Question

9．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；
b．用細繩拴住注射器活塞的頸部，使繩的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，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；
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．
該實驗的原理是p=$\frac{F}{S}$
（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的大氣壓強是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較大，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小于真實值的是B．
A．①③B．①④C．②③D．②④
（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”這一實驗步驟，這是為什么？減小活塞與筒壁之間的摩擦對實驗結果的影響．

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漏氣都會導致測量值小于真實值．
（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，從而影響測量結果

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．
故①④正確．
故選B．
（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．所以小紅的這一實驗步驟，是為了減小摩擦力對實驗結果的影響．
p′=$\frac{{F}^{′}}{S}$=$\frac{7.5N-1.2N}{0.625×1{0}^{-4}{m}^{2}}$≈1.01×10⁵Pa．
故答案為：p=$\frac{F}{S}$；（1）刻度尺；（2）0.625；1.2×10⁵Pa；（3）B；（4）減小活塞與筒壁之間的摩擦對實驗結果的影響．

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．