Question

現(xiàn)有下列實驗器材：毫米刻度的直尺（長約30cm）一根，內(nèi)徑為2-3mm的粗細(xì)均勻的直玻璃管一根（玻璃管內(nèi)有一段長8-10cm的水銀柱封閉一段長約12-15mm的空氣柱），量角器，溫度計，帶有重錘線的鐵支架．請用上述器材設(shè)計一個用圖象法處理數(shù)據(jù)的測定實驗室內(nèi)大氣壓強(qiáng)的實驗方案：
（1）實驗原理

 

．
（2）請在右邊的方框內(nèi)畫出實驗裝置簡圖
（3）實驗步驟

 

．
（4）測量的物理量

 

（5）請簡述你是如何用圖象法處理數(shù)據(jù)的

 

．

Answer 1

分析：先要知道使用這些器材測量大氣壓的原理，根據(jù)原理找出需測量的物理量和制定實驗步驟．

解答：解：（1）實驗原理：如下圖中甲所示，設(shè)玻璃管內(nèi)封閉空氣柱長度為L，壓強(qiáng)為p，根據(jù)玻意耳定律有pL=c（常量）．
設(shè)大氣壓強(qiáng)為p₀，水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)為p′，則p=p₀+p′，代入上式可得p=

c

L

-p0
設(shè)水銀柱長度為L'，則p'=L'cosa．取若干個不同的a值，測出相應(yīng)的空氣柱長度，雖然c是未知量，不能直接計算出p₀，但可采用圖象法，作出p′-

1

L

圖象，圖線的截距即為所求的大氣壓強(qiáng)

（2）請在右邊的方框內(nèi)畫出實驗裝置簡圖
（3）實驗步驟：①組裝實驗器材（如圖甲）；
②將玻璃管傾斜放置，用量角器測出玻璃與垂錘線的夾角a₁，用直尺測出封閉空氣柱長度L₁；
③多次改變玻璃管的傾角．
（4）測量物理量：分別測量和記錄相就范的夾角a₂、a₃…和空氣長度L₂、L₃
（5）數(shù)據(jù)處理方法：根據(jù)上述測量數(shù)據(jù)計算出相應(yīng)的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)p₁=Lcosα₁、p₂=Lcosα₂、
p₃=Lcosα₃…．以p'主縱軸，

1

L

為橫軸，建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)描點作圖（如圖乙），圖線的截距就是所求的大氣壓強(qiáng)p．
故答案為：（1）設(shè)玻璃管內(nèi)封閉空氣柱長度為L，壓強(qiáng)為p，根據(jù)玻意耳定律有pL=c（常量）．
設(shè)大氣壓強(qiáng)為p₀，水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)為p′，則p=p₀+p′，代入上式可得p=

c

L

-p0
設(shè)水銀柱長度為L'，則p'=L'cosa．取若干個不同的a值，測出相應(yīng)的空氣柱長度，
雖然c是未知量，不能直接計算出p₀，但可采用圖象法，作出p′-

1

L

圖象，圖線的截距即為所求的大氣壓強(qiáng)
（2）如圖
（3）：①組裝實驗器材（如圖甲）；
②將玻璃管傾斜放置，用量角器測出玻璃與垂錘線的夾角a₁，用直尺測出封閉空氣柱長度L₁；
③多次改變玻璃管的傾角．
（4）分別測量和記錄相就范的夾角a₂、a₃…和空氣長度L₂、L₃
（5）根據(jù)上述測量數(shù)據(jù)計算出相應(yīng)的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)p₁=Lcosα₁、p₂=Lcosα₂、p₃=Lcosα₃…．以p'主縱軸，

1

L

為橫軸，建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)描點作圖（如圖乙），圖線的截距就是所求的大氣壓強(qiáng)p．

點評：該類比較新穎的實驗，首先要理解它們的實驗原理，這是解決問題的關(guān)鍵與核心．