Question

5．某实验小组要自制一个水气压计，测量当地大气压强的变化．取一个小瓶子，装上适量带色的水．取一根两端开口的细玻璃管，在它上面画上刻度，使玻璃管穿过橡皮塞插入水中．然后从管子上端吹入少量气体，其目的是使瓶内气压大于大气压，水沿玻璃管上升到瓶口以上．测量时，只需观察玻璃管内水柱的变化情况，就可判断出大气压强的变化，如图甲．

（1）若拿着这个气压计从山下到山上，水柱的高度变高（选填不变、变高或变低）．
（2）若某同学用双手捧着该气压计的侧壁进行实验，对测量结果的影响会是偏小．（填偏大，偏小或不变）
（3）小组同学还利用标有“4.5mL”的注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材测量大气压强的值，如图乙所示，把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽堵住注射器的小孔，用细绳拴住注射器活塞，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筒，当注射器中的活塞静止时，记下弹簧测力计的示数为8N．用刻度尺测出注射器的全部刻度的长度为6cm，测得大气压强的数值为6.4×10⁴ Pa．

Answer 1

分析 向瓶内吹入一定量的气体，瓶内气体压强大于外界大气压，水柱在瓶内气体压力作用下上升；
（1）知道大气压随高度的增加而减小；瓶中水面上方是空气，如果此处的气压等于瓶外的大气压，管内和瓶内的水面应该相平．现在是管内的水面高，说明瓶内的气压高于瓶外大气压；
（2）由于瓶内水的温度变化，会使瓶内的气压变化，从而引起管内的水面变化，据此可以判断空气温度的高低；
（3）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=PS，故测出活塞横截面积S和拉动时的拉力F，就可根据p=$\frac{F}{S}$求出大气压强的值．

解答 解：从管子上端吹入少量气体，使瓶内气压大于大气压，水沿玻璃管上升到瓶口以上．
（1）若拿着这个气压计从山下到山上，由于高度增加，大气压减小，则瓶内的气压高于瓶外大气压；管内的水面变高；
（2）用双手捧着该气压计的侧壁进行实验，由于瓶内水的温度升高，会使瓶内的气压变大，由于是瓶内的气压与利用管内和瓶内的水面高度差来得出瓶外大气压的，因此测量结果偏小；
（3）标有“4.5mL”的注射器，则注射器可容纳的药水容积为4.5ml=4.5cm³，这4.5cm³的刻度长度由刻度尺可看出为3.60cm，
故活塞的横截面积为S=$\frac{V}{h}$=$\frac{4.5c{m}^{3}}{3.6cm}$=1.25cm²．
则大气压强的值为：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{8N}{1.25×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=6.4×10⁴Pa．
故答案为：使瓶内气压大于大气压，水沿玻璃管上升到瓶口以上；（1）变高；（2）偏小；（3）6.4×10⁴．

点评 学生利用身边的器材做成气压计，探究大气压的变化、用所学的知识分析判断，学以致用．在弄清实验的原理，然后才能分析出实验需要测量的是哪些物理量，怎么才能计算出大气压强的值．