Question

2．某课外兴趣小组用容积为20cm³的注射器、弹簧测力计、刻度尺各一只，设计了一个估测大气压强的小实验，主要步骤如下：
A．把注射器的活塞推至注射器府的底端，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简．当注射器中的活塞刚开始移动时，记下弹簧测力计的示数F为22N：
C．用刻度尺测出注射器全部刻度的长度，为10cm．
思考并回答：
（1）实验步骤A的目的是：排尽注射器内的空气．
（2）补全实验步骤C中的空缺：注射器全部刻度．
（3）用测得和记录的物理量计算大气压强值P=1.1×10⁵Pa，此测量值与标准大气压相比偏大（选填“徧大”、“偏小”），出现这一误差的可能原因是拉动时摩擦力较大．
（4）有长度相同的5mL、10mL.20mL三种注射器，你认为选择5mL的注射器好一些，理由是：容积大的注射器，横截面积大，需要的拉力大，会超过弹簧测力计的量程．

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．
F就是大气对注射器的压力，可通过弹簧测力计的拉力读出，S是注射器的横截面积，可通过注射器的容积和长度计算得出．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，拉力的读出是最容易产生误差的环节之一．
（2）从弹簧测力计的量程这一角度考虑，分析选择注射器．

解答 解：（1）实验步骤A的目的是为了排出注射器中的空气，并利用橡皮帽堵住使空气不再进入；
（2）根据圆柱体求面积的公式S=$\frac{V}{L}$，必须量出全部刻度的长L才能计算出横截面积的大小；
（3）大气压强p=$\frac{F}{S}$=$\frac{22N}{\frac{2×1{0}^{-5}{m}^{3}}{0.1m}}$=1.1×10⁵Pa，
因为标准大气压为1.01×10⁵Pa，因此这一结果偏大，造成这一误差的原因，一般是因为拉力F在测量时摩擦力太大的缘故．
（4）因为容积大的注射器，横截面积大，需要的拉力大，会超过弹簧测力计的量程，所以选项5mL的注射器好一些．
故答案为：注射器全部刻度；
（1）排尽注射器内的空气；（2）注射器全部刻度；（3）1.1×10⁵Pa；偏大；拉动时摩擦力较大；（4）容积大的注射器，横截面积大，需要的拉力大，会超过弹簧测力计的量程．

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，也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．