Question

15．小虎同學(xué)利用注射器、彈簧測力計和刻度尺估測大氣壓的值．設(shè)計的方案如圖所示，請回答下列問題：將活塞推至注射器頂端，再用橡皮帽封住注射器的小孔，排盡空氣；實(shí)驗(yàn)中，小虎同學(xué)水平向右緩慢拉動注射器筒，當(dāng)活塞剛好被拉動時，讀取彈簧測力計的示數(shù)；
（1）實(shí)驗(yàn)室有甲、乙兩個注射器，活塞的橫截面積分別為0.5cm²和2cm²，若彈簧測力計量程為10N，實(shí)驗(yàn)時應(yīng)選用甲（選填“甲”或“乙”）注射器．
（2）下面是小虎同學(xué)記錄實(shí)驗(yàn)情況的表格，請將空白處內(nèi)容補(bǔ)充完整

大氣對活塞的壓力F/N	活塞的橫截面積S/cm2	大氣壓強(qiáng)的值p/Pa
6.0	0.5	1.2×105

（3）根據(jù)計算出的大氣壓的數(shù)值請你分析，該數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓不相同的原因可能是活塞與注射器內(nèi)壁間存在摩擦力，
為減小該因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響小明對小虎同學(xué)所做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)：“在原實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，取下橡皮帽，將活塞推到注射器底端后，再次水平向右慢慢勻速拉動注射器筒，記下彈簧測力計的示數(shù)為1.0N”這一實(shí)驗(yàn)步驟，小明計算出的大氣壓強(qiáng)1.0×10⁵Pa．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)拉動甲、乙兩個注射器的活塞的橫截面積，分別計算出標(biāo)準(zhǔn)大氣壓所需要的拉力即可選擇．
（2）根據(jù)測得的大氣壓力和活塞面積代入公式p=$\frac{F}{S}$可算出大氣壓強(qiáng)的大�。�
（3）如果活塞與注射器內(nèi)壁間存在摩擦力，注射器在拉力F作用下平衡時，拉力F大于大氣對活塞的壓力，從而影響測量結(jié)果．

解答 解：（1）因甲、乙兩個注射器，活塞的橫截面積分別為0.5cm²和2cm²，
當(dāng)大氣壓約為10⁵Pa，當(dāng)面積為2cm²，即0.0002m²時，
由p=$\frac{F}{S}$可得，F(xiàn)=pS=10⁵Pa×0.0002m²=20N，
因?yàn)橐阎獜椈蓽y力計量程為10N，超過了測力計的量程，
所以實(shí)驗(yàn)時應(yīng)選用甲注射器．
（2）從表中數(shù)據(jù)可知，大氣壓力F=6N，活塞面積S=0.5cm²，
所測大氣壓強(qiáng)：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{6N}{0.5×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.2×10⁵Pa，
故表格處應(yīng)填：1.2×10⁵．
（3）由計算結(jié)果可知，求得的大氣壓的數(shù)值大于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，原因可能是活塞與注射器內(nèi)壁間存在摩擦力，注射器在拉力F作用下平衡時，拉力F大于大氣對活塞的壓力，從而使測量值偏大．
再次水平向右慢慢勻速拉動注射器筒，記下彈簧測力計的示數(shù)為1.0N，是活塞與筒壁的摩擦力F₁，所以，大氣對活塞產(chǎn)生的壓力實(shí)際為F′=F-F₁=6N-1.0N=5N，
計算出的大氣壓強(qiáng)p′=$\frac{F′}{S}$=$\frac{5N}{1.0×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.0×10⁵Pa．
故答案為：（1）甲；（2）1.2×10⁵；（3）活塞與注射器內(nèi)壁間存在摩擦力；1.0×10⁵．

點(diǎn)評 本題屬實(shí)驗(yàn)探究題，實(shí)驗(yàn)探究題一般對學(xué)生的要求都較高，不僅要求學(xué)生熟練掌握課本上所學(xué)的相關(guān)知識，還要求學(xué)生具有一定的物理素養(yǎng)．