Question

16．物理興趣小組的同學(xué)想自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量大氣壓強(qiáng)的大小，如圖甲所示，他們將一個(gè)帶掛鉤的吸盤(pán)緊壓在水平放置的厚玻璃板的下表面，并將一個(gè)小桶掛在掛鉤上，向小桶中慢慢加沙，直到被拉下為止．

（1）如圖乙為正確使用天平稱(chēng)量裝沙小桶的總質(zhì)量時(shí)的參數(shù)，則桶和沙的總質(zhì)量m=56g．
（2）如圖丙，用刻度尺測(cè)出吸盤(pán)的直徑D=15.5mm．
（3）根據(jù)上面測(cè)量的物理量，寫(xiě)出大氣壓的表達(dá)式：p=$\frac{4mg}{π{D}^{2}}$（用m、D、g、π等字母表示）．
（4）同學(xué)們發(fā)現(xiàn)用這種方法測(cè)出來(lái)的大氣壓的值比實(shí)際值偏小（填“偏大”或“偏小”），其原因是吸盤(pán)的空氣沒(méi)有完全擠出、吸盤(pán)漏氣、有外部空氣進(jìn)入吸盤(pán)、吸盤(pán)與玻璃板之間有雜質(zhì)等情況下，使測(cè)量的拉力偏小．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)天平平衡后，物體的質(zhì)量等于砝碼的總質(zhì)量加上游碼在標(biāo)尺上對(duì)應(yīng)的刻度；
（2）使用刻度尺測(cè)量物體長(zhǎng)度時(shí)，要觀察是否從0刻度線量起，起始端沒(méi)從0開(kāi)始，要以某一刻度當(dāng)作“0”刻度，讀出末端刻度值，減去前面的刻度即為物體長(zhǎng)度，注意刻度尺要估讀到分度值的下一位；
（3）根據(jù)S=πr²求出吸盤(pán)的受力面積，根據(jù)F=pS表示出吸盤(pán)受到的大氣壓力，吸盤(pán)恰好被拉下時(shí)，處于平衡狀態(tài)，受到的拉力等于大氣壓力，據(jù)此得出等式即可求出大氣壓強(qiáng)；
（4）吸盤(pán)內(nèi)的空氣很難完全被排出，拉動(dòng)過(guò)程中的形變、接觸面有可能帶有雜質(zhì)等因素都會(huì)使拉力變小，這樣大氣壓的測(cè)量值也會(huì)相應(yīng)偏小．

解答 解：
（1）由圖乙可知，砝碼的質(zhì)量為50g+5g=55g，游碼在標(biāo)尺上對(duì)應(yīng)的刻度是1g，所以桶和沙的總質(zhì)量m=55g+1g=56g；
（2）由圖丙可知，刻度尺的分度值為1mm，吸盤(pán)左側(cè)與2.00cm對(duì)齊，右側(cè)在3.5cm和3.6cm之間，估讀為3.55cm，所以吸盤(pán)的直徑D=3.55cm-2.00cm=1.55cm=15.5mm；
（3）吸盤(pán)的面積S=πr²=π（$\frac{D}{2}$）²=$\frac{π{D}^{2}}{4}$，
由p=$\frac{F}{S}$可得，吸盤(pán)受到的大氣壓力：
F=pS=p$\frac{π{D}^{2}}{4}$，
吸盤(pán)恰好被拉下時(shí)，處于平衡狀態(tài)，受到的拉力等于大氣壓力，
所以，mg=p$\frac{π{D}^{2}}{4}$，
解得：p=$\frac{4mg}{π{D}^{2}}$；
（4）吸盤(pán)的空氣沒(méi)有完全擠出、吸盤(pán)漏氣、有外部空氣進(jìn)入吸盤(pán)、吸盤(pán)與玻璃板之間有雜質(zhì)等情況下，使用較小的拉力便可將其拉下，拉力小了測(cè)得的壓強(qiáng)也會(huì)偏小．
故答案為：
（1）56；
（2）15.5；
（3）$\frac{4mg}{π{D}^{2}}$；
（4）偏小；吸盤(pán)的空氣沒(méi)有完全擠出、吸盤(pán)漏氣、有外部空氣進(jìn)入吸盤(pán)、吸盤(pán)與玻璃板之間有雜質(zhì)等情況下，使測(cè)量的拉力偏小．

點(diǎn)評(píng) 這是一個(gè)較簡(jiǎn)便實(shí)用的測(cè)大氣壓值的方法，把握好實(shí)驗(yàn)的原理運(yùn)用我們學(xué)過(guò)的壓強(qiáng)公式就可以輕松得出結(jié)果．不過(guò)要注意這個(gè)結(jié)果可不會(huì)太準(zhǔn)，一般會(huì)偏小的．