Question

如图所示为某校物理兴趣小组设计的一个玻璃管测力计，玻璃管竖直悬挂，上端封闭、下端开口，管内一个很薄的轻质活塞封闭了一定质量的空气，活塞连接一轻质秤钩．已知玻璃管横截面积S为1cm²，现将不同质量的钩码M挂在秤钩上，稳定后用刻度尺测量出活塞与管顶之间的距离L，在实验过程中气体的温度保持不变，四次实验的数据记录在下面的表格上：

次数	1	2	3	4
M（kg）	0.000	0.100	0.250	0.409
L（cm）	2.00	2.22	2.66	3.36

（1）通过计算可得实验时大气压强P=______Pa．
（2）在玻璃管测力计上L=4.00cm处应标上所测作用力F=______N，空气柱长度L随加在秤钩上作用力F变化而______（填：均匀，不均匀）变化．
（3）通过实验同学们发现用这种玻璃管测力计来测力，存在一些不足之处，请列举两点：
a______
b______．

Answer 1

【答案】分析：（1）由第1组数据可知，此时没有挂秤钩，根据活塞平衡，由力平衡条件求出封闭气体的压强的表达式，根据玻意耳定律求解大气压；
（2）根据玻意耳定律求出L=4.00cm时所挂钩码的重力，即为所测的作用力F．由钩码的重力表达式分析F是否均匀．
（3）用这种玻璃管测力计来测力，容易受外界环境的影响，比如大气压和温度的变化引起测量不准确．
解答：解：（1）由力平衡条件得：所挂钩码的质量为M时，封闭气体的压强为P=P-．
封闭气体的压强分别：
状态1：P₁=P，
状态2：P₂=P-=P-10⁴（Pa）
根据玻意耳定律得：P₁L₁=P₂L₂，代入解得，P=1.01×10⁵P_a
（2）当L=4.00cm时，由P₁L₁=P₃L=（P-）L，得
解得M₃g=5.05N，
即在玻璃管测力计上L=4.00cm处应标上所测作用力F=5.05N．
由P₁L₁=（P-）L，可以看出F与L是非线性关系，故空气柱长度L随加在秤钩上作用力F变化而不均匀变化．
（3）用这种玻璃管测力计来测力，容易受外界环境的影响，比如大气压强改变、环境温度改变影响测量的准确性．
故答案为：
（1）1.01×10⁵；
（2）5.05，不均匀
（3）大气压强改变、环境温度改变．
点评：本题是力平衡知识与玻意耳定律的综合，考查分析和解决实际问题的能力．