Question

14．實(shí)驗(yàn)桌上有細(xì)線若干、兩種規(guī)格的鉤碼（0.5N、2N）足夠多、彈簧測力計(jì)一只足夠多，彈簧測力計(jì)一只（量程為5N、分度值為0.2N）、三種規(guī)格的注射器（量程分別為20ml、10ml和5ml）、滑輪一只以及刻度尺一把．要求利用現(xiàn)有器材粗略測量大氣壓強(qiáng)．甲同學(xué)設(shè)計(jì)的方案如圖甲所示，乙同學(xué)設(shè)計(jì)的方案如圖乙所示．

請回答下列問題：
（1）把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽堵住注射器的小孔，這樣做的目的是排盡注射器中的空氣．
（2）實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該在活塞活塞剛開始滑動時，讀取彈簧測力計(jì)的示數(shù)（或鉤碼的重力）．
（3）甲同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，彈簧測力計(jì)被拉到5N時，活塞仍沒有移動．需改進(jìn)的是：換用5mL的小注射器．
（4）請你幫他把乙同學(xué)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)記錄表格補(bǔ)充完整，標(biāo)有“--”符號的空格不需要填寫．

鉤碼的個數(shù)	大氣對活塞的壓力F/N	注射器的容積V/ml	注射器全部刻度的長L/m	活塞的橫截面積S/m2	大氣壓強(qiáng)的值P/Pa
--	--	--	--	--	--

（5）小明了解到班內(nèi)同學(xué)的實(shí)驗(yàn)誤差普遍很大，有的偏大，有的偏小．請分析，該實(shí)驗(yàn)過程中導(dǎo)致誤差的因素有（請寫出一條）注射器中空氣沒有排凈會使結(jié)果偏�。ㄗ⑸淦骱突钊�間有摩擦?xí)�使結(jié)果偏大）．
（6）按乙方案實(shí)驗(yàn)時，掛上最后一個鉤碼后，發(fā)現(xiàn)活塞開始加速運(yùn)動，為了既快捷又較準(zhǔn)確地測出大氣壓力F，你認(rèn)為最恰當(dāng)?shù)牟僮魇牵喝∠录由系你^碼改用彈簧測力計(jì)拉．

Answer 1

分析 根據(jù)公式p=$\frac{F}{S}$，用彈簧測力計(jì)或鉤碼來求F，根據(jù)注射器容積和刻度的長來求面積，這就是這一實(shí)驗(yàn)的基本設(shè)計(jì)思路．據(jù)此我們不難分析：
（1）（2）注射器內(nèi)的空氣我們要事先排凈，拉動活塞滑動時的拉力就約等于大氣對活塞的壓力；
（3）壓力的大小跟活塞的作用面積有關(guān)，在大氣壓強(qiáng)一定時，面積越小，壓力會越小，所以應(yīng)選擇較小的注射器；
（4）測橫截面積時，根據(jù)公式S=$\frac{V}{L}$，我們還要量一個注射器刻度的長；
（5）實(shí)驗(yàn)中，空氣沒有排凈、活塞與注射器筒的摩擦、讀數(shù)時機(jī)的選擇等都會影響到測量的結(jié)果；
（6）相比之下，甲方案更容易操作，因?yàn)槲覀兒茈y保證拉力的大小正好是鉤碼重的整數(shù)倍．

解答 解：（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理，只有先排凈注射器中的空氣，在拉動時里面才能形成真空，大氣壓的力量才會將活塞緊緊地壓�。�
（2）當(dāng)活塞剛開始滑動時，說明拉力正好克服了大氣的壓力，是一對平衡力，此時彈簧測力計(jì)的示數(shù)就等于大氣產(chǎn)生的壓力；
（3）因?yàn)榇髿獾膲簭?qiáng)是一定的，根據(jù)公式F=pS，受力面積越小，壓力也會越小，所以當(dāng)彈簧測力計(jì)量程不夠時，可換用量程更小的5ml的注射器；
（4）要想得到活塞的橫截面積S，根據(jù)公式S=$\frac{V}{L}$，我們必須還要量出注射器所有刻度的長L；見表格．

鉤碼的個數(shù)	大氣對活塞的壓力F/N	注射器的容積V/ml	注射器全部刻度的長L/m	活塞的橫截面積S/m2	大氣壓強(qiáng)的值P/Pa
--	--	--	--	--	--

（5）注射器中的空氣不可能完全排凈，這會使結(jié)果偏小；注射器和活塞間有摩擦，這會使結(jié)果偏大；此外，彈簧測力計(jì)讀數(shù)時機(jī)選擇不準(zhǔn)也會影響測量的結(jié)果；
（6）因?yàn)殂^碼的重力已經(jīng)固定，缺少靈活性，所以用彈簧測力計(jì)拉更方便一些．
故答案為：（1）排盡注射器中的空氣；（2）活塞剛開始滑動；（3）換用5mL的小注射器；（4）注射器全部刻度的長L/m；（5）注射器中空氣沒有排凈會使結(jié)果偏�。ㄗ⑸淦骱突钊�間有摩擦?xí)�使結(jié)果偏大）；（6）取下加上的鉤碼改用彈簧測力計(jì)拉．

點(diǎn)評 此類實(shí)驗(yàn)依據(jù)了p=$\frac{F}{S}$，彈簧測力計(jì)測出的拉力正好是大氣對活塞的壓力，活塞的橫截面積就是力的作用面積，這樣就可以求出大氣壓強(qiáng)了．但受客觀條件的影響，此實(shí)驗(yàn)卻難保測量的準(zhǔn)確性．