Question

14．實驗桌上有細線若干、兩種規格的鉤碼（0.5N、2N）足夠多、彈簧測力計一只足夠多，彈簧測力計一只（量程為5N、分度值為0.2N）、三種規格的注射器（量程分別為20ml、10ml和5ml）、滑輪一只以及刻度尺一把．要求利用現有器材粗略測量大氣壓強．甲同學設計的方案如圖甲所示，乙同學設計的方案如圖乙所示．

請回答下列問題：
（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中的空氣．
（2）實驗中，應該在活塞活塞剛開始滑動時，讀取彈簧測力計的示數（或鉤碼的重力）．
（3）甲同學在實驗時發現，彈簧測力計被拉到5N時，活塞仍沒有移動．需改進的是：換用5mL的小注射器．
（4）請你幫他把乙同學設計的數據記錄表格補充完整，標有“--”符號的空格不需要填寫．

鉤碼的個數	大氣對活塞的壓力F/N	注射器的容積V/ml	注射器全部刻度的長L/m	活塞的橫截面積S/m2	大氣壓強的值P/Pa
--	--	--	--	--	--

（5）小明了解到班內同學的實驗誤差普遍很大，有的偏大，有的偏小．請分析，該實驗過程中導致誤差的因素有（請寫出一條）注射器中空氣沒有排凈會使結果偏小（注射器和活塞間有摩擦會使結果偏大）．
（6）按乙方案實驗時，掛上最后一個鉤碼后，發現活塞開始加速運動，為了既快捷又較準確地測出大氣壓力F，你認為最恰當的操作是：取下加上的鉤碼改用彈簧測力計拉．

Answer 1

分析 根據公式p=$\frac{F}{S}$，用彈簧測力計或鉤碼來求F，根據注射器容積和刻度的長來求面積，這就是這一實驗的基本設計思路．據此我們不難分析：
（1）（2）注射器內的空氣我們要事先排凈，拉動活塞滑動時的拉力就約等于大氣對活塞的壓力；
（3）壓力的大小跟活塞的作用面積有關，在大氣壓強一定時，面積越小，壓力會越小，所以應選擇較小的注射器；
（4）測橫截面積時，根據公式S=$\frac{V}{L}$，我們還要量一個注射器刻度的長；
（5）實驗中，空氣沒有排凈、活塞與注射器筒的摩擦、讀數時機的選擇等都會影響到測量的結果；
（6）相比之下，甲方案更容易操作，因為我們很難保證拉力的大小正好是鉤碼重的整數倍．

解答 解：（1）根據實驗的原理，只有先排凈注射器中的空氣，在拉動時里面才能形成真空，大氣壓的力量才會將活塞緊緊地壓住；
（2）當活塞剛開始滑動時，說明拉力正好克服了大氣的壓力，是一對平衡力，此時彈簧測力計的示數就等于大氣產生的壓力；
（3）因為大氣的壓強是一定的，根據公式F=pS，受力面積越小，壓力也會越小，所以當彈簧測力計量程不夠時，可換用量程更小的5ml的注射器；
（4）要想得到活塞的橫截面積S，根據公式S=$\frac{V}{L}$，我們必須還要量出注射器所有刻度的長L；見表格．

鉤碼的個數	大氣對活塞的壓力F/N	注射器的容積V/ml	注射器全部刻度的長L/m	活塞的橫截面積S/m2	大氣壓強的值P/Pa
--	--	--	--	--	--

（5）注射器中的空氣不可能完全排凈，這會使結果偏小；注射器和活塞間有摩擦，這會使結果偏大；此外，彈簧測力計讀數時機選擇不準也會影響測量的結果；
（6）因為鉤碼的重力已經固定，缺少靈活性，所以用彈簧測力計拉更方便一些．
故答案為：（1）排盡注射器中的空氣；（2）活塞剛開始滑動；（3）換用5mL的小注射器；（4）注射器全部刻度的長L/m；（5）注射器中空氣沒有排凈會使結果偏小（注射器和活塞間有摩擦會使結果偏大）；（6）取下加上的鉤碼改用彈簧測力計拉．

點評 此類實驗依據了p=$\frac{F}{S}$，彈簧測力計測出的拉力正好是大氣對活塞的壓力，活塞的橫截面積就是力的作用面積，這樣就可以求出大氣壓強了．但受客觀條件的影響，此實驗卻難保測量的準確性．