Question

7．实验桌上有细线若干、两种规格的钩码（0.5N、2N）足够多，弹簧测力计一只（量程为5N、分度值为0.2N）、三种规格的注射器A、B、C（量程分别为20ml、10ml和5ml）、滑轮一只以及刻度尺一把．要求利用现有器材粗略测量大气压强．甲同学设计的方案如图甲所示，乙同学设计的方案如图乙所示．请回答下列问题：
（1）实验中，应该在活塞刚开始滑动时，读取弹簧测力计的示数（或钩码的重力）；
（2）甲同学在实验时发现，弹簧测力计被拉到5N时，活塞仍没有移动．欲仍然采用此方案完成实验，需做的改进是：换用C注射器．
（3）请把甲同学设计的数据记录表格补充完整，标有“--”符号的空格不填．

钩码的个数	大气对活塞压力F/N	注射器的刻度部分容积V/m3	注射器全部刻度的长L/cm	大气压强的值P/Pa
--	--	--	--	--

（4）用上表所测量的物理量可得出大气压强的值为p=$\frac{FL}{V}$．
（5）实验过程中注射器筒内漏进了少量空气，则测得的大气压强偏小（大/小）．
（6）按乙方案实验时，在增减钩码时无法达到实验要求，还需要的操作是：加挂一定钩码后，再用弹簧测力计向下拉，当观察到刚开始滑动时读数．

Answer 1

分析 根据p=$\frac{F}{S}$，用弹簧测力计或钩码来求F，根据注射器容积和刻度的长来求面积，这就是这一实验的基本设计思路．据此我们不难分析：
（1）注射器内的空气我们要事先排净，拉动活塞滑动时的拉力就约等于大气对活塞的压力；
（2）压力的大小跟活塞的作用面积有关，在大气压强一定时，面积越小，压力会越小，所以应选择较小的注射器；
（3）测横截面积时，根据公式S=$\frac{V}{L}$，我们还要量一个注射器刻度的长；
（4）由于外界大气压的作用，要拉动活塞需要很大的力，这个力的大小为F=p_大气S，故测出活塞横截面积S和拉动时的拉力F，就可根据p_大气=$\frac{F}{S}$求出大气压强的值．
（5）对注射器的密闭性来说，橡皮帽已经很好封住注射器的小孔，那么漏气的主要原因是活塞的密闭性，所以要尽可能的减小气体从活塞进入；
（6）因为很难保证拉力的大小正好是钩码重的整数倍，所以借助弹簧测力计还是很有必要的．

解答 解：（1）当活塞刚开始滑动时，说明拉力正好克服了大气的压力，是一对平衡力，此时弹簧测力计的示数就等于大气产生的压力；
（2）因为大气的压强是一定的，根据公式F=pS，受力面积越小，压力也会越小，所以当弹簧测力计量程不够时，可换用量程更小的C注射器；
（3）要想得到活塞的横截面积S，根据公式S=$\frac{V}{L}$，我们还，我们必须还要量出注射器所有刻度的长L；
（4）已知注射器筒上所标明的容积V，用刻度尺测出注射器的全部刻度长度L，故注射器活塞的面积为S=$\frac{V}{L}$根据p_大气=$\frac{F}{S}$=$\frac{F}{\frac{V}{L}}$=$\frac{FL}{V}$可知大气压值．
（5）实验时，若筒内空气没有排尽，测量结果小于一标准大气压；
（6）因为钩码的重力已经固定，缺少灵活性，所以加挂一定钩码后，再用弹簧测力计向下拉，当观察到刚开始滑动时读数；
（5）使用定滑轮改变力的方向，可使我们在拉动注射器或测量长度时操作更方便．
故答案为：（1）活塞刚开始滑动； （2）换用C注射器；（3）注射器全部刻度的长度L/cm；（4）$\frac{FL}{V}$；（5）小；（6）加挂一定钩码后，再用弹簧测力计向下拉，当观察到刚开始滑动时读数．

点评 此类实验依据了p=$\frac{F}{S}$，弹簧测力计测出的拉力正好是大气对活塞的压力，活塞的横截面积就是力的作用面积，这样就可以求出大气压强了．两种方案对比，甲方案更直接，但需要一支量程足够大的测力计，乙方案钩码的重固定，无法保证读数为整数，也需要借助测力计来测量．具体操作中，受客观条件的影响，此实验很难保测量的准确性．