Question

20．小明同学利用注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材测量大气压强的值．实验步骤如下．

（1）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，这样做的目的是排尽注射器内的空气．
（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筒，当注射器中的活塞刚被拉动时，记下弹簧测力计的示数为29.9N．
（3）针筒所处的位置放大后如图2所示，用刻度尺测出注射器的全部刻度的长度为6cm，计算得到活塞的横截面积为$\frac{10}{3}$cm²．
（4）计算得到大气压强的数值为8.97×10⁴Pa．
（5）小明了解到班内同学的实验误差普遍很大，测量值普遍偏小．请分析，导致实验值偏小的原因：空气没有排尽．

Answer 1

分析 （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）实验的误差主要是由于注射器的气密性不好和拉动活塞时活塞和筒壁间有摩擦引起的．

解答 解：（1）将活塞推至底部并用橡皮帽堵住小孔，这样做的目的是为了排尽注射器内的空气．
（2）活塞刚被拉动时，由二力平衡的条件可知：此时大气压强产生的压力和弹簧测力计的示数相等．
（3）从图中可以看出，注射器可容纳的药水容积为20ml=20cm³，这20cm³的刻度长度由刻度尺可看出为6.00cm，
活塞的横截面积为：S=$\frac{V}{L}$=$\frac{20c{m}^{3}}{6cm}$=$\frac{10}{3}$cm²=$\frac{10}{3}$×10^-4m²．
（4）活塞刚被拉动时，
大气压强的数值为：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{29.9N}{\frac{10}{3}×1{0}^{-4}{m}^{2}}$≈8.97×10⁴Pa．
（5）实验的误差主要是由于注射器内的空气没有排尽和注射器的气密性不好引起的．
故答案为：
（1）排尽注射器内的空气；
（2）刚被拉动时；
（3）6.00；$\frac{10}{3}$；
（4）8.97×10⁴；
（5）空气没有排尽．

点评 作为一个不是按课本方法进行测量大气压的实验，关键是在弄清实验的原理，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．