题目内容

13．在观察“水的沸腾”实验中，同学们发现水在97℃时沸腾了，小欣小组的同学们猜想：可能是当地大气压低于1标准大气压．为了验证猜想，同学们在实验室找到甲、乙、丙三个注射器（容积分别是20ml、10ml、2.5ml）、量程为1ON的弹簧测力计、刻度尺等器材来进行大气压的测量．
（1）实验小组的同学们选用了容积为10ml的注射器，首先把注射器的活塞推至针筒的底端．用橡皮帽封住注射器的小孔，这样做的目的是排净注射器筒内的空气．
（2）如图1所示．用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部，使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连，然后水平向
右慢慢拉动注射器针筒，当弹簧测力计的指针指到最大刻度时，活塞仍然没有被拉动，经过讨论同学们更换了规格为2.5ml的注射器重新试验．
（3）重新安装好器材，水平向右慢慢地拉动注射器筒，当注射器中的活塞刚被拉动时，记下弹较测力计的示数为F0=7.5N．
（4）如图2所示，用刻度尺测出注射器丙的长度为4.00cm，计算出活塞的横截面积，并算出大气压的值为1.2×105Pa．
（5）同学们发现测量的结果与猜想不吻合，聪明的小欣对实验进行了改进，完成步骤（3）后将活塞推回到注射器底端，添加了“取下封住注射器小孔的橡皮帽，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1.5N”这一实验现象，她这样做是为了减小摩擦对实验结果的影响．
（6）由此同学们再次通过计算，得出较为准确的大气压强的值为0.96×105Pa，猜想由此得以验证．

分析 液体的沸点随气压的增大升高；
（1）本实验的原理是：先排出注射器内的空气，这样在往外拉活塞时，由于外界大气压的作用，要拉动活塞需要很大的力，这个力的大小为F=p大气S，故测出注射器全部带刻度的长度，求出活塞的横截面积S和测出活塞刚被拉动时的拉力F，就可根据p大气=$\frac{F}{S}$求出大气压强的值；
（2）活塞仍然没有被拉动，说明拉力较小，由F=pS进行说明；
（4）刻度尺读数时，先看清量程和分度值；根据p大气=$\frac{F}{S}$求出大气压强的值；
（5）“取下封住注射器小孔的橡皮帽，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1.5N”，说明注射器活塞与筒壁之间有摩擦；
（6）减去摩擦力，利用p=$\frac{F}{S}$计算大气压强的值．

解答 解：标准大气压下，水的沸点为100℃，水在97℃时沸腾，说明当时气压小于一个标准大气压；
（1）把注射器的活塞推至针筒的底端．用橡皮帽封住注射器的小孔，目的是排净注射器筒内的空气；
（2）由F=PS可知，大气压一定时，受力面积越小，拉力越小，受力面积越大，拉力越大；因此选择受力面积较小的注射器，即容器小的注射器，故选丙；
（4）由图2 可知，刻度尺的分度值为1mm，注射器筒带刻度部分的长度：L=5.00cm-1.00cm=4.00cm，由V=Sh得，活塞的横截面积：S=$\frac{V}{L}$=$\frac{2.5c{m}^{3}}{4.00cm}$=0.625cm2=0.625×10-4m2，
大气压强：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{{F}_{0}}{S}$=$\frac{7.5N}{0.625×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.2×105Pa；
（5）取下封住注射器小孔的橡皮帽，水平向右慢慢匀速拉动注射器筒，弹簧测力计的示数为1.5N，说明活塞与筒壁之间的摩擦力f=1.5N，摩擦力会影响计算结果；
（6）弹簧测力计对活塞的实际拉力：F=F0-f=7.5N-1.5N=6N，
大气压强：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{6N}{0.625×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=0.96×105Pa．
故答案为：小于；（1）排净注射器筒内的空气；（2）2.5ml；（4）1.2×105；（5）摩擦；（6）0.96×105．

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．

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