Question

6．洋洋同学家的卫生间下水道堵塞了，他爸爸利用吸盘很快就将下水道疏通了，如图所示，为此他突然联想到所学过的大气压知识，于是，洋洋和瑞瑞同学合作利用吸盘设计了一个估测大气压强的实验方案
【方案设计】
（1）用刻度尺测出吸盘的直径D；
（2）将吸盘四周沾上水，挤出里面的空气压在光滑的水平地面上；
（3）用力竖直往上拉吸盘柄，直到吸盘脱离地面，根据经验估测拉脱吸盘所需拉力的大小
（4）计算出当地大气压强
【评估交流】洋洋同学说：我们的实验原理是p=$\frac{F}{S}$，操作过程规范，较方便地估测出了大气压强
瑞瑞同学说：在操作过程中，我发现存在吸盘内的空气没有完全排尽、估测拉脱吸盘所需拉力时误差较大等问题，尽管我的操作规范，但估测的结果误差较大，洋洋认真思考后，同意了瑞瑞的意见，然后，他们继续一起探讨如何改进方案，尽量减少测量误差．
根据洋洋和瑞瑞同学的实验记录及自我评估情况，请你回答，洋洋和瑞瑞测出的大气压强P=$\frac{4F}{π{D}^{2}}$（用字母表示）；实验时洋洋同学将吸盘四周沾上水，这样做的目的是防止外面的空气进入吸盘对实验结果造成影响．

Answer 1

分析 （1）根据压强定义式p=$\frac{F}{S}$可知，要测量大气压，需要测出大气对吸盘的压力和吸盘的面积，在吸盘内的空气排尽时，拉脱吸盘所需拉力与大气压力相等；实验中，吸盘内的空气不可能完全挤出，估测拉脱吸盘所需拉力误差较大，这是影响测量结果的主要原因．
（2）大气压力与拉脱吸盘所需拉力大小相等，吸盘为圆形，已知测出了吸盘的直径D，根据圆的面积公式求出吸盘的面积，再利用压强定义式表示出大气压；吸盘与地面之间不可能完全密封，四周沾上水是为了防止外面的空气进入吸盘对实验结果造成影响．

解答 解：（1）利用吸盘测量大气压的实验原理是压强定义式p=$\frac{F}{S}$；
根据题中的操作过程可知，吸盘内的空气没有完全排尽、估测拉脱吸盘所需拉力时误差较大，都会影响最终的测量结果；
（2）用刻度尺测出吸盘的直径D，其半径为r=$\frac{1}{2}$D，面积为S=πr²=π（$\frac{1}{2}$D）²=$\frac{1}{4}$πD²，
根据经验估测拉脱吸盘所需拉力大小F，即为大气对吸盘的压力，
利用此方法测出的大气压强的表达式为：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{F}{\frac{1}{4}π{D}^{2}}$=$\frac{4F}{π{D}^{2}}$；
吸盘与地面之间不可能完全密封，四周沾上水是为了防止外面的空气进入吸盘对实验结果造成影响；若外面的空气进入吸盘，则外界大气压力和内部空气压力会抵消一部分，使得测出的拉力偏小，测得的大气压偏小．
故答案为：p=$\frac{F}{S}$；吸盘内的空气没有完全排尽； 估测拉脱吸盘所需拉力时误差较大；$\frac{4F}{π{D}^{2}}$；防止外面的空气进入吸盘对实验结果造成影响．

点评 本题考查了利用吸盘测量大气压，解答该题的关键是在弄清实验的原理、操作要点、误差分析．