Question

【題目】小麗同學借助注射器（容積為5mL）、鐵架臺、托盤天平、刻度尺、小筒、細繩等器材來估測大氣壓的值。其實驗步驟如下：（g取10N/kg）

①將部分器材按圖示裝配好，首先將注射器話塞推至頂端，上端未封口，接著往小筒內緩慢加水，直至活塞恰好開始下滑時，取下小筒，并用天平測量其總質量為71.2g；

②重新將注射器活塞推至項端，并用橡皮帽封住注射口，將步驟①中的裝水小筒（水未倒出） 重新接在注射器下端，緩慢向小筒內加水，直至活塞又恰好開始下滑，再取下小筒，并用天平測量其總質量為646.2g；

③取下注射器，并用刻度尺測出其壁上全部刻度部分的長度為8cm。

請回答以下問題：

（1）本次測量大氣壓值的實驗原理是_____，實驗中主要應以活塞為研究對象來分析其所受大氣壓力的；

（2）步驟②中，將活塞重新推至頂端，其目的是_____，但實際上并未能達到此目的，此因素將導致所測大氣壓的值會偏_____（選填“大”或“小’’）；

（3）該注射器活塞的橫截面積為_____cm2；

（4）上述實驗中，小麗在不考慮活塞的重力情況下，可得出活塞受到的摩擦力為_____N，并由此計算出大氣壓強的值約為_____Pa；

（5）請你幫她分析一下，如果考慮活塞的重力，所測出的大氣壓值與（4）中所測得值相比_____（選填“偏大”、“不變”或“偏小”）。

Answer 1

【答案】p= 排除注射器筒內空氣 小 0.625 0.712 9.2×104 不變

【解析】

第一空．本實驗中，用橡皮帽封住注射口，活塞恰好開始下滑時，不考慮活塞的重力，活塞受到大氣壓向上的壓力F、注射器壁對活塞的摩擦力f、水和小桶對活塞向下的拉力F拉三個力作用，有

F+f=F拉，

可得大氣壓對活塞的壓力為

F =F拉-f；

通過注射器的容積V和注射器壁刻度部分的長度l，根據V=Sl可計算活塞的面積S（即大氣壓作用在活塞上的受力面積）。根據p=即可粗略計算大氣壓的值。所以本實驗的原理為p=。

第二空．本實驗中，要測量大氣壓對活塞的壓力，須注射器內氣壓為0，即注射器內為真空狀態，所以步驟②中，要將活塞重新推至頂端，其目的是排出注射器內的空氣。

第三空．上述操作中實際是不能完全排出注射器內的空氣的，即注射器內氣壓不為0，這樣會導致測出的大氣壓壓力偏小，根據p=可知，最終將導致所測大氣壓的值會偏小。

第四空．注射器的容積V=5mL=5cm3，注射器壁刻度部分的長度l=8cm，根據V=Sl得，活塞的橫截面積

S===0.625cm2。

第五空．步驟①中，水和小桶對活塞的拉力等于活塞受到的摩擦力，即

f=G1=m1g=0.0712kg×10N/kg=0.712N。

第六空．步驟②中，水和小桶對活塞的拉力

F拉= G2=m2g=0.6462kg×10N/kg=6.462N，

則大氣壓對活塞的壓力為

F =F拉-f=6.462N-0.712N=5.75N，

所以大氣壓強的值約為

p===9.2×104Pa。

第七空．大氣壓對活塞產生的壓力大小F是不變的，不管是否考慮活塞的重力，對本次測量是沒有影響的。所以測出的大氣壓值不變。