Question

某校物理興趣小組設計一個玻璃管測力計：橫截面積

次數	1	2	3	4
m/Kg	0.000	0.100	0.250
L/cm	2.00	2.22		3.36

S=1﹒00cm²的一端封閉、一端開口的玻璃管內，一個很薄的輕質活塞封閉了一定量的空氣，活塞連結一個秤鉤．將測力計開口向下豎直懸掛，下端秤鉤掛上砝碼，如圖所示．現將不同質量的砝碼m掛在秤鉤上，穩(wěn)定后用刻度尺測量出活塞與管頂之間的距離L，在實驗過程中，氣體的溫度保持不變，四次實驗部分數據記錄在下面的表格上：
（1）通過計算，將數據填入表內兩個空白處．
實驗時大氣壓強P=______帕．（用科學記數法表示，保留三位有效數字，即其系數計算到小數點后兩位）
在玻璃管測力計上L=4.00cm處應標上所測作用力大小F=______N．空氣柱長度L隨加在秤鉤上作用力F變化而______（填：均勻，不均勻）變化．
（2）通過實驗，同學們發(fā)現用玻璃管測力計來測力，還存在一些不足之處，其中主要的不足之處①______；②______．

Answer 1

【答案】分析：（1）由第1組數據可知，此時沒有掛秤鉤，根據活塞平衡，由力平衡條件求出封閉氣體的壓強的表達式，根據玻意耳定律求解大氣壓；
（2）根據玻意耳定律求出L=4.00cm時所掛鉤碼的重力，即為所測的作用力F．由鉤碼的重力表達式分析F是否均勻．
（3）用這種玻璃管測力計來測力，容易受外界環(huán)境的影響，比如大氣壓和溫度的變化引起測量不準確．
解答：解：（1）由力平衡條件得：所掛鉤碼的質量為M時，封閉氣體的壓強為P=P-．
封閉氣體的壓強分別：
狀態(tài)1：P₁=P，
狀態(tài)2：P₂=P-=P-10⁴（Pa）
狀態(tài)3：P₃=P-=P-2.5×10⁴（Pa）
狀態(tài)4：P₄=P-
根據玻意耳定律得：
  P₁L₁=P₂L₂，代入解得，P=1.01×10⁵P_a．
  P₁L₁=P₃L₃，代入解得，L₃=2.66cm
  P₁L₁=P₄L₄，代入解得，M₄=0.409kg
（2）當L=4.00cm時，由P₁L₁=P₅L=（P-）L，得
解得F=5.05N，
即在玻璃管測力計上L=4.00cm處應標上所測作用力F=5.05N．
由P₁L₁=（P-）L，可以看出F與L是非線性關系，故空氣柱長度L隨加在秤鉤上作用力F變化而不均勻變化．
（3）用這種玻璃管測力計來測力，容易受外界環(huán)境的影響，力的測量值大小會隨大氣壓強和環(huán)境溫度的而改變．
故答案為：
（1）1.01×10⁵；
（2）5.05，不均勻
（3）①測量力的大小隨環(huán)境溫度的變化而變化；        ②測量力的大小隨外界大氣壓強的變化而變化．
點評：本題的解題關鍵是根據力學知識求出封閉氣體的壓強，考查綜合應用力學知識和玻意耳定律的能力．