Question

15．小虎同學利用注射器、彈簧測力計和刻度尺估測大氣壓的值．設計的方案如圖所示，請回答下列問題：將活塞推至注射器頂端，再用橡皮帽封住注射器的小孔，排盡空氣；實驗中，小虎同學水平向右緩慢拉動注射器筒，當活塞剛好被拉動時，讀取彈簧測力計的示數；
（1）實驗室有甲、乙兩個注射器，活塞的橫截面積分別為0.5cm²和2cm²，若彈簧測力計量程為10N，實驗時應選用甲（選填“甲”或“乙”）注射器．
（2）下面是小虎同學記錄實驗情況的表格，請將空白處內容補充完整

大氣對活塞的壓力F/N	活塞的橫截面積S/cm2	大氣壓強的值p/Pa
6.0	0.5	1.2×105

（3）根據計算出的大氣壓的數值請你分析，該數據與標準大氣壓不相同的原因可能是活塞與注射器內壁間存在摩擦力，
為減小該因素對實驗結果的影響小明對小虎同學所做實驗進行改進：“在原實驗基礎上，取下橡皮帽，將活塞推到注射器底端后，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1.0N”這一實驗步驟，小明計算出的大氣壓強1.0×10⁵Pa．

Answer 1

分析 （1）根據拉動甲、乙兩個注射器的活塞的橫截面積，分別計算出標準大氣壓所需要的拉力即可選擇．
（2）根據測得的大氣壓力和活塞面積代入公式p=$\frac{F}{S}$可算出大氣壓強的大小．
（3）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，從而影響測量結果．

解答 解：（1）因甲、乙兩個注射器，活塞的橫截面積分別為0.5cm²和2cm²，
當大氣壓約為10⁵Pa，當面積為2cm²，即0.0002m²時，
由p=$\frac{F}{S}$可得，F=pS=10⁵Pa×0.0002m²=20N，
因為已知彈簧測力計量程為10N，超過了測力計的量程，
所以實驗時應選用甲注射器．
（2）從表中數據可知，大氣壓力F=6N，活塞面積S=0.5cm²，
所測大氣壓強：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{6N}{0.5×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.2×10⁵Pa，
故表格處應填：1.2×10⁵．
（3）由計算結果可知，求得的大氣壓的數值大于標準大氣壓，原因可能是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．
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1.0N，是活塞與筒壁的摩擦力F₁，所以，大氣對活塞產生的壓力實際為F′=F-F₁=6N-1.0N=5N，
計算出的大氣壓強p′=$\frac{F′}{S}$=$\frac{5N}{1.0×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.0×10⁵Pa．
故答案為：（1）甲；（2）1.2×10⁵；（3）活塞與注射器內壁間存在摩擦力；1.0×10⁵．

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．