Question

15．洋洋同學(xué)家的衛(wèi)生間下水道堵塞了，他爸爸利用吸盤很快就將下水道疏通了，如圖所示，為此他突然聯(lián)想到所學(xué)過的大氣壓知識(shí)，于是，洋洋和瑞瑞同學(xué)合作利用吸盤設(shè)計(jì)了一個(gè)估測大氣壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)方案：
【方案設(shè)計(jì)】
（1）用刻度尺測出吸盤的直徑D；
（2）將吸盤四周沾上水，擠出里面的空氣壓在光滑的水平地面上；
（3）用力豎直往上拉吸盤柄，直到吸盤脫離地面，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估測拉脫吸盤所需拉力的大小F；
（4）計(jì)算出當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)
【評(píng)估交流】
洋洋同學(xué)說：我們的實(shí)驗(yàn)原理是p=$\frac{F}{S}$，操作過程規(guī)范，較方便地估測出了大氣壓強(qiáng)．
瑞瑞同學(xué)說：在操作過程中，我發(fā)現(xiàn)存在盤中的氣體擠不干凈、拉脫所需力的大小估測偏差大（寫兩點(diǎn)）等問題，盡管我的操作規(guī)范，但估測的結(jié)果誤差較大，洋洋認(rèn)真思考后，同意了瑞瑞的意見，然后，他們繼續(xù)一起探討如何改進(jìn)方案，盡量減少測量誤差．
根據(jù)洋洋和瑞瑞同學(xué)的實(shí)驗(yàn)記錄及自我評(píng)估情況，請你回答，洋洋和瑞瑞測出的大氣壓強(qiáng)P=$\frac{4F}{π{D}^{2}}$（用字母表示）；實(shí)驗(yàn)時(shí)洋洋同學(xué)將吸盤四周沾上水，這樣做的目的是防止外面的氣體進(jìn)入吸盤．要準(zhǔn)確測量，應(yīng)該利用課本中介紹的氣壓計(jì)（或托里拆利實(shí)驗(yàn)）進(jìn)行測量．

Answer 1

分析 根據(jù)壓強(qiáng)的計(jì)算公式p=$\frac{F}{S}$，實(shí)驗(yàn)的主要思路是測出拉脫吸盤的力F和吸盤的面積S．實(shí)驗(yàn)中，吸盤內(nèi)的空氣不可能完全擠出，估測也很難保證準(zhǔn)確，這是影響測量結(jié)果的主要原因，要想準(zhǔn)確測量，氣壓計(jì)仍是最好的選擇．實(shí)驗(yàn)操作中需要測量的量主要有拉力F和吸盤的直徑D，因此，表達(dá)式應(yīng)利用測量的量來表示．

解答 解：實(shí)驗(yàn)依據(jù)的原理是壓強(qiáng)的計(jì)算公式p=$\frac{F}{S}$．分析操作過程可以看出，操作中吸盤內(nèi)的氣體不可能擠干凈，利用估測來得出拉力的大小也有較大偏差；
利用此方法得出的大氣壓強(qiáng)的表達(dá)式為p=$\frac{F}{S}$=$\frac{F}{{π（\frac{D}{2}）}^{2}}$=$\frac{4F}{π{D}^{2}}$；
吸盤與地面之間不可能完全密封，四周沾上水是為了防止外面的氣體進(jìn)入吸盤；
這種方法必竟有較多的不足之處，準(zhǔn)確測量時(shí)仍需要選擇氣壓計(jì)．
故答案為：p=$\frac{F}{S}$；盤中的氣體擠不干凈、拉脫所需力的大小估測偏差大；$\frac{4F}{π{D}^{2}}$，防止外面的氣體進(jìn)入吸盤；氣壓計(jì)（或托里拆利實(shí)驗(yàn)）．

點(diǎn)評(píng) 利用各類吸盤測量大氣壓，是較為常用的方法，這類方法雖然操作簡便易行，但測量時(shí)的準(zhǔn)確度卻較差．對這種方法的原理、操作要點(diǎn)、誤差分析等都是我們應(yīng)該了解的．