由于我们生活在大气中,对大气压强的存在及大小感知不深,其实我们利用身边的器材,有多种方法能测出大气压强的大小。
一、利用托里拆利装置测量
例1.在做托里拆利实验时,测得水银柱的竖直高度是76cm,真空部分长度为24cm,则下列说法中正确的是( )
A.若改用一根2m长的管子做实验,则真空部分长度为48cm
B.若用一根粗细不均匀的管子做实验,则水银柱高度不再是76cm
C.若将管子倾斜放置,那么液柱的高度将大于76cm
D.若用别的液体代替水银,那么液柱的高度将不再是76cm
解析:在托里拆利实验中,由于水银柱的竖直高度为76cm,则当地的大气压强就是76cm高水银柱产生的压强。A中玻璃管长度变了,但大气压强托起的水银高度是不变的,故水银柱的高仍是76cm,那么真空柱的长度就是200cm-76cm=124cm;B中液体产生的压强只与液体的密度、深度有关,而与底面积无关,所以粗细是否均匀,不会影响到水银柱的高度;C中将管子倾斜,由于大气压托起水银柱的高度是指其竖直高度,要保证竖直高度仍是76cm,则水银柱在管中会上升,如图1所示;D中若用别的液体取代水银,由于液体的压强与密度有关,所以液柱的高度也将发生变化。故D是正确的。
二、利用玻璃吸盘测量
例2.市场上有一种圆形软塑料吸盘,把它摆在玻璃上,挤出它和玻璃之间的空气,它就可以“吸”在玻璃上。请你用这样的吸盘、弹簧秤和刻度尺,在家里穿衣橱玻璃上做实验,来估测大气压的数值。
(1)写出实验步骤;(2)写出大气压的计算式。
分析:由于大气压强等于压力除面积,当把圆形软塑料吸盘“吸”在玻璃上拉开时,拉力就等于大气压对它的压力;吸盘的面积可用刻度尺测其直径,然后再将大气压强计算得出。
解:(1)实验步骤:①将吸盘“吸”在竖直的穿衣橱玻璃上,用弹簧秤沿水平方向拉它,直至吸盘被拉得脱离玻璃,读出弹簧秤的示数,记为F;②用刻度尺测出吸盘的直径,记为D。(2)由于圆盘的面积为S=π()2,则大气压为p=。
三、利用注射器测量
例3.某学习小组利用注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材粗测大气压值。
(1)图甲是按1:1的比例拍摄的注射器上的全部刻度线,注射器的最大可读容积为_________,用刻度尺测量注射器全部刻度的总长为_____cm,可算得活塞的横截面积为_______cm2。
(2)实验时,小华把注射器的活塞推至注射器底端,排尽筒内空气,然后用橡皮帽封住注射器的小孔,按图乙所示安装好器材,水平向右慢慢地拉动注射器筒,当弹簧测力计的示数增大到F=28.0N时,注射器中的活塞刚开始滑动,则测得大气压值p=_______ Pa。
(3)实验时若筒内空气没有排尽,将导致测得大气压值_______;若活塞与注射器内壁间的摩擦较大,将导致测得大气压值_______。(均选填“偏大”、“偏小”或“不变”)
解析:(1)注射器的最大可读容积就是它的量程,为20mL;用刻度尺直接测量注射器左端至20刻度线间的总长度为5cm,则可计算活塞的面积为:
S==4cm2。
(2)大气压强=0.7×105Pa。(3)筒内空气若没有排尽,所测拉力会变小,故得出的大气压值会变小;若注射器内壁间的摩擦较大,所测拉力就会变大,得出的大气压值就会变大。
点评:该题融合了长度测量、压强计算、误差分析等多方面的知识,完全可以让学生在家就能进行测量。
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