Question

5．小明利用最大刻度值標(biāo)有2.5mL的一次性注射器等器材，對大氣壓的值進行測量．其實驗步驟如下：
a．將活塞推至注射器底端，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，使繩的另一端與固定在豎直墻上的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)注射器中的活塞剛開始滑動時，記下彈簧測力計的示數(shù)為5N；
c．測出注射器全部刻度的長度為4cm；
d．根據(jù)測量數(shù)據(jù)，算出大氣壓的值．
（1）該實驗的實驗原理是：p=$\frac{F}{S}$．該實驗所用的器材為：注射器、彈簧測力計、細(xì)繩、橡皮帽和刻度尺．
（2）注射器活塞的橫截面積是0.625cm²，根據(jù)數(shù)據(jù)計算出大氣壓強是8×10⁴Pa；
（3）小明發(fā)現(xiàn)，同學(xué)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(xué)找出了下列可能的原因：①橡皮帽封住的注射器小孔中的殘余體；②活塞與注射器筒壁間有摩擦；③彈簧測力計的示數(shù)沒有讀準(zhǔn)；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，活塞口到注射器底端后，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，這是為什么？

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�。�
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的大�。�
（3）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)致測量值大于真實值．
（4）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：（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(xì)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(jù)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(shù)F=5N，這就是大氣對活塞的壓力，將其代入公式得，
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{5N}{0.625×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=8×10⁴Pa；
（3）①④活塞與注射器筒壁不完全密封，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��；
②活塞與注射器筒壁間有摩擦?xí)��?dǎo)致測量值大于真實值，③彈簧測力計的示數(shù)沒有讀準(zhǔn)可能偏大，也可能偏小；故選B．
（4）取下橡皮帽后，對于活塞來說，左側(cè)和右側(cè)受到的氣體壓強都是一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，所以與拉力相平衡不再是大氣壓產(chǎn)生的壓力，而是活塞與管壁的摩擦力，所以1.2N就是摩擦力，所以小紅的這一實驗步驟，由二力平衡原理測量出摩擦力的大小，減小實驗誤差，增大實驗準(zhǔn)確性．
故答案為：（1）p=$\frac{F}{S}$；刻度尺；（2）0.625；8×10⁴；（3）B；（4）由二力平衡原理測量出摩擦力的大小，減小實驗誤差，增大實驗準(zhǔn)確性．

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)．