Question

3．小施同學(xué)在學(xué)習(xí)了大氣壓強(qiáng)的知識(shí)后，想用自己的方法，粗略地測(cè)量出當(dāng)?shù)氐臍鈮�，�?jīng)過思考和查閱資料，他設(shè)計(jì)了如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案：
方案一：如圖1面積為S的蘸水的吸盤，緊緊地壓在一塊直立的光滑瓷磚上．在掛鉤下掛重物直至吸盤開始下滑，測(cè)出重物的重力為G，大氣壓力等于G，則計(jì)算出p=$\frac{G}{S}$．
方案二：如圖2，在一支長(zhǎng)為1米的一端開口的玻璃管中，裝滿水銀，用食指緊緊堵住玻璃管開口端，把玻璃管小心地倒插在盛有水銀的槽里，待開口端全部浸入水銀槽內(nèi)時(shí)放開手指，讀出水銀柱的豎直高度為h．此時(shí)大氣壓強(qiáng)等于水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)，則計(jì)算出P=ρ_水銀gh．
（1）經(jīng)討論，有同學(xué)指出，小施設(shè)計(jì)的方案一并不合理．請(qǐng)闡述不合理之處大氣對(duì)吸盤的壓力與鉤砝的重力不在一條直線上，無法比較，故無法測(cè)出大氣壓的值．請(qǐng)修改此方案將光滑瓷磚水平放置，蘸水的吸盤按在光滑瓷磚上，在掛鉤下掛重物直至吸盤開始下滑，測(cè)出重物的重力為G，大氣壓力等于G．
（2）方案二中，小施待玻璃管倒插入水銀槽并移開手指之后，可以觀察到，玻璃管中的水銀柱將下降一部分（選填“全部下落到水銀槽中”、“下降一部分”、“不變”）．
（3）為了提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，小施決定采用方案二，但在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)，小施沒有找到合適的玻璃管，同學(xué)建議用試管代替，你認(rèn)為是否可行？不可行，說出你的理由試管的長(zhǎng)度都不到760mm．

Answer 1

分析 （1）比較圖可知，對(duì)它進(jìn)行受力分析可做出判斷．將蘸水的吸盤按在光滑瓷磚上，擠出里面的空氣，用鉤碼測(cè)量大氣壓力，然后計(jì)算大氣壓強(qiáng)．
（2）玻璃管豎直倒插入水銀槽中后，松開手指，管內(nèi)水銀面開始下降，當(dāng)降低到管內(nèi)外水銀面高度差為某一數(shù)值（如76 cm）時(shí)不再下降．
（3）根據(jù)大氣壓能支持的水銀柱的高度和試管的長(zhǎng)度分析．

解答 解：
（1）對(duì)圖進(jìn)行受力分析可知，圖中，吸盤與墻面的摩擦力與所掛重物的重力是一對(duì)平衡力，大氣對(duì)吸盤的壓力與鉤砝的重力不在一條直線上，無法比較，故無法測(cè)出大氣壓的值；
將光滑瓷磚水平放置，蘸水的吸盤按在光滑瓷磚上，在掛鉤下掛重物直至吸盤開始下滑，測(cè)出重物的重力為G，大氣壓力等于G，由p=$\frac{F}{S}$計(jì)算壓強(qiáng)；如圖所示：

（2）因?yàn)樵瓉砉芾锍錆M水銀，沒有空氣，倒過來  管內(nèi)的上方是真空，沒有大氣壓作用在水銀面 上，而管外的水銀面上要受大氣壓的作用，作用在管外水銀面上的大氣壓就支持著管里的水銀柱，這時(shí)管里水銀柱的壓強(qiáng)等于外界大氣壓，因此玻璃管中的水銀柱將下降一部分，不會(huì)全部下落到水銀槽中．
（3）因?yàn)榇髿鈮耗苤С执蠹s760mm水銀柱，而試管的長(zhǎng)度都不到760mm，所以不能用試管代替．
故答案為：（1）大氣對(duì)吸盤的壓力與鉤砝的重力不在一條直線上，無法比較，故無法測(cè)出大氣壓的值；將光滑瓷磚水平放置，蘸水的吸盤按在光滑瓷磚上，在掛鉤下掛重物直至吸盤開始下滑，測(cè)出重物的重力為G，大氣壓力等于G；
（2）下降一部分；
（3）不可行；試管的長(zhǎng)度都不到760mm．

點(diǎn)評(píng) 本題是考查學(xué)生對(duì)托里拆利實(shí)驗(yàn)原理的理解及對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)問題的分析判斷能力，并且要求能在題目中靈活運(yùn)用．