Question

15．小虎同学利用注射器、弹簧测力计和刻度尺估测大气压的值．设计的方案如图所示，请回答下列问题：将活塞推至注射器顶端，再用橡皮帽封住注射器的小孔，排尽空气；实验中，小虎同学水平向右缓慢拉动注射器筒，当活塞刚好被拉动时，读取弹簧测力计的示数；
（1）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．
（2）下面是小虎同学记录实验情况的表格，请将空白处内容补充完整

大气对活塞的压力F/N	活塞的横截面积S/cm2	大气压强的值p/Pa
6.0	0.5	1.2×105

（3）根据计算出的大气压的数值请你分析，该数据与标准大气压不相同的原因可能是活塞与注射器内壁间存在摩擦力，
为减小该因素对实验结果的影响小明对小虎同学所做实验进行改进：“在原实验基础上，取下橡皮帽，将活塞推到注射器底端后，再次水平向右慢慢匀速拉动注射器筒，记下弹簧测力计的示数为1.0N”这一实验步骤，小明计算出的大气压强1.0×10⁵Pa．

Answer 1

分析 （1）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．
（2）根据测得的大气压力和活塞面积代入公式p=$\frac{F}{S}$可算出大气压强的大小．
（3）如果活塞与注射器内壁间存在摩擦力，注射器在拉力F作用下平衡时，拉力F大于大气对活塞的压力，从而影响测量结果．

解答 解：（1）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．
（2）从表中数据可知，大气压力F=6N，活塞面积S=0.5cm²，
所测大气压强：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{6N}{0.5×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.2×10⁵Pa，
故表格处应填：1.2×10⁵．
（3）由计算结果可知，求得的大气压的数值大于标准大气压，原因可能是活塞与注射器内壁间存在摩擦力，注射器在拉力F作用下平衡时，拉力F大于大气对活塞的压力，从而使测量值偏大．
再次水平向右慢慢匀速拉动注射器筒，记下弹簧测力计的示数为1.0N，是活塞与筒壁的摩擦力F₁，所以，大气对活塞产生的压力实际为F′=F-F₁=6N-1.0N=5N，
计算出的大气压强p′=$\frac{F′}{S}$=$\frac{5N}{1.0×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.0×10⁵Pa．
故答案为：（1）甲；（2）1.2×10⁵；（3）活塞与注射器内壁间存在摩擦力；1.0×10⁵．

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．