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)得的大氣壓值誤差較大，對(duì)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的殘余體；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．上述原因一定會(huì)使測(cè)量值小于真實(shí)值的是B．
A．①③B．①④C．②③D．②④
（4）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，活塞口到注射器底端后，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，這是為什么？

Answer 1

分析 （1）該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是：p=$\frac{F}{S}$，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)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；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)的大小；
（3）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．
（4）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．

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是：p=$\frac{F}{S}$，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）讀圖可知，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)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F=5N，這就是大氣對(duì)活塞的壓力，將其代入公式得，
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{5N}{0.625×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=8×10⁴Pa；
（3）①④活塞與注射器筒壁不完全密封，橡皮帽封住的注射器小孔中有殘余氣體，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)偏小；
②活塞與注射器筒壁間有摩擦?xí)��?dǎo)致測(cè)量值大于真實(shí)值，③彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)沒(méi)有讀準(zhǔn)可能偏大，也可能偏��；故選B．
（4）取下橡皮帽后，對(duì)于活塞來(lái)說(shuō)，左側(cè)和右側(cè)受到的氣體壓強(qiáng)都是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，所以與拉力相平衡不再是大氣壓產(chǎn)生的壓力，而是活塞與管壁的摩擦力，所以1.2N就是摩擦力，所以小紅的這一實(shí)驗(yàn)步驟，由二力平衡原理測(cè)量出摩擦力的大小，減小實(shí)驗(yàn)誤差，增大實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性．
故答案為：（1）p=$\frac{F}{S}$；刻度尺；（2）0.625；8×10⁴；（3）B；（4）由二力平衡原理測(cè)量出摩擦力的大小，減小實(shí)驗(yàn)誤差，增大實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性．

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)．