Question

实验桌上有细线若干、两种规格的钩码（0.5N、2N）足够多、弹簧测力计一只（量程为5N、分度值为0.2N）、三种规格的注射器A、B、C（量程分别为20ml、10ml和5ml）、滑轮一只以及刻度尺一把．要求利用现有器材粗略测量大气压强．甲同学设计的方案如图甲所示，乙同学设计的方案如图乙所示．

请回答下列问题：
（1）实验中，应该在______时，读取弹簧测力计的示数（或钩码的重力）；
（2）甲同学在实验时发现，弹簧测力计被拉到5N时，活塞仍没有移动．欲仍然采用此方案完成实验，需作的改进是：______．
（3）请你把乙同学设计的数据记录表格补充完整，标有“--”符号的空格不需要填写．

钩码的个数	大气对活塞的压力F/N	注射器的刻度部分容积V/ml		活塞的横截面积S/m2	大气压强的值p/Pa
--	--	--	--	--	--

（4）按乙方案实验时，在增减钩码无法精确测出拉力大小时，还需要的操作是：______．
（5）乙方案中使用定滑轮的目的是：______．

Answer 1

【答案】分析：根据公式p=，用弹簧测力计或钩码来求F，根据注射器容积和刻度的长来求面积，这就是这一实验的基本设计思路．据此我们不难分析：
（1）注射器内的空气我们要事先排净，拉动活塞滑动时的拉力就约等于大气对活塞的压力；
（2）压力的大小跟活塞的作用面积有关，在大气压强一定时，面积越小，压力会越小，所以应选择较小的注射器；
（3）测横截面积时，根据公式S=，我们还要量一个注射器刻度的长；
（4）因为很难保证拉力的大小正好是钩码重的整数倍，所以借助弹簧测力计还是很有必要的；
（5）定滑轮可改变力的方向，使操作更方便．
解答：解：（1）当活塞刚开始滑动时，说明拉力正好克服了大气的压力，是一对平衡力，此时弹簧测力计的示数就等于大气产生的压力；
（2）因为大气的压强是一定的，根据公式F=pS，受力面积越小，压力也会越小，所以当弹簧测力计量程不够时，可换用量程更小的C注射器；
（3）要想得到活塞的横截面积S，根据公式S=，我们必须还要量出注射器所有刻度的长L，见表格：

钩码的个数	大气对活塞的压力F/N	注射器的容积V/ml	注射器全部刻度的长L/cm	活塞的横截面积S/m2	大气压强的值P/Pa
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（4）因为钩码的重力已经固定，缺少灵活性，所以可在钩码下挂弹簧测力计，拉动弹簧测力计；
（5）使用定滑轮改变力的方向，可使我们在拉动注射器或测量长度时操作更方便．
故答案为：（1）活塞刚开始滑动； （2）换用C注射器；（3）注射器全部刻度的长度L/cm；（4）在钩码下挂弹簧测力计，拉动弹簧测力计；（5）改变力的方向．
点评：此类实验依据了p=，弹簧测力计测出的拉力正好是大气对活塞的压力，活塞的横截面积就是力的作用面积，这样就可以求出大气压强了．两种方案对比，甲方案更直接，但需要一支量程足够大的测力计，乙方案钩码的重固定，无法保证读数为整数，也需要借助测力计来测量．具体操作中，受客观条件的影响，此实验很难保测量的准确性．