Question

10．物理课上小明用容积为2mL的注射器、弹簧测力计、刻度尺，估测大气压的值，主要步骤如下：
A．把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用一个橡皮帽封住注射器的小孔；
B．如图所示，用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部，使绳的另一端与固定在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．正确操作下，记下弹簧测力计的示数F为3.2N；
C．用刻度尺测出注射器刻度部分的长度为5cm．
思考并回答：
（1）实验步骤A的目的是：排尽筒内空气，防止外界空气进入．
（2）①实验步骤B中与弹簧测力计对活塞的拉力相平衡的力是B
A．手对注射器筒的拉力      B．大气对活塞的压力
②正确操作，记下弹簧测力计的示数指的是A
A．活塞刚开始滑动时读数     B．活塞在注射器筒内匀速滑动时读数     C．活塞滑至注射器筒顶端时读数
（3）步骤C中的空缺应该填的是B
A．整个注射器     B．注射器刻度部分
（4）用测得和记录的物理量计算大气压强值p=8×10⁴Pa，此测量值与标准大气压值误差较大，出现这一误差的原因可能是筒内空气没有排尽（装置漏气）．

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，故测出活塞横截面积S和拉动时的拉力F，就可根据p_大气=$\frac{F}{S}$求出大气压强的值．
（2）该实验中以针筒活塞为研究对象，当注射器中的活塞开始滑动时，利用二力平衡原理来测出大气对活塞的压力．弹簧测力计的拉力与大气的压力刚好平衡．实验中要先排出注射器内的空气，这样拉动时才能形成真空，拉力的读数是最容易产生误差的环节之一．

解答 解：C步骤中．用刻度尺测出注射器刻度部分的长度记为L，读出注射器的容积V，算出活塞的横截面积S=$\frac{V}{L}$．
（1）把注射器的活塞推向注射器筒的底端，目的是排尽筒内的空气，防止外界空气进入，然后用橡皮帽封住注射器的小孔．
（2）①步骤B中测量大气压力时，受力分析的对象是活塞，此时弹簧测力计的拉力与大气的压力刚好平衡，即它受到的是一对平衡力，
②用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部，使绳的一端与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．当注射器中的活塞开始滑动时，记下弹簧测力计的示数，即等于大气对活塞的压力F．
③根据圆柱体求活塞的横截面积S=$\frac{V}{L}$，必须量出注射器刻度部分的长度L，才能计算出横截面积的大小；
S=$\frac{V}{L}$=$\frac{2×1{0}^{-6}{m}^{3}}{5×1{0}^{-2}m}$=4×10^-5m²，
（4）此时大气压的数值p=$\frac{F}{S}$=$\frac{3.2N}{4×1{0}^{-5}{m}^{2}}$=8×10⁴Pa．
此测量值与标准大气压值误差较大，可能是注射器内的空气没有完全排净，使得拉力F变小，则测量出来的大气压总是比实际值要小．
故答案为：（1）排尽筒内空气，防止外界空气进入；（2）①B；②A；（3）B；（4）8×10⁴；筒内空气没有排尽．

点评 了解这一实验依据的原理，才能搞清每一步设计的理由，才能通过公式求出大气压的值．在分析误差时，一般由于排不净空气会使结果偏小，而拉动时摩擦力较大则会使结果偏大．