Question

8．小明设计了用吸盘测量大气压值的实验，请帮助小明做好以下工作．
（1）请补充完整该实验相关步骤：
①如图所示，将蘸水的塑料吸盘压在光滑的水平板上，挤出里面的空气；
②用小桶通过细绳与吸盘挂钩相连接，向小桶中缓慢注入细沙，直到恰好脱离板面；
③用天平测出（写出相关物理量及其符号）；
④用刻度尺测量（写出相关物理量及其符号）；
⑤大气压强表达式为：p=$\frac{Mg}{π{r}^{2}}$（用上面填写的符号表示）．
（2）若使用天平和刻度尺测量的过程无误且读数准确，则本实验存在误差的原因是：（写出两个）
①吸盘内有空气；②测量塑料吸盘的半径r有误差．
（3）小明和同学决定对这个实验进行改进，找来一根长约12m 的透明细软橡胶管、水盆、足够长的卷尺、细绳、两个铁夹及足量的水，用这些器材测出了当天的大气压值，请你简述实验过程及所需测量的物理量和符号，并写出大气压强的表达式．
实验过程：将橡胶管注满水，用两个铁夹夹紧橡胶管的两端，一端浸没于装有水的水盆中，另一端用细绳提至10m以上高处；
②松开橡皮管底部的铁夹，待橡皮管内水面下降至静止时，用卷尺测出水盆内水面至水柱上表面的竖直高度，计为h．大气压强的表达式：p=ρ_水gh（用上面填写的符号表示，已知水的密度为 ρ_水）．

Answer 1

分析 （1）把塑料吸盘按压在光滑水平的玻璃板上，挤出塑料吸盘内的空气，则吸盘在外界大气压的作用下被紧压在玻璃板上．而装有适量细砂的小桶挂在吸盘的塑料挂钩上，小桶对吸盘有个向下的拉力，在不计塑料挂钩的质量的情况下，要使吸盘脱离玻璃板，小桶对吸盘的拉力应等于大气压对吸盘的压力．
（2）吸盘内有空气；吸盘及挂钩、细绳的重量；测量吸盘的直径误差较大；
（3）根据p=ρgh设计实验，注意大气压能支持10m高的水柱．

解答 解：（1）③用天平测出细沙和小桶的质量M；然后可求得其重力，则F=G=mg．
④用刻度尺测量塑料吸盘的半径r，利用S=πr²求得测量塑料吸盘的面积；
⑤吸盘脱离玻璃板时，小桶对吸盘的拉力（即桶和细砂的重力）等于大气压对吸盘的压力，
大气压强p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{Mg}{S}$=$\frac{Mg}{π{r}^{2}}$；
（2）吸盘内有空气；吸盘及挂钩、细绳的重量；测量吸盘的直径误差较大；测量了吸盘的外径；吸盘受到大气压强的面积不同；桶和注入细沙的重量大于吸盘所受大气压力；吸盘脱离水平板后还有少许细沙注入等原因；
（3）①将橡胶管注满水，用两个铁夹夹紧橡胶管的两端，一端浸没于装有水的水盆中，另一端用细绳提至10m以上高处；
②松开橡皮管底部的铁夹，待橡皮管内水面下降至静止时，用卷尺测出水盆内水面至水柱上表面的竖直高度，计为h；
③表达式：p=ρ_水gh．
故答案为：（1）③用天平测出细沙和小桶的质量M；
④用刻度尺测量塑料吸盘的半径r；
⑤$\frac{Mg}{π{r}^{2}}$；
（2）吸盘内有空气；测量塑料吸盘的半径r有误差；
（3）①将橡胶管注满水，用两个铁夹夹紧橡胶管的两端，一端浸没于装有水的水盆中，另一端用细绳提至10m以上高处；
②松开橡皮管底部的铁夹，待橡皮管内水面下降至静止时，用卷尺测出水盆内水面至水柱上表面的竖直高度，计为h；ρ_水gh．

点评 本题属于探究型实验，是课本知识的创新实验，解题的关键在于弄清实验的原理、方法以及注意事项，是培养学生创新能力的好题．