Question

13．小欣利用如图所示的装置测量本地大气压的大小，其中弹簧测力计和5mL注射器的自重可忽略不计，活塞与针筒之间气密性很好，但摩擦较大．她进行了如下实验．
（1）拔去橡皮帽，将活塞推至底端，当绳端钩码加至2N时，针筒恰由静止开始向右移动，此时弹簧测力计示数为1.5N，则活塞与针筒间的摩擦力为1.5N，若绳端钩码增加为3N，则弹簧测力计的示数将不变（选填“增大”、“减小”或“不变”）；
（2）为减小活塞与针筒之间的摩擦，小欣找来润滑油涂在活塞与针筒壁上，再次测量后发现摩擦减到很小．于是她重新将活塞推至底端，用橡皮帽密封小孔．当弹簧测力计示数为5.3N时，针筒开始向右移动，又测得针筒全部刻度的总长度为10cm，则本地大气压强的测量值为1.06×10⁵Pa；
（3）小欣发现将活塞推至底端时，注射器前端小孔内的气体无法排尽，这将使得大气压的测量值偏小（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）明确实验的原理，才能完成实验步骤的补充．当注射器中的活塞开始滑动时，二力平衡可通过弹簧测力计测出大气压力，此时弹簧测力计的示数与所受的大气压力相等；
（2）因活塞为圆柱体，所以活塞的横截面积可以通过公式S=$\frac{V}{L}$来求出，知道注射器的容积，还需要用刻度尺量出其刻度部分的长度；利用压强的公式，代入测量的数据可得出本地大气压强的测量值；
（3）当注射器漏气时，会造成拉力F偏小，在面积S不变时，所测量的大气压值会偏小．

解答 解：（1）该实验中以针筒为研究对象，当注射器中的活塞开始滑动时，利用二力平衡原理来测出大气对活塞的压力，所以拔去橡皮帽，将活塞推至底端，当绳端钩码加至2N时，针筒恰由静止开始向右移动，此时弹簧测力计示数为1.5N，则活塞与针筒间的摩擦力为1.5N，若绳端钩码增加为3N，则弹簧测力计的示数将不变；
（2）注射器是一个圆柱体形状，因此，应量出其刻度部分的长度，再读出空积V，得出活塞的面积S=$\frac{V}{L}$=$\frac{{5cm}^{3}}{10cm}$=0.5cm²=0.5×10^-4m²，
（3）将测量结果代入压强公式得：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{5.3N}{0.5×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.06×10⁵Pa；当注射器气体无法排尽时，拉力F的值会减小，所以所测大气压值会偏小．
故答案为：（1）不变；（2）1.06×10⁵；（3）偏小．

点评 利用注射器测量大气压时，用到的公式是p=$\frac{F}{S}$所以要分别测大气压力F和活塞的横截面积S．利用二力平衡可通过弹簧测力计测出大气压力，利用几何知识可得出活塞的面积S，便可求出大气压的值了．对测量结果的评估则主要看是否对几个测量值造成了影响，造成了怎样的影响，最后确定是偏大或偏小．