Question

12．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．先将活塞推至注射器底端，再用橡皮帽封住注射器的小孔．
b．按图组装器材，用左手托住弹簧测力计保持它在水平方向，然后用右手水平向右慢慢地拉动注射器筒，当
注射器中的活塞刚开始向左滑动时，记下弹簧测力计的示数为5.5N．松手时发现注射器中的活塞向右滑动瞬间，弹簧测力计的示数为4.5N．
c．测出注射器全部刻度的长度为5cm．  
d．根据测量数据，算出大气压的值．
（1）实验所用的器材为：注射器、弹簧测力计、细绳、橡皮帽、水和刻度尺．
（2）实验过程中小明让弹簧测力计和注射器筒保持在水平方向，目的是为了减小重力对实验的影响，从而提高实验的准确程度．
（3）根据小明测得的数据计算出大气压的值为1×10⁵Pa
（4）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有残余气体；
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①④．

Answer 1

分析 （1）该实验的实验原理是：p=$\frac{F}{S}$，据此可知实验中要测出注射器的长度，因此要用到刻度尺．
（2）地球表面上的一切物体都要受到重力，所以乙图中注射器的活塞也要受到重力；
（3）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；
根据物体受力平衡，求出大气对活塞的压力；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；
（4）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．

解答 解：（1）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）在竖直方向拉活塞时，由于活塞受到自身的重力，会增大弹簧测力计的示数，所以让弹簧测力计和注射器筒保持在水平方向，目的是为了减小重力对实验的影响，从而提高实验的准确程度．
（3）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=5cm；
因为注射器为圆柱体，根据V=SL可得，S=$\frac{V}{L}$=$\frac{2.5c{m}^{3}}{5cm}$=0.5cm²；
实验时，由于当注射器中的活塞刚开始向左滑动时，大气对活塞的压力和向左的摩擦力与水平向右的拉力平衡；
即：F+f=F₁；
松手时发现注射器中的活塞向右滑动瞬间，大气对活塞的压力和向右摩擦力与测力计水平向左的拉力平衡；
即：F-f=F₂；
两式相加即可得：F=$\frac{1}{2}$（F₁+F₂）=$\frac{1}{2}$（5.5N+4.5N）=5N，所以大气对活塞的压力F=5N；
所以压强为p=F $\frac{F}{S}$=$\frac{5N}{0.5×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1×10⁵Pa；
（4）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；活塞与注射器筒壁间有摩擦会导致测量值大于真实值，故选①④．
故答案为：（1）刻度尺；（2）重力；（3）1×10⁵；（4）①④．

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