Question

13．小欣利用如圖所示的裝置測量本地大氣壓的大小，其中彈簧測力計和5mL注射器的自重可忽略不計，活塞與針筒之間氣密性很好，但摩擦較大．她進行了如下實驗．
（1）拔去橡皮帽，將活塞推至底端，當繩端鉤碼加至2N時，針筒恰由靜止開始向右移動，此時彈簧測力計示數為1.5N，則活塞與針筒間的摩擦力為1.5N，若繩端鉤碼增加為3N，則彈簧測力計的示數將不變（選填“增大”、“減小”或“不變”）；
（2）為減小活塞與針筒之間的摩擦，小欣找來潤滑油涂在活塞與針筒壁上，再次測量后發(fā)現摩擦減到很�。�于是她重新將活塞推至底端，用橡皮帽密封小孔．當彈簧測力計示數為5.3N時，針筒開始向右移動，又測得針筒全部刻度的總長度為10cm，則本地大氣壓強的測量值為1.06×10⁵Pa；
（3）小欣發(fā)現將活塞推至底端時，注射器前端小孔內的氣體無法排盡，這將使得大氣壓的測量值偏小（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）明確實驗的原理，才能完成實驗步驟的補充．當注射器中的活塞開始滑動時，二力平衡可通過彈簧測力計測出大氣壓力，此時彈簧測力計的示數與所受的大氣壓力相等；
（2）因活塞為圓柱體，所以活塞的橫截面積可以通過公式S=$\frac{V}{L}$來求出，知道注射器的容積，還需要用刻度尺量出其刻度部分的長度；利用壓強的公式，代入測量的數據可得出本地大氣壓強的測量值；
（3）當注射器漏氣時，會造成拉力F偏小，在面積S不變時，所測量的大氣壓值會偏�。�

解答 解：（1）該實驗中以針筒為研究對象，當注射器中的活塞開始滑動時，利用二力平衡原理來測出大氣對活塞的壓力，所以拔去橡皮帽，將活塞推至底端，當繩端鉤碼加至2N時，針筒恰由靜止開始向右移動，此時彈簧測力計示數為1.5N，則活塞與針筒間的摩擦力為1.5N，若繩端鉤碼增加為3N，則彈簧測力計的示數將不變；
（2）注射器是一個圓柱體形狀，因此，應量出其刻度部分的長度，再讀出空積V，得出活塞的面積S=$\frac{V}{L}$=$\frac{{5cm}^{3}}{10cm}$=0.5cm²=0.5×10^-4m²，
（3）將測量結果代入壓強公式得：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{5.3N}{0.5×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.06×10⁵Pa；當注射器氣體無法排盡時，拉力F的值會減小，所以所測大氣壓值會偏�。�
故答案為：（1）不變；（2）1.06×10⁵；（3）偏�。�

點評 利用注射器測量大氣壓時，用到的公式是p=$\frac{F}{S}$所以要分別測大氣壓力F和活塞的橫截面積S．利用二力平衡可通過彈簧測力計測出大氣壓力，利用幾何知識可得出活塞的面積S，便可求出大氣壓的值了．對測量結果的評估則主要看是否對幾個測量值造成了影響，造成了怎樣的影響，最后確定是偏大或偏�。�