Question

3．某科学实验小组利用注射器、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：
a．先让注射器吸入少量水，然后将活塞推至注射器底端，当注射器的小孔充满水后，（这一过程的目的是排尽注射器内的空气 ）然后再用橡皮帽封住注射器的小孔．
b．如图，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，当注射器中的活塞开始缓缓移动时，记下弹簧测力计的示数为30N．
c．如图，用刻度尺测出注射器全部刻度的长度为6.00cm．
d．计算得到大气压强的数值为9×10⁴Pa．
（1）小明发现，同学们在做此实验时测得的大气压值误差很大，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仍有残余气体；
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B．
A．①③；       B．①④；      C．②③；       D．②④．
（2）小红对小明所做实验进行改进，在完成a、b步骤，活塞口到注射器底端后，添加了“取下封住注射器小孔的橡皮帽，再次水平向右慢慢匀速拉动注射器筒，记下弹簧测力计的示数为1.0N”这一实验步骤，这是为什么？减小摩擦力对实验结果的影响．

Answer 1

分析 a、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．
c、根据刻度尺的分度值读出注射器全部刻度的长度．
d、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；
根据二力平衡的条件，当活塞刚刚拉动时，弹簧测力计的拉力与大气对活塞的压力是一对平衡力；再根据公式p_大气=$\frac{F}{S}$将测得的压力和面积代入公式即可算出压强的大小；
（1）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．
（2）如果活塞与注射器内壁间存在摩擦力，注射器在拉力F作用下平衡时，拉力F大于大气对活塞的压力，从而影响测量结果．

解答 解：a、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．
c、读图可知，注射器全部刻度的长度L=6.00cm；
d、因为注射器为圆柱体，根据注射器容积为20ml，即V=20cm³．
则根据体积公积可得，S=$\frac{V}{L}$=$\frac{20c{m}^{3}}{6cm}$=$\frac{10}{3}$cm²═$\frac{10}{3}$×10^-4m²，
由于实验时弹簧测力计的示数F=30N，这就是大气对活塞的压力，将其代入公式得，
p_大气=$\frac{F}{S}$=$\frac{30N}{\frac{10}{3}×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=9×10⁴Pa；
（3）活塞与注射器筒壁不完全密封，注射器筒内有空气会使拉力变小，在面积不变的情况下，测得的大气压会偏小；没有读准弹簧测力计的示数也会导致测量值小于真实值，也会大于真实值，故选B．
（4）如果活塞与注射器内壁间存在摩擦力，注射器在拉力F作用下平衡时，拉力F大于大气对活塞的压力，从而使测量值偏大．所以小红的这一实验步骤，是为了减小摩擦力对实验结果的影响．
故答案为：a、排尽注射器内的空气；
c、6.00；
d、9×10⁴；
（1）B；
（2）减小摩擦力对实验结果的影响．

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，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．