Question

8．小明利用最大刻度值標有 2.5mL 的一次性 注射器等器材，對大氣壓的值進行測量
其實驗步驟如下：
a先讓注射器吸入少量水，然后將活塞推至注射器底端，當注射器的小孔充滿水后，再用 橡皮帽封住注射器的小孔援
b用細繩拴住注射器活塞的頸部，使繩另一端與彈簧測力計的掛鉤相連，然后水平向右慢 慢地拉動注射器筒，如圖所示援當注射器中的活塞剛開始滑動時，記下彈簧測力計的示數為  7.5N援
c測出注射器全部刻度的長度為 4cm
d根據測量數據，算出大氣壓的值援
（1）實驗所用的器材為：注射器、彈簧測力計、細繩、橡皮帽、水和刻度尺
（2）此注射器活塞的橫截面積是0.625cm²根據實驗數據計算出大氣壓強是1.2×10⁵Pa．
（3）小明發現，同學們在做此實驗時測得的大氣壓值誤差很大，對此小明與同學找出了下 列可能的原因：①橡皮帽封住的注射器小孔中有殘余氣體；②活塞與注射器筒壁間有摩擦；③彈簧測力計的示數沒有讀準；④活塞與注射器筒壁不完全密封
上述原因一定會使測量值大于真實值的是C
A①B②C③D④
（4）小紅對小明所做實驗進行改進，在完成 a、b 步驟，活塞回到注射器底端后，添加了“取 下封住注射器小孔的橡皮帽，再次水平向右慢慢勻速拉動注射器筒，記下彈簧測力計的示數 為 1.2N”，則活塞與注射器筒內壁間的摩擦力約為1.2N．則實驗時大氣壓應為1.008×10⁵Pa．

Answer 1

分析 （1）該實驗的實驗原理是：p=$\frac{F}{S}$，實驗中要測出注射器的長度，因此要用到刻度尺；
（2）注射器的容積可通過圖中讀出，其單位為ml，注射器是圓柱體，利用公式V=SL的變形，可求其橫截面積的大小；
根據二力平衡的條件，當活塞剛剛拉動時，彈簧測力計的拉力與大氣對活塞的壓力是一對平衡力；再根據公式p=$\frac{F}{S}$將測得的壓力和面積代入公式即可算出壓強的大小；
（3）注射器筒內有空氣或沒有讀準彈簧測力計的示數都會導致測量值大于真實值．

解答 解：（1）該實驗的實驗原理是p=$\frac{F}{S}$，實驗中要測出注射器的長度，因此除了：注射器、彈簧測力計、細繩、橡皮帽、水，還要有刻度尺；
（2）讀圖可知，注射器容積為2.5ml，即2.5cm³．注射器全部刻度的長度L=4cm，因為注射器為圓柱體，
根據其體積公積可得，S=$\frac{V}{L}$=$\frac{2.5c{m}^{3}}{4cm}$=0.625cm²；
實驗時，彈簧測力計的示數F=7.5N，這就是大氣對活塞的壓力，將其代入公式得，
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{7.5N}{0.625×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.2×10⁵Pa；
（3）①活塞與注射器筒壁不完全密封，橡皮帽封住的注射器小孔中有殘余氣體，都會使拉力變小，在面積不變的情況下，測得的大氣壓會偏小；②活塞與注射器筒壁間有摩擦會導致測量值大于真實值；③彈簧測力計的示數沒有讀準，拉力可能變大，也可能變小；④活塞與注射器筒壁不完全密封，會使拉力變小，在面積不變的情況下，測得的大氣壓會偏小，⑤測出了注射器的全部長度，使得L偏大，根據P═$\frac{F}{\frac{V}{L}}$=$\frac{FL}{V}$，故壓強P偏大；
（4）如果活塞與注射器內壁間存在摩擦力，注射器在拉力F作用下平衡時，拉力F大于大氣對活塞的壓力，從而使測量值偏大，摩擦力為1.2N；實驗時的大氣壓為1.008×10⁵帕．
故答案為（1）刻度尺；     （2）0.625； 1.2×10⁵；   （3）C；     （4）1.2；     1.008×10⁵．

點評 本題屬實驗探究題，實驗探究題一般對學生的要求都較高，不僅要求學生熟練掌握課本上所學的相關知識，還要求學生具有一定的物理素養．