Question

7．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(cè)力計(jì)一只（量程為5N、分度值為0.2N）、三種規(guī)格的注射器A、B、C（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(cè)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(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該在活塞剛開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)，讀取彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)（或鉤碼的重力）；
（2）甲同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，彈簧測(cè)力計(jì)被拉到5N時(shí)，活塞仍沒(méi)有移動(dòng)．欲仍然采用此方案完成實(shí)驗(yàn)，需做的改進(jìn)是：換用C注射器．
（3）請(qǐng)把甲同學(xué)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)記錄表格補(bǔ)充完整，標(biāo)有“--”符號(hào)的空格不填．

鉤碼的個(gè)數(shù)	大氣對(duì)活塞壓力F/N	注射器的刻度部分容積V/m3	注射器全部刻度的長(zhǎng)L/cm	大氣壓強(qiáng)的值P/Pa
--	--	--	--	--

（4）用上表所測(cè)量的物理量可得出大氣壓強(qiáng)的值為p=$\frac{FL}{V}$．
（5）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注射器筒內(nèi)漏進(jìn)了少量空氣，則測(cè)得的大氣壓強(qiáng)偏�。ù�/小）．
（6）按乙方案實(shí)驗(yàn)時(shí)，在增減鉤碼時(shí)無(wú)法達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，還需要的操作是：加掛一定鉤碼后，再用彈簧測(cè)力計(jì)向下拉，當(dāng)觀察到剛開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)讀數(shù)．

Answer 1

分析 根據(jù)p=$\frac{F}{S}$，用彈簧測(cè)力計(jì)或鉤碼來(lái)求F，根據(jù)注射器容積和刻度的長(zhǎng)來(lái)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）注射器內(nèi)的空氣我們要事先排凈，拉動(dòng)活塞滑動(dòng)時(shí)的拉力就約等于大氣對(duì)活塞的壓力；
（2）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(shí)，面積越小，壓力會(huì)越小，所以應(yīng)選擇較小的注射器；
（3）測(cè)橫截面積時(shí)，根據(jù)公式S=$\frac{V}{L}$，我們還要量一個(gè)注射器刻度的長(zhǎng)；
（4）由于外界大氣壓的作用，要拉動(dòng)活塞需要很大的力，這個(gè)力的大小為F=p_大氣S，故測(cè)出活塞橫截面積S和拉動(dòng)時(shí)的拉力F，就可根據(jù)p_大氣=$\frac{F}{S}$求出大氣壓強(qiáng)的值．
（5）對(duì)注射器的密閉性來(lái)說(shuō)，橡皮帽已經(jīng)很好封住注射器的小孔，那么漏氣的主要原因是活塞的密閉性，所以要盡可能的減小氣體從活塞進(jìn)入；
（6）因?yàn)楹茈y保證拉力的大小正好是鉤碼重的整數(shù)倍，所以借助彈簧測(cè)力計(jì)還是很有必要的．

解答 解：（1）當(dāng)活塞剛開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)，說(shuō)明拉力正好克服了大氣的壓力，是一對(duì)平衡力，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)就等于大氣產(chǎn)生的壓力；
（2）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(huì)越小，所以當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)量程不夠時(shí)，可換用量程更小的C注射器；
（3）要想得到活塞的橫截面積S，根據(jù)公式S=$\frac{V}{L}$，我們還，我們必須還要量出注射器所有刻度的長(zhǎng)L；
（4）已知注射器筒上所標(biāo)明的容積V，用刻度尺測(cè)出注射器的全部刻度長(zhǎng)度L，故注射器活塞的面積為S=$\frac{V}{L}$根據(jù)p_大氣=$\frac{F}{S}$=$\frac{F}{\frac{V}{L}}$=$\frac{FL}{V}$可知大氣壓值．
（5）實(shí)驗(yàn)時(shí)，若筒內(nèi)空氣沒(méi)有排盡，測(cè)量結(jié)果小于一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；
（6）因?yàn)殂^碼的重力已經(jīng)固定，缺少靈活性，所以加掛一定鉤碼后，再用彈簧測(cè)力計(jì)向下拉，當(dāng)觀察到剛開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)讀數(shù)；
（5）使用定滑輪改變力的方向，可使我們?cè)诶瓌?dòng)注射器或測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)操作更方便．
故答案為：（1）活塞剛開(kāi)始滑動(dòng)； （2）換用C注射器；（3）注射器全部刻度的長(zhǎng)度L/cm；（4）$\frac{FL}{V}$；（5）�。唬�6）加掛一定鉤碼后，再用彈簧測(cè)力計(jì)向下拉，當(dāng)觀察到剛開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)讀數(shù)．

點(diǎn)評(píng) 此類(lèi)實(shí)驗(yàn)依據(jù)了p=$\frac{F}{S}$，彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出的拉力正好是大氣對(duì)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．兩種方案對(duì)比，甲方案更直接，但需要一支量程足夠大的測(cè)力計(jì)，乙方案鉤碼的重固定，無(wú)法保證讀數(shù)為整數(shù)，也需要借助測(cè)力計(jì)來(lái)測(cè)量．具體操作中，受客觀條件的影響，此實(shí)驗(yàn)很難保測(cè)量的準(zhǔn)確性．