Question

小華同學(xué)用有掛鉤的塑料吸盤來(lái)“估測(cè)大氣壓的值”，他設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案是：將蘸水的吸盤按在平滑的玻璃板上，擠出里面的空氣，按住玻璃板，用彈簧測(cè)力計(jì)鉤著吸盤上的掛鉤，緩慢往上拉，記錄吸盤剛剛脫離玻璃板時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)，再測(cè)量出吸盤與玻璃板的接觸面積，即可算出大氣壓的值，如圖所示．實(shí)驗(yàn)室提供的器材是：量程為10N的彈簧測(cè)力計(jì)1只，底面積為3cm²的吸盤，平滑玻璃板．實(shí)驗(yàn)時(shí)，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)拉至讀數(shù)最大時(shí)，吸盤仍未脫離玻璃板，實(shí)驗(yàn)室又沒(méi)有量程更大的彈簧測(cè)力計(jì)，他認(rèn)為可運(yùn)用其他器材結(jié)合所學(xué)物理知識(shí)來(lái)解決這一問(wèn)題．
（1）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)兩種不同的實(shí)驗(yàn)方案，要求：先確定所需的器材（除量程為10N的彈簧測(cè)力計(jì)1只、底面積為3cm²的吸盤和平滑的玻璃板外），再簡(jiǎn)要說(shuō)明你是如何運(yùn)用物理知識(shí)解決這一問(wèn)題的？（不增加彈簧測(cè)力計(jì)的個(gè)數(shù)）
[方案一]器材：

輕質(zhì)杠桿，細(xì)繩，鐵架臺(tái)

；說(shuō)明：

利用省力杠桿，在一端用量程較小的彈簧測(cè)力計(jì)的拉力，在另一邊可獲得較大的拉吸盤的力

[方案二]器材：

定滑輪，鉤碼，細(xì)繩，鐵架臺(tái)

；說(shuō)明：

用鉤碼作為配重，利用鉤碼的重力來(lái)增加對(duì)吸盤的拉力

（2）該實(shí)驗(yàn)只能粗略測(cè)出大氣壓的值，結(jié)果并不精確，請(qǐng)指出你所設(shè)計(jì)的方案中產(chǎn)生誤差的主要原因有哪些？（寫出2點(diǎn)即可）
①

方案一中：吸盤中排氣不清（或有少量空氣）、氣密性不好、吸盤脫離玻璃板時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)不準(zhǔn)確、彈簧測(cè)力計(jì)自身有重力、杠桿有自重且杠桿重心不在懸點(diǎn)正下方等

；
②

方案二：吸盤中排氣不清（或有少量空氣）、氣密性不好、吸盤脫離玻璃板時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)不準(zhǔn)確、彈簧測(cè)力計(jì)自身有重力、滑輪與軸間有摩擦等

．

Answer 1

分析：本實(shí)驗(yàn)的原理是排出吸盤中的空氣后，吸盤就被大氣壓緊緊地壓在了玻璃上，故要把吸盤拉大，所用的拉力就必須等于大氣壓所產(chǎn)生的壓力．故測(cè)出拉開吸盤時(shí)所用的拉力F，和吸盤與玻璃板接觸的面積S，就可以根據(jù)$P=\frac{F}{S}$求出大氣壓強(qiáng)．

解答：解：本實(shí)驗(yàn)中遇到的麻煩是用彈簧測(cè)力計(jì)拉不開吸盤，即彈簧測(cè)力計(jì)的量程太小了．為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以用學(xué)過(guò)的機(jī)械--杠桿或滑輪來(lái)解決．具體見下列答案：
（1）[方案一]
器材一：輕質(zhì)杠桿，細(xì)繩，鐵架臺(tái)；
說(shuō)明：利用省力杠桿，在一端用量程較小的彈簧測(cè)力計(jì)的拉力，在另一邊可獲得較大的拉吸盤的力．
[方案二]
器材二：定滑輪，鉤碼，細(xì)繩，鐵架臺(tái)；
說(shuō)明：用鉤碼作為配重，利用鉤碼的重力來(lái)增加對(duì)吸盤的拉力．
[方案三]
器材三：定滑輪，動(dòng)滑輪，細(xì)繩，鐵架臺(tái)；
說(shuō)明：將定滑輪和動(dòng)滑輪組成省力的滑輪組，再用彈簧測(cè)力計(jì)向上拉動(dòng)即可．
（2）方案一中：吸盤中排氣不清（或有少量空氣）、氣密性不好、吸盤脫離玻璃板時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)不準(zhǔn)確、彈簧測(cè)力計(jì)自身有重力、杠桿有自重且杠桿重心不在懸點(diǎn)正下方等；
方案二中：吸盤中排氣不清（或有少量空氣）、氣密性不好、吸盤脫離玻璃板時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)不準(zhǔn)確、彈簧測(cè)力計(jì)自身有重力、滑輪與軸間有摩擦等；
方案三中：吸盤中排氣不清（或有少量空氣）、氣密性不好、吸盤脫離玻璃板時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)不準(zhǔn)確、滑輪與軸間有摩擦、動(dòng)滑輪有重力等．

點(diǎn)評(píng)：本題首先要弄清實(shí)驗(yàn)的原理，再來(lái)考慮實(shí)驗(yàn)中遇到的困難--拉力不足．根據(jù)學(xué)過(guò)的知識(shí)，可以利用可以省力的機(jī)械來(lái)解決這個(gè)難題．