Question

4．小明利用最大刻度值標(biāo)有2.5mL的一次性注射器等器材，對大氣壓的值進(jìn)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(dāng)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(xì)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(dāng)注射器中的活塞開始滑動時，記下彈簧測力計的示數(shù)為7.5N；
c．用刻度尺測出注射器刻度部分的長度為4cm；
d．根據(jù)測量數(shù)據(jù)，算出大氣壓的值．
（1）請將以上實驗步驟補(bǔ)充完整；
（2）步驟a的目的是排盡筒內(nèi)的空氣；
（3）本實驗中測量的是注射器活塞（筒/活塞）受到的大氣壓，測量其受到的大氣壓力所用到的物理原理是二力平衡；
（4）注射器活塞的橫截面積是0.625cm²，根據(jù)數(shù)據(jù)計算大氣壓強(qiáng)是1.2×10⁵Pa；
（5）小紅對小明所做實驗進(jìn)行改進(jìn)，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(shù)為1.2N”這一實驗步驟，這是為了減小摩擦力對實驗結(jié)果的影響減小摩擦力對實驗結(jié)果的影響，小紅計算出的大氣壓強(qiáng)是1.0×10⁵Pa．

Answer 1

分析 活塞剛被拉動時，由二力平衡的條件可知：此時大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的壓力和彈簧測力計的示數(shù)相等．由于外界大氣壓的作用，要拉動活塞需要很大的力，這個力的大小為F=p_大氣S，故測出注射器全部帶刻度的長度；
根據(jù)二力平衡的條件，當(dāng)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(jù)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(qiáng)的大��；
注射器筒內(nèi)有空氣或沒有讀準(zhǔn)彈簧測力計的示數(shù)都會導(dǎo)致測量值小于真實值．
如果活塞與注射器內(nèi)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(jié)果

解答 解：活塞剛被拉動時，由二力平衡的條件可知：此時大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的壓力和彈簧測力計的示數(shù)相等．
由圖可知：注射器的全部刻度的長度為4cm；
（2）將活塞推至底部并用橡皮帽堵住小孔，這樣做的目的是為了排盡注射器內(nèi)的空氣；
（3）本實驗中測量的是注射器活塞受到的大氣壓，測量其受到的大氣壓力所用到的物理原理是二力平衡；
（4）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(jù)其體積公積可得，S=$\frac{V}{L}$=$\frac{2.5c{m}^{3}}{4cm}$=0.625cm²
實驗時，把活塞推至注射器筒底端是為了排出注射器中的空氣．彈簧測力計的示數(shù)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；
（5）如果活塞與注射器內(nèi)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(jié)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：開始滑動；刻度部分；
（2）排盡筒內(nèi)的空氣；
（3）活塞；二力平衡；
（4）0.625；1.2×10⁵；
（5）減小摩擦力對實驗結(jié)果的影響；1.01×10⁵Pa．

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