Question

10．某課外興趣小組用容積為20cm³的注射器、彈簧測力計、刻度尺各一只，設計了一個估測大氣壓強的小實驗，主要步驟如下：
A．把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用一個橡皮帽封住注射器的小孔；
B．如圖所示，用細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力計的掛鉤相連，然后水平向右慢慢地拉動注射器筒．當注射器中的活塞剛開始移動時，記下彈簧測力計的示數(shù)F為22N；
C．用刻度尺測出注射器全部刻度的長度，為10cm．
思考并回答：
（1）實驗步驟A的目的是：排盡注射器內(nèi)的空氣．
（2）補全實驗步驟C中的空缺：注射器全部刻度．
（3）用測得和記錄的物理量計算大氣壓強值p=1.1×10⁵Pa，此測量值與標準大氣壓相比偏大（選填“偏大”、“偏小”），出現(xiàn)這一誤差的可能原因是注射器活塞與內(nèi)壁間摩擦太大．
（4）有長度相同的5mL、10mL、20mL三種注射器，你認為選擇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，會超過彈簧測力計的量程．

Answer 1

分析 （1）本實驗的原理是：先排出注射器內(nèi)的空氣，這樣在往外拉活塞時，由于外界大氣壓的作用，要拉動活塞需要很大的力，這個力的大小為F=p_大氣S；
（2）（3）測出注射器全部帶刻度的長度，求出活塞的橫截面積S和測出活塞剛被拉動時的拉力F，就可根據(jù)p_大氣=$\frac{F}{S}$求出大氣壓強的值．
F就是大氣對注射器的壓力，可通過彈簧測力計的拉力讀出，S是注射器的橫截面積，可通過注射器的容積和長度計算得出．實驗中要先排出注射器內(nèi)的空氣，這樣拉動時才能形成真空，拉力的讀出是最容易產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)之一．
（4）從彈簧測力計的量程這一角度考慮，分析選擇注射器．

解答 解：（1）實驗步驟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入；
（2）必須量出全部刻度的長L才能計算出橫截面積的大�。�
（3）已知V=20cm³=2×10^-5m³ ，L=10cm=0.1m，
根據(jù)圓柱體體積公式可得橫截面積：S=$\frac{V}{L}$=$\frac{2×1{0}^{-5}{m}^{3}}{0.1m}$=2×10^-4m²
大氣壓強：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{22N}{2×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.1×10⁵Pa，
因為1標準大氣壓為1.01×10⁵Pa，因此這一結果偏大；造成這一誤差的原因是：拉動活塞時，活塞與內(nèi)壁間的摩擦太大．
（4）因為容積大的注射器，橫截面積大，需要的拉力大，會超過彈簧測力計的量程，所以選項5mL的注射器好一些．
故答案為：注射器全部刻度；
（1）排盡注射器內(nèi)的空氣；
（2）注射器全部刻度；
（3）1.1×10⁵Pa；偏大； 注射器活塞與內(nèi)壁間摩擦太大；
（4）5；容積大的注射器，橫截面積大，需要的拉力大，會超過彈簧測力計的量程．

點評 了解這一實驗依據(jù)的原理，才能搞清每一步設計的理由，也才能通過公式求出大氣壓的值．在分析誤差時，一般由于排不凈空氣會使結果偏小，而拉動時摩擦力較大則會使結果偏大．