Question

4．小顏同學(xué)利用注射器、彈簧測力計(jì)、刻度尺等器材測量大氣壓強(qiáng)的值，實(shí)驗(yàn)步驟如下：
（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，這樣做的目的是排盡注射器內(nèi)的空氣． 
（2）如圖1所示，用細(xì)尼龍繩拴住注射器活塞的頸部，使繩的另一端與彈簧測力計(jì)的掛鉤相連，然后水平向右緩慢勻速拉動(dòng)注射器筒，記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)為F=40N．
（3）如圖2所示，讀出注射器的容積V，用刻度尺測出注射器全部刻度的長度L．
（4）計(jì)算得到大氣壓強(qiáng)的數(shù)值為1.2×10⁵Pa．
（5）小顏同學(xué)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏大，且誤差較大，請(qǐng)分析引起該實(shí)驗(yàn)過程中誤差的主要因素活塞與筒壁之間有摩擦．
（6）請(qǐng)你增加一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，以減少上述因素引起的誤差．將橡皮帽從針孔取下，水平向右緩慢勻速拉動(dòng)注射器筒，記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)為F₁（F₁值是摩擦力f）；并寫出測量大氣壓強(qiáng)的表達(dá)式$\frac{（F-{F}_{1}）L}{V}$．

Answer 1

分析 本實(shí)驗(yàn)的原理是：先排出注射器內(nèi)的空氣，這樣在往外拉活塞時(shí)，由于外界大氣壓的作用，要拉動(dòng)活塞需要很大的力，這個(gè)力的大小為F=p_大氣S，故測出活塞橫截面積S和拉動(dòng)時(shí)的拉力F，就可根據(jù)p_大氣=$\frac{F}{S}$求出大氣壓強(qiáng)的值．

解答 解：（1）將活塞推至底部并用橡皮帽堵住小孔，這樣做的目的是為了排盡注射器內(nèi)的空氣．
（3）從圖中可以看出，注射器可容納的藥水容積為20ml=20cm³，這20cm³的刻度長度由刻度尺可看出為6.00cm，
故活塞的橫截面積為S=$\frac{V}{h}$=$\frac{20}{6}c{m}^{2}$≈3.33cm²=3.33×10^-4m²．
（4）可計(jì)算出大氣壓強(qiáng)的值為：p_大氣=$\frac{F}{S}$=$\frac{40N}{3.33×1{0}^{-4}{m}^{2}}$≈1.2×10⁵Pa．
（5）從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，測量結(jié)果小于一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，造成誤差的主要原因是由于拉動(dòng)活塞時(shí)活塞和筒壁間有摩擦，這會(huì)造成最終測量的結(jié)果偏大．
（6）在步驟（2）、（3）之間增加一步驟：將橡皮帽從針孔取下，水平向右緩慢勻速拉動(dòng)注射器筒，記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)為F₁（F₁值是摩擦力f）
表達(dá)式：$\frac{（F-{F}_{1}）L}{V}$．
故答案為：（1）排盡注射器內(nèi)的空氣；（4）1.2×10⁵；（5）活塞與筒壁之間有摩擦；（6）將橡皮帽從針孔取下，水平向右緩慢勻速拉動(dòng)注射器筒，記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)為F₁（F₁值是摩擦力f） 表達(dá)式：$\frac{（F-{F}_{1}）L}{V}$．

點(diǎn)評(píng) 作為一個(gè)不是按課本方法進(jìn)行測量大氣壓的實(shí)驗(yàn)，關(guān)鍵是在弄清實(shí)驗(yàn)的原理，然后才能分析出實(shí)驗(yàn)需要測量的是哪些物理量，怎么才能計(jì)算出大氣壓強(qiáng)的值．