我们生活的地球,其周围被厚厚的大气层包裹着,大气压是由于大气受重力作用产生的。大气压到底有多大呢?我们可以通过身边器材的组合来估测大气压的大小。
方法一:注射器等器材组合
小明所设计的“估测大气压的值”的实验方案如下:①把注射器的活塞推至注射器筒的底端,然后用—个橡皮帽封住注射器的小孔;②如图所示,用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部,使绳的另一端与固定在墙上的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。当注射器中的活塞刚开始移动时,记下弹簧测力计的示数F;③观察并记录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。
(1)根据以上实验方案,用测得和记录的物理量计算大气压强的表达式应为p=_______。
(2)按照上述实验方案测得的大气压强的值,往往会比大气压强的实际值偏小。你认为产生这种现象的主要原因是:___________________________________________。
分析:我们首先根据二力平衡的知识,当注射器中的活塞刚开始滑动时,活塞所受的大气压力等于弹簧测力计的拉力大小F;然后根据公式p=F/S和V=LS,即可以推导出p=FL/V。造成测得的大气压强值偏小的原因,只有“注射器内的空气没有排尽,留有的残余气体存在压强”或“注射器的气密性较差,漏进的部分空气存在压强”,即注射器内不是真空,有一定的压强。答案:(1)FL/V;(2)注射器内不是真空,有一定的压强。
其实由于注射器活塞与筒壁之间存在一定的摩擦,也会造成测量结果产生偏差,如果考虑活塞与筒壁间的摩擦这一因素,会造成弹簧测力计F读数偏大,由表达式p=FL/V可知,造成测得的大气压强的值偏大。如:
实验学校的同学们在进行估测大气压实验时,首先读出注射器的最大刻度为V,用刻度尺量出其全部刻度的长度为L;然后按照如图所示的过程,慢慢的拉注射器(甲图没有盖上橡皮帽、乙图在排尽空气后盖上了橡皮帽),刚好拉动活塞时,弹簧测力计的示数分别是F1和F2。则他们测量出的大气压强最接近于( )
A.F1L/V B.F2L/V
C.(F2-F1)L/V D.(F2+F1)L/V
大气对活塞的实际压力是多少呢?分析题意不难得出F=F2-F1。答案:B。从本题我们也可以看出要改进测量的方法,我们使之更合理、更科学,实验过程中要减小人为因素对测量结果的影响,使测量的结果更接近真实值。
练习:(扬州市中考题)小明做“估测大气压值”的实验。
(1)在如图所示的实验装置中,小明不能采用图的装置来估测大气压强,其原因是。
(2)实验步骤如下:
A.把注射器的活塞推至注射器筒的底端,然后用橡皮帽封住注射器的小孔;
B.用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部,绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连,沿正确的方向慢慢地拉动注射器筒。当注射器中的活塞刚开始滑动时记下弹簧测力计的示数(即大气对活塞的压力)F;
C.读出注射器的容积V;
D.用刻度尺测出注射器的全部长度L。
(3)思考并回答:
①实验步骤A的目的是。
②指出以上实验步骤中的错误:。
③由于注射器漏气会导致所测得的大气压值偏。
请提出一种减少漏气的方法:。
④用测得的物理量表示大气压强的表达式p=。
答案:(1)乙 活塞的重力影响大气压的测定。
(3)①排掉注射器中的空气;②D步骤应量出注射器有刻度部分的长度L';③小 活塞涂上凡士林或其他润滑油;④p=F'L/V。
方法二:橡皮碗等器材组合
学习了大气压的知识以后,小明对大气压强通常有1.0×105Pa这么大存有疑问,想亲自证实一下;如是小明买来一个塑料挂钩,把它的吸盘贴在玻璃餐桌的下表面,如图所示,测出塑料吸盘与玻璃的接触面积为10cm2;又找来一个轻塑料桶(质量可忽略不计),在桶中装8L水;若大气压强有1.0×105Pa,则塑料桶挂在挂钩上____________(选填“会”或“不会”)把吸盘拉掉.小明把水桶挂到挂钩上时,吸盘被拉掉了,你认为的原因可能是________________________________________________。(g取10N/kg)
分析:大气对吸盘下表面产生的向上压力为F=pS=1.0×105Pa×10×10-4m2=100N,桶中的水重G=mg=ρVg=1.0×103 kg/m3×8×10-3m2×10N/kg=80N,因为F>G,所以料桶挂在挂钩上不会把吸盘拉掉;当F<G时,吸盘会被拉掉,由于水的重力不变,是F变小了。导致的F变小了原因可能是塑料挂钩气密性不好(或吸盘内没有挤压成真空)等造成的。
答案:不会 塑料挂钩气密性不好(或吸盘内没有挤压成真空)。
练习:(临沂市中考题)为测量大气压强的数值,王欣同学进行了如下实验,将塑料挂钩吸盘按压在光滑水平玻璃下面,挤出塑料吸盘内的空气,测出吸盘压在玻璃上的面积为S;将装适量细沙的小桶轻轻挂在吸盘下面的塑料挂钩上,如图所示,用小勺轻轻向桶内加细沙,直到塑料吸盘刚好脱落玻璃板,测出此时塑料挂钩、小桶和沙的总重力为G。
(1)吸盘即将脱离玻璃板时,空气对塑料吸盘的压力大小是__________,所测大气压强的数值是_____________。
(2)该方法所测大气压强数值往往比实际值小一些,你认为产生这一误差的原因可能是(一条即可):___________________________________。
答案:(1)G G/S;(2)吸盘的空气没有完全挤出(或吸盘的气密性不好;实验过程中有外部空气进入吸盘;吸盘脱离玻璃板前面积有所减小;其它合理答案也可)
生活处处皆物理,用注射器、橡皮碗也可估测大气压的大小。该类考题是对“估测大气压的值”实验方案进行评估,由于产生测量误差的原因并非唯一,测量值或偏大或偏小,所以该类考题具有一定的开放性的特点。
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