Question

20．小华利用注射器、弹簧测力计设计如图所示装置测量大气压的值．
（1）为完成实验，除了图中给出的器材外还需要的测量工具是刻度尺，用来测量注射器有刻度部分的长度L．（填写测量的物理量及其表示字母）
（2）实验室有甲、乙两个注射器，活塞的横截面积分别为0.5cm2和2cm2，若弹簧测力计量程为10N，实验时应选用甲（选填“甲”或“乙”）注射器，理由是弹簧测力计量程为10N，超过了测力计的量程；
（3）实验前，将注射器的活塞推至注射器的底端，用橡皮帽堵住注射器的小孔，这样做的目的是排出注射器内的空气．
（4）实验时，水平向右慢慢拉动注射器筒，当注射器的活塞开始滑动时，记下弹簧测力计的示数F．
（5）大气压强的表达式p=$\frac{FL}{V}$．（已知注射器有刻度部分的容积为V）
（6）小华同学发现实验误差较大，请分析实验过程中导致误差的因素有（请写出两条）
①管内空气没有排尽
②拉动时有摩擦力．

Answer 1

分析 （1）压强等于压力和受力面积的比值，因此需要测出压力和受力面积，据此确定实验器材；
（2）根据拉动甲、乙两个注射器的活塞的横截面积，分别计算出标准大气压所需要的拉力即可选择．
（3）实验中要排出注射器内的空气，这样在拉动活塞时，注射器内部会接近于真空，这样才能测出大气的压力；
根据二力平衡的条件，当活塞刚刚拉动时，弹簧测力计的拉力与大气对活塞的压力是一对平衡力；
（5）计算出活塞的面积S，根据P=$\frac{F}{S}$就可计算出大气压强的大小；
（6）注射器筒内有空气会使拉力变小，在面积不变的情况下，测得的大气压会偏小；若实验中摩擦较大，则测得的拉力F变大，在面积不变的情况下，测得的大气压会偏大．

解答 解：（1）实验中需要刻度尺，测出注射器上有刻度的长度，是为了根据注射器的容积计算活塞的横截面积；
（2）因甲、乙两个注射器，活塞的横截面积分别为0.5cm²和2cm²，
当大气压约为10⁵Pa，当面积为2cm²，即0.0002m²时，
由P=$\frac{F}{S}$可得，F=pS=10⁵Pa×0.0002m²=20N，
因为已知弹簧测力计量程为10N，超过了测力计的量程，
所以实验时应选用甲注射器．
（3）将活塞推至底部并用橡皮帽堵住小孔，是为了排尽注射器内的空气．
（5）根据注射器上的刻度得知容积V，再测出注射器有刻度部分的长度L，则活塞面积S=$\frac{V}{L}$，弹簧测力计对活塞的拉力为F；
大气压强P=$\frac{F}{S}$=$\frac{FL}{V}$．
（6）造成误差的主要原因是由于注射器内的空气没有排尽、或橡皮帽密封不好、拉力和长度读数不准确等；拉动活塞时活塞和筒壁间有摩擦这会造成最终测量的结果偏大．
故答案为：（1）刻度尺；注射器有刻度部分的长度L；（2）甲；弹簧测力计量程为10N，超过了测力计的量程；（3）排出注射器内的空气；（5）$\frac{FL}{V}$；（6）①管内空气没有排尽；②拉动时有摩擦力．

点评 本题属实验探究题，实验探究题一般对学生的要求都较高，不仅要求学生熟练掌握课本上所学的相关知识，还要求学生具有一定的物理素养．