Question

6．小明利用最大刻度值标有5mL的一次性注射器等器材，对大气压的值进行测量．其实验步骤如下：
a．先让注射器吸入少量水，然后将活塞推至注射器底端，当注射器的小孔充满水后，再用橡皮帽封住注射器的小孔．
b．用细绳拴住注射器活塞的颈部，使绳另一端与弹簧测力计的挂钩相连，然后水平向右慢慢地拉动注射器筒，如图所示．当注射器中的活塞刚开始滑动时，记下弹簧测力计的示数为12.5N．
c．测出注射器全部刻度的长度为4cm．
d．根据测量数据，算出大气压的值．
（1）实验所用的器材为：注射器、弹簧测力计、细绳、橡皮帽、水和刻度尺．
（2）此注射器活塞的横截面积是1.25 cm²．根据实验数据计算出大气压强是1×10⁵Pa．
（3）小明发现，同学们在做此实验时测得的大气压值误差很大，对此小明与同学找出了下列可能的原因：
①橡皮帽封住的注射器小孔中有残余气体；
②活塞与注射器筒壁间有摩擦；
③弹簧测力计的示数没有读准；
④活塞与注射器筒壁不完全密封．
上述原因一定会使测量值小于真实值的是C．
A．①③；B．①④；C．②③；D．②④．
（4）为了减小摩擦对实验的影响，小红同学对实验进行了改进，在完成ab步骤后，她测试了活塞和注射器筒壁间的摩擦，写出该操作步骤取下封住注射器小孔的橡皮帽，再次水平向右慢慢匀速拉动注射器筒，记下弹簧测力计的示数．

Answer 1

分析 （1）实验中要测出注射器的长度，因此要用到刻度尺．
（2）注射器的容积可通过图中读出，其单位为ml，注射器是圆柱体，利用公式V=SL的变形，可求其横截面积的大小；
根据二力平衡的条件，当活塞刚刚拉动时，弹簧测力计的拉力与大气对活塞的压力是一对平衡力；再根据公式p=$\frac{F}{S}$将测得的压力和面积代入公式即可算出压强的大小；
（3）注射器筒内有空气或没有读准弹簧测力计的示数都会导致测量值小于真实值．
（4）如果活塞与注射器内壁间存在摩擦力，注射器在拉力F作用下平衡时，拉力F大于大气对活塞的压力，从而影响测量结果．

解答 解：（1）实验中要测出注射器的长度，因此除了：注射器、弹簧测力计、细绳、橡皮帽、水，还要有刻度尺．
（2）读图可知，注射器容积为5ml，即5cm³．注射器全部刻度的长度L=4cm，因为注射器为圆柱体，根据其体积公积可得，S=$\frac{V}{L}$=$\frac{5c{m}^{3}}{4cm}$=1.25cm²=1.25×10^-4m²
实验时，把活塞推至注射器筒底端是为了排出注射器中的空气．弹簧测力计的示数F=12.5N，这就是大气对活塞的压力，将其代入公式得，
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{12.5N}{1.25×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1×10⁵Pa；
（3）根据压强公式p=$\frac{F}{S}$，受力面积一定，活塞与注射器筒壁不完全密封，注射器筒内有空气会使拉力变小，算出的大气压会偏小；活塞与注射器筒壁不完全密封也是同理偏小．
活塞与注射器筒壁间有摩擦，或没有读准弹簧测力计的示数都会使力的测量值偏大，算出的大气压会偏大，故选C．
（4）如果活塞与注射器内壁间存在摩擦力，注射器在拉力F作用下平衡时，拉力F大于大气对活塞的压力，从而使测量值偏大．所以小红添加了“取下封住注射器小孔的橡皮帽，再次水平向右慢慢匀速拉动注射器筒，记下弹簧测力计的示数”这一实验步骤，是为了减小摩擦力对实验结果的影响．
故答案为：（1）刻度尺；
（2）1.25；1×10⁵；
（3）C；
（4）取下封住注射器小孔的橡皮帽，再次水平向右慢慢匀速拉动注射器筒，记下弹簧测力计的示数．

点评 本题属实验探究题，实验探究题一般对学生的要求都较高，不仅要求学生熟练掌握课本上所学的相关知识，还要求学生具有一定的物理素养．