Question

8．某課外興趣小組用容積為20cm³的注射器、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺各一只，設(shè)計(jì)了一個(gè)估測(cè)大氣壓強(qiáng)的小實(shí)驗(yàn)，主要步驟如下：
A．把注射器的活塞推至注射器的底端，然后用一個(gè)橡皮帽封住注射器的小孔；
B．如圖所示，用細(xì)尼龍繩拴住注射器活塞的頸部，使繩的另一端與固定在墻上的彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤相連，然后水平向右慢慢地拉動(dòng)注射器筒．當(dāng)注射器中的活塞剛開始移動(dòng)時(shí)，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F為22N：
C．用刻度尺測(cè)出全部刻度的長(zhǎng)度，為10cm．
思考并回答：
（1）實(shí)驗(yàn)步驟A的目的是：排盡注射器內(nèi)的空氣；
（2）用測(cè)得和記錄的物理量計(jì)算大氣壓強(qiáng)值P=1.1×10⁵Pa，此測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相比偏大（選填“徧大”或“偏小”），出現(xiàn)這一誤差的可能原因是拉動(dòng)時(shí)摩擦力較大；
（3）有長(zhǎng)度相同的5mL、10mL、20mL三種注射器，你認(rèn)為選擇5ml的注射器好一些，理由是容積大的注射器，橫截面積大，需要的拉力大，會(huì)超過彈簧測(cè)力計(jì)的量程．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)步驟A的目的是為了排出注射器中的空氣，并利用橡皮帽堵住使空氣不再進(jìn)入；
（2）本實(shí)驗(yàn)的原理是：先排出注射器內(nèi)的空氣，這樣在往外拉活塞時(shí)，由于外界大氣壓的作用，要拉動(dòng)活塞需要很大的力，這個(gè)力的大小為F=p_大氣S，故測(cè)出注射器全部帶刻度的長(zhǎng)度，求出活塞的橫截面積S和測(cè)出活塞剛被拉動(dòng)時(shí)的拉力F，就可根據(jù)p_大氣=$\frac{F}{S}$求出大氣壓強(qiáng)的值．
F就是大氣對(duì)注射器的壓力，可通過彈簧測(cè)力計(jì)的拉力讀出，S是注射器的橫截面積，可通過注射器的容積和長(zhǎng)度計(jì)算得出．實(shí)驗(yàn)中要先排出注射器內(nèi)的空氣，這樣拉動(dòng)時(shí)才能形成真空，拉力的讀出是最容易產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)之一．
（3）從彈簧測(cè)力計(jì)的量程這一角度考慮，分析選擇注射器．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)步驟A的目的是為了排出注射器中的空氣，并利用橡皮帽堵住使空氣不再進(jìn)入；
（2）大氣壓強(qiáng)p=$\frac{F}{S}$=$\frac{22N}{\frac{2×1{0}^{-5}{m}^{3}}{0.1m}}$=1.1×10⁵Pa，
因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)大氣壓為1.01×10⁵Pa，因此這一結(jié)果偏大，造成這一誤差的原因，一般是因?yàn)槔�力F在測(cè)量時(shí)摩擦力太大的緣故．
（3）因?yàn)槿莘e大的注射器，橫截面積大，需要的拉力大，會(huì)超過彈簧測(cè)力計(jì)的量程，所以選項(xiàng)5mL的注射器好一些．
故答案為：（1）排盡注射器內(nèi)的空氣；（2）1.1×10⁵Pa；偏大；拉動(dòng)時(shí)摩擦力較大；（3）5ml；容積大的注射器，橫截面積大，需要的拉力大，會(huì)超過彈簧測(cè)力計(jì)的量程．

點(diǎn)評(píng) 了解這一實(shí)驗(yàn)依據(jù)的原理，才能搞清每一步設(shè)計(jì)的理由，也才能通過公式求出大氣壓的值．在分析誤差時(shí)，一般由于排不凈空氣會(huì)使結(jié)果偏小，而拉動(dòng)時(shí)摩擦力較大則會(huì)使結(jié)果偏大．