Question

18．小华利用如图1所示的装置测量本地大气压的大小：

（1）请将下列实验步骤补充完整．
A、将注射器筒的活塞推至注射器筒底端，用想皮帽封住注射器末端的小孔
B、活塞通过细线与弹簧测力计相连，用水平拉力作用注射器筒上，当注射器中的活塞刚开始运动（选填“静止不动”或“刚开始运动”）时，记下测力计示数，即等于大气对活塞的压力F．
C、用刻度尺测出注射器筒的刻度部分的长度（选填“刻度部分的长度”或“全部长度”），记为L，读出注射器筒的容积V，则活塞的面积S=$\frac{V}{L}$．
D、最后计算出此时大气压的数值P=$\frac{FL}{V}$．
（2）实验中，小华正确使用了测量仪器，且读数正确，但她发现测量结果总是偏小，其主要原因是注射器中的空气无法排尽．
（3）另一方面，考虑到活塞与针筒之间的摩擦力对实验的影响，小华改进了实验，如图2所示，将注射器筒固定在水平桌面上，活塞通过水平细线及定滑轮与烧杯相连，向烧杯中缓慢加水，当活塞刚开始向左滑动时，测得杯和水的重力为9.8N，然后向外缓慢抽出杯中的水，当活塞刚开始向右滑动时，测得杯和水的重力为5.6N，已知活塞面积为7×10^-5m²，则所测大气压的值为1.1×10⁵pa．

Answer 1

分析 （1）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；根据注射器有刻度部分的容积和有刻度部分的长度，可计算出注射器的横截面积；再根据公式p=$\frac{F}{S}$计算出大气压强；
（2）注射器筒内空气没有排尽会导致测量值小于真实值；
（3）当注射器中的活塞开始向左滑动时，此时摩擦力与所受的大气压力方向相同；当注射器中的活塞开始向右滑动时，此时摩擦力与所受的大气压力方向相反．

解答 解：
（1）B、由题意可得，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．此时弹簧测力计的示数F，就是大气对活塞的压力；
C、只有通过注射器有刻度部分的容积V和有刻度部分的长度L，才能计算出注射器的横截面积S=$\frac{V}{L}$；
D、则大气压强：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{F}{\frac{V}{L}}$=$\frac{FL}{V}$；
（2）活塞与注射器筒壁不完全密封，橡皮帽封住的注射器小孔中有残余气体，都会使拉力变小，在面积不变的情况下，测得的大气压会偏小；
（3）当注射器中的活塞开始向左滑动时，G₁=9.8N，对活塞受力分析：F+f=G₁=9.8N；
当注射器中的活塞开始向右滑动时，G₂=5.6N，对活塞受力分析：F-f=G₂=5.6N；
两式联立解得：F=7.7N，f=2.1N，所测大气压的值：P=$\frac{F}{S}$=$\frac{7.7N}{7×1{0}^{-5}{m}^{2}}$=1.1×10⁵pa．
故答案为：
（1）B．刚开始运动；  C．刻度部分的长度，$\frac{V}{L}$； D．$\frac{FL}{V}$；
（2）注射器中的空气无法排尽；（3）1.1×10⁵pa．

点评 利用注射器测量大气压时，用到的公式是p=F/S，所以要分别得出大气压力F和活塞的横截面积S．利用对活塞进行受力分析可得出大气压力，并知道活塞的面积S，便可求出大气压的值了．