Question

【題目】物理興趣小組的同學(xué)利用周末開(kāi)展一次登山活動(dòng)，他們想利用隨身攜帶的注射器、彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)線、刻度尺等相關(guān)用品測(cè)量山頂?shù)拇髿鈮�。測(cè)量方案如下：

A．把注射器的活塞推至注射器針筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器小孔；

B．如圖甲所示，用細(xì)線拴住注射器活塞頸部，使線的一端與彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤相連，然后水平向右慢慢拉動(dòng)針筒，當(dāng)活塞剛開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F；

C．讀出注射器針筒上有刻度部分的容積V；

D．用刻度尺測(cè)出注射器針筒上有刻度部分的長(zhǎng)度L。

請(qǐng)根據(jù)他們?cè)O(shè)計(jì)的方案回答以下問(wèn)題：

（1）測(cè)量中，分析研究的是大氣對(duì)_____（選填“針筒”或“活塞”）的壓力，當(dāng)活塞相對(duì)于針筒開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)，以地面為參照物，研究對(duì)象處于_____狀態(tài)。若不考慮其它因素，根據(jù)_____的知識(shí)可知，研究對(duì)象在水平方向所受的大氣壓力與拉力大小相等。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)同學(xué)們發(fā)現(xiàn)注射器頂端裝針頭處空氣無(wú)法排盡，這將會(huì)使測(cè)量結(jié)果_____（選填“偏大”、“不變”或“偏小”）。同學(xué)們聯(lián)想到去醫(yī)院打針的情景，可采取簡(jiǎn)單的辦法將注射器內(nèi)空氣排盡。你的方法是_____。

（3）測(cè)量前，有同學(xué)建議在活塞周圍涂抹潤(rùn)滑油，然后將其插入針筒中，這樣做有兩個(gè)好處：一是活塞的密封性好；二是可以_____。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中他們讓彈簧測(cè)力計(jì)和注射器保持在水平方向，可以減小_____對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，從而提高實(shí)驗(yàn)的精確程度。

（4）若同學(xué)們用圖乙中B注射器在測(cè)量時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)被拉到5N，活塞仍沒(méi)有滑動(dòng)。可改用圖乙中的_____（選填“A”或“C”）注射器。用測(cè)量步驟中的V、L和F表示大氣壓的值，則p=_____。

Answer 1

【答案】 活塞 運(yùn)動(dòng) 二力平衡 偏小 將注射器內(nèi)抽滿水，端口向上推動(dòng)活塞排水，使得頂端保留水，再封口 減小摩擦 活塞自身重力 C

【解析】（1）測(cè)量中，活塞是將針筒的內(nèi)外分開(kāi)的，活塞受到大氣壓的作用，所以分析研究的是大氣對(duì)活塞的壓力；

當(dāng)活塞相對(duì)于針筒開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)，以地面為參照物，活塞相對(duì)地面發(fā)生了位置的變化，所以處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

若不考慮其它因素，活塞受到大氣壓產(chǎn)生的壓力與彈簧測(cè)力計(jì)的拉力作用，根據(jù)二力平衡的知識(shí)，活塞在水平方向所受的大氣壓力與拉力大小相等。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)同學(xué)們發(fā)現(xiàn)注射器頂端裝針頭處空氣無(wú)法排盡，即注射器中留存少量的空氣，這部分空氣要產(chǎn)生一定的壓力，這個(gè)壓力與測(cè)力計(jì)的拉力之和等于大氣壓的壓力，所以這將會(huì)使測(cè)量結(jié)果偏小；

聯(lián)想到去醫(yī)院打針的情景，可采取簡(jiǎn)單的辦法將注射器內(nèi)空氣排盡。方法是：將注射器內(nèi)抽滿水，然后推動(dòng)活塞排水，使得頂端保留水，再封口，這樣注射器中不會(huì)留存空氣。

（3）測(cè)量前，有同學(xué)建議在活塞周圍涂抹潤(rùn)滑油，然后將其插入針筒中，這樣做有兩個(gè)好處：一是活塞的密封性好，不容易漏氣；二是潤(rùn)滑油油膜光滑，相當(dāng)于減小了接觸面的粗糙程度，所以可以減小摩擦力；

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中他們讓彈簧測(cè)力計(jì)和注射器保持在水平方向，可以避免重力的影響，即減小活塞自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，從而提高實(shí)驗(yàn)的精確程度。

（4）若同學(xué)們用圖乙中B注射器在測(cè)量時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)被拉到5N，活塞仍沒(méi)有滑動(dòng)，說(shuō)明大氣壓力大于測(cè)力計(jì)的量程，所以要使實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行，應(yīng)減小大氣壓力的作用，根據(jù)知，在大氣壓強(qiáng)不變的情況下，減小受力面積，可以減小壓力，所以可改用圖乙中直徑較小的C注射器；

大氣壓強(qiáng)表達(dá)式的求解：測(cè)力計(jì)的拉力即壓力為F；注射器為圓柱形，針筒上有刻度部分的容積為V，針筒上有刻度部分的長(zhǎng)度L，所以其橫截面積可表示為：；

所以大氣壓的值可表示為：

。