Question

小華和小玲用有掛鉤的吸盤來估測大氣壓的值，實驗室提供的器材是：量程為10N的彈簧測力計1只，底面積約為5cm²的吸盤一個，玻璃板一塊．實驗方案如圖1所示．實驗時，他們發現當彈簧測力計拉至讀數最大時，吸盤仍未脫離玻璃板，實驗室又沒有量程更大的彈簧測力計．于是小華和小玲分別提出了改進方法．
（1）小華的方法是：在原實驗方案的基礎上換一個面積更小的吸盤來完成測量．請你說明這種方法的原理是什么？
（2）小玲的方法是：如圖2所示，把吸盤掛在杠桿的A點，在杠桿的B點用彈簧測力計向下拉，直到吸盤正好從玻璃板上脫落為止．請你說明這種方法的原理是什么？

Answer 1

解：本實驗所依據的原理是P=，只要我們想辦法求出大氣對吸盤的壓力，再量出吸盤與桌面的接觸面積，就可以求出大氣壓強的大小．
而如圖1所示實驗方案．說明使吸盤脫離玻璃板時所用拉力超過彈簧測力計的量程，于是無法估測大氣壓的值．
（1）小華的方法是：在原實驗方案的基礎上換來一個面積更小的吸盤完成測量．則根據F=P₀S可知：
吸盤面積減小，使吸盤脫離玻璃板時所有拉力會減小，
所以只要吸盤脫離玻璃板時所用拉力減小到彈簧測力計的量程之內，即可進行實驗．
因此這種方法的原理是：通過減小吸盤面積，從而減小吸盤脫離玻璃板時所用拉力．
（2）小玲的方法是：把吸盤掛在杠桿的A點，在杠桿的B點用彈簧測力計向下拉，
則在B點所施加的拉力F_B小于吸盤脫離玻璃板時所用拉力F_A，根據杠桿原理可得：
OB?F_B=OA?F_A，
∵OB＞OA，∴F_B＜F_A，
所以當B點所施加的拉力減小到彈簧測力計的量程之內即可通過計算間接測出吸盤脫離玻璃板時所用拉力；
因此這種方法的原理是：不直接測量吸盤脫離玻璃板時所用拉力，而是通過利用省力杠桿測量作用在杠桿上的動力．
答：（1）小華方法的原理是通過減小吸盤面積，從而減小吸盤脫離玻璃板時所用拉力．
（2）小玲方法的原理是不直接測量吸盤脫離玻璃板時所用拉力，而是通過利用省力杠桿測量作用在杠桿上的動力．
分析：首先明確本實驗所依據的原理是P=，只要我們想辦法求出大氣對吸盤的壓力，再量出吸盤與桌面的接觸面積，就可以求出大氣壓強的大小．如圖1所示實驗方案．說明使吸盤脫離玻璃板時所用拉力超過彈簧測力計的量程．
（1）小華的方法是：在原實驗方案的基礎上換一個面積更小的吸盤來完成測量．則根據F=P₀S可知使吸盤脫離玻璃板時所有拉力會減小，只要吸盤脫離玻璃板時所用拉力沒有超過彈簧測力計的量程即可進行實驗．
（2）小玲的方法是：把吸盤掛在杠桿的A點，在杠桿的B點用彈簧測力計向下拉，根據杠桿原理可知在B點所施加的拉力小于吸盤脫離玻璃板時所用拉力，當B點所施加的拉力沒有超過彈簧測力計的量程即可進行實驗．
點評：利用吸盤來測量大氣壓是一種較常見的方法，知道讀取吸盤脫離時瞬間的拉力大小；實驗是否完成應注意吸盤脫離玻璃板時所用拉力在測力計的量程之內．