Question

9．图甲、乙是小华做“估测大气压的值”的实验示意图．

（1）请将下列实验步骤补充完整．
A．把活塞推至注射器筒的底端，用细尼龙绳拴住活塞的颈部，并使绳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，当活塞滑动时，记下弹簧测力计的示数为F₁，此即摩擦力．
B．然后再次将活塞推至注射器筒的底端，并用橡皮帽封住注射器的小孔．水平向右慢慢拉动注射器筒，当活塞刚刚开始滑动时，记下弹簧测力计的示数为F₂，大气对活塞的压力F为F₂-F₁．
C．用刻度尺测出注射器的有刻度部分的长度，记为l，读出注射器的容积为V，则活塞的面积S=$\frac{V}{L}$．
D．最后计算出此时大气压的数值p=$\frac{（{F}_{2}-{F}_{1}）L}{V}$（写出表达式）．
（2）实验中，小华正确使用了测量仪器，且读数正确，但她发现测量结果总是偏小．其主要原因是注射器内的空气无法排尽、活塞与注射器壁间存在摩擦．
（3）如果实验中，弹簧测力计的量程嫌小，除了可以换大量程弹簧测力计外，更好的办法是减小注射器的横截面积．

Answer 1

分析 明确实验的原理，才能完成实验步骤的补充．
（1）A、没用橡皮帽堵住针筒前，拉力与摩擦力相平衡，大小相等，
B、用橡皮帽封住注射器的小孔，当注射器中的活塞开始滑动时，此时弹簧测力计的示数与所受的大气压力相等；大气对活塞的压力F为F₂-F₁；
C、因活塞为圆柱体，所以活塞的横截面积可以通过公式S=$\frac{V}{L}$来求出，知道注射器的容积，还需要用刻度尺量出其刻度部分的长度；
D、利用压强的公式，代入测量的数据可得出表达式；
（2）当注射器漏气时，会造成拉力F偏小，在面积S不变时，所测量的大气压值会偏小．
（3）弹簧测力计的量程嫌小，可以减小注射器的横截面积、增大弹簧测力计的量程．

解答 解：（1）a、没用橡皮帽堵住针筒前，拉力与摩擦力相平衡，大小相等，故F₁=f，弹簧测力计的示数为摩擦力．
b、当能拉动活塞时，说明此时拉力等于大气对活塞的压力和摩擦力的和．故记下的弹簧测力计示数F₂，故大气对活塞的压力F=F₂-F₁；
c、已知注射器筒上所标明的容积V，用刻度尺测出注射器的全部刻度长度L，故注射器活塞的面积为S=$\frac{V}{L}$；
d、根据P_大气=$\frac{F}{S}$=$\frac{{F}_{2}-{F}_{1}}{\frac{V}{L}}$=$\frac{（{F}_{2}-{F}_{1}）L}{V}$可知大气压值．
（2）实验测出的大气压值比大气压强的实际值偏小，产生原因如：注射器内的空气无法排尽、活塞与注射器壁间存在摩擦．
（3）如果实验中，弹簧测力计的量程嫌小，除了可以换大量程弹簧测力计外，更好的办法是可以减小注射器的横截面积．
故答案为：（1）a、摩擦力；b、F₂-F₁；c、有刻度部分的长度；$\frac{V}{L}$；d、$\frac{（{F}_{2}-{F}_{1}）L}{V}$；
（2）注射器内的空气无法排尽、活塞与注射器壁间存在摩擦；
（3）减小注射器的横截面积．

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，不仅要求学生熟练掌握课本上所学的相关知识，还要求学生具有一定的物理素养．