Question

20．用注射器估測大氣壓的值實驗中．
（1）實驗中，分析研究的對象是大氣對活塞（填“針筒”、“活塞”）的壓力．
（2）當(dāng)活塞相對于針筒開始滑動時，可以近似看成研究對象在水平方向所受拉力F與所受的大氣壓力是一對平衡力（平衡力/相互作用力）．
（3）研究對象受大氣壓力的受力面積等于注射器的截面積．讀出注射器的容積V，再用刻度尺測出全部刻度的長度L．
（4）計算大氣壓值，其表達式為p=$\frac{FL}{V}$．
（5）為消除活塞與針筒間的摩擦力對實驗的影響，某同學(xué)采用了圖示裝置，將注射器筒固定在水平桌面上，把活塞推至注射器筒底端，用橡皮帽封住注射器的小孔，活塞通過水平細線與燒杯相連，向燒杯中緩慢加水，當(dāng)活塞剛開始向左滑動時，測得燒杯和水的總重為G₁，然后向外緩慢抽水，當(dāng)活塞剛開始向右滑動時，測得燒杯和水的總重為G₂，活塞面積為S，輪軸間的摩擦和細線重不計，則所測大氣壓值的表達式為$\frac{{G}_{1}+{G}_{2}}{2S}$（用題中字母表示）．

Answer 1

分析 （1）明確實驗的原理，才能完成實驗步驟的補充．
（2）當(dāng)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(shù)與所受的大氣壓力相等；
（3）（4）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(shù)據(jù)可得出表達式；
（5）當(dāng)注射器中的活塞開始向左滑動時，此時摩擦力與所受的大氣壓力方向相同；當(dāng)注射器中的活塞開始向右滑動時，此時摩擦力與所受的大氣壓力方向相反．

解答 解：（1）該實驗中以活塞為研究對象；分析研究的是大氣對活塞的壓力
（2）當(dāng)注射器中的活塞開始滑動時，彈簧測力計的拉力與大氣的壓力剛好平衡，利用二力平衡原理來測出大氣對活塞的壓力
（3）注射器是一個圓柱體形狀，因此，應(yīng)量出其刻度部分的長度；
（4）再讀出空積V，得出活塞的面積S=$\frac{V}{L}$，將測量結(jié)果代入壓強公式得：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{F}{\frac{V}{L}}$=$\frac{FL}{V}$；
（5）當(dāng)注射器中的活塞開始向左滑動時，對活塞受力分析：f+F=G₁；
當(dāng)注射器中的活塞開始向右滑動時，對活塞受力分析：F-f=G₂；
兩式聯(lián)立解得：F=$\frac{{G}_{1}+{G}_{2}}{2}$
所以p=$\frac{F}{S}$=$\frac{\frac{{G}_{1}+{G}_{2}}{2}}{S}$=$\frac{{G}_{1}+{G}_{2}}{2S}$；
故答案為：（1）活塞；（2）平衡力；（3）全部刻度；（4）$\frac{F•L}{V}$；（5）$\frac{{{G_1}+{G_2}}}{2S}$．

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(jié)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小．