Question

現(xiàn)有下列實(shí)驗(yàn)器材：毫米刻度的直尺（長(zhǎng)約?30 cm?）一根，內(nèi)徑為2—3 mm的粗細(xì)均勻的直玻璃管一根（玻璃管內(nèi)有一段長(zhǎng)8—10 cm的水銀柱封閉一段長(zhǎng)約12—15 mm的空氣柱），量角器，溫度計(jì)，帶有重垂線(xiàn)的鐵支架。請(qǐng)用上述器材設(shè)計(jì)一個(gè)用圖象法處理數(shù)據(jù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)室內(nèi)大氣壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)方案：

（1）實(shí)驗(yàn)原理________________________________________________________________。

（2）請(qǐng)?jiān)谟疫叺姆娇騼?nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖。

（3）實(shí)驗(yàn)步驟________________________________________________________________。

（4）測(cè)量的物理量____________________________________________________________。

（5）請(qǐng)簡(jiǎn)述你是如何用圖象法處理數(shù)據(jù)的______________。

Answer 1

（1）實(shí)驗(yàn)原理：如圖甲所示，設(shè)玻璃管內(nèi)封閉空氣柱長(zhǎng)度為L(zhǎng)，壓強(qiáng)為p，根據(jù)玻意耳定律有pL=c（常量）。

甲

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′=－p₀

設(shè)水銀柱長(zhǎng)度為L(zhǎng)′，則p′=L′cosα。取若干個(gè)不同的α值，測(cè)出相應(yīng)的空氣柱長(zhǎng)度，雖然c是未知量，不能直接計(jì)算出p₀，但可采用圖象法，作出p′-圖象，圖線(xiàn)的截距即為所求的大氣壓強(qiáng)。

（2）實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖如圖所示

（3）實(shí)驗(yàn)步驟：①組裝實(shí)驗(yàn)器材（如圖甲）；②將玻璃管傾斜放置，用量角器測(cè)出玻璃管與重垂線(xiàn)的夾角α₁，用直尺測(cè)出封閉空氣柱長(zhǎng)度L₁；③多次改變玻璃管的傾角，并測(cè)出相應(yīng)的封閉空氣柱的長(zhǎng)度。

（4）測(cè)量物理量：分別測(cè)量和記錄夾角α₂、α₃……和空氣長(zhǎng)度L₂、L₃。

（5）數(shù)據(jù)處理方法：根據(jù)上述測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出相應(yīng)的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)p₁=Lcosα₁、p₂=Lcosα₂、p₃=Lcosα₃……以p′為縱軸、為橫軸，建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖（如圖乙），圖線(xiàn)的截距就是所求的大氣壓強(qiáng)p。

乙