题目内容

5．小明利用最大刻度值标有2.5mL的一次性注射器等器材，对大气压的值进行测量．其实验步骤如下：
a．将活塞推至注射器底端，用橡皮帽封住注射器的小孔；
b．用细绳拴住注射器活塞的颈部，使绳的另一端与固定在竖直墙上的弹簧测力计的挂钩相连，然后水平向右慢慢地拉动注射器筒，如图所示，当注射器中的活塞刚开始滑动时，记下弹簧测力计的示数为5N；
c．测出注射器全部刻度的长度为4cm；
d．根据测量数据，算出大气压的值．
（1）该实验的实验原理是：p=$\frac{F}{S}$．该实验所用的器材为：注射器、弹簧测力计、细绳、橡皮帽和刻度尺．
（2）注射器活塞的横截面积是0.625cm2，根据数据计算出大气压强是8×104Pa；
（3）小明发现，同学们在做此实验时测得的大气压值误差较大，对此小明与同学找出了下列可能的原因：①橡皮帽封住的注射器小孔中的残余体；②活塞与注射器筒壁间有摩擦；③弹簧测力计的示数没有读准；④活塞与注射器筒壁不完全密封．上述原因一定会使测量值小于真实值的是B．
A．①③B．①④C．②③D．②④
（4）小红对小明所做实验进行改进，在完成a、b步骤，活塞口到注射器底端后，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1.2N”这一实验步骤，这是为什么？

分析 （1）该实验的实验原理是：p=$\frac{F}{S}$，实验中要测出注射器的长度，因此要用到刻度尺；
（2）注射器的容积可通过图中读出，其单位为ml，注射器是圆柱体，利用公式V=SL的变形，可求其横截面积的大小；
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；再根据公式p=$\frac{F}{S}$将测得的压力和面积代入公式即可算出压强的大小；
（3）注射器筒内有空气或没有读准弹簧测力计的示数都会导致测量值大于真实值．
（4）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）该实验的实验原理是：p=$\frac{F}{S}$，实验中要测出注射器的长度，因此除了：注射器、弹簧测力计、细绳、橡皮帽、水，还要有刻度尺．
（2）读图可知，注射器容积为2.5ml，即2.5cm3．注射器全部刻度的长度L=4cm，因为注射器为圆柱体，根据其体积公积可得，S=$\frac{V}{L}$=$\frac{2.5c{m}^{3}}{4cm}$=0.625cm2；
实验时，弹簧测力计的示数F=5N，这就是大气对活塞的压力，将其代入公式得，
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{5N}{0.625×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=8×104Pa；
（3）①④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；
②活塞与注射器筒壁间有摩擦会导致测量值大于真实值，③弹簧测力计的示数没有读准可能偏大，也可能偏小；故选B．
（4）取下橡皮帽后，对于活塞来说，左侧和右侧受到的气体压强都是一个标准大气压，所以与拉力相平衡不再是大气压产生的压力，而是活塞与管壁的摩擦力，所以1.2N就是摩擦力，所以小红的这一实验步骤，由二力平衡原理测量出摩擦力的大小，减小实验误差，增大实验准确性．
故答案为：（1）p=$\frac{F}{S}$；刻度尺；（2）0.625；8×104；（3）B；（4）由二力平衡原理测量出摩擦力的大小，减小实验误差，增大实验准确性．

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．

练习册系列答案
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次数12345
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（2）如图所示，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，注射器容积为V，用刻度尺测出注射器的全部刻度的长L，则大气压的值可表示为 p=$\frac{FL}{V}$．
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