Question

13．洋洋同学家的卫生间下水道堵塞了，他爸爸利用吸盘很快就将下水道疏通了，如图所示．为此他突然联想到所学过的大气压知识，于是，洋洋和瑞瑞同学合作利用吸盘设计了一个估测当地大气压强的实验方案：
【方案设计】
（1）用刻度尺测出吸盘的直径D；
（2）将吸盘四周蘸上水，挤出里面的空气压在光滑的水平地面上；
（3）用力竖直往上拉吸盘柄，直到吸盘脱离地面．根据经验估测拉脱吸盘所需拉力大小F；
（4）计算出当地大气压强．
【评估交流】（请你帮助完成下列空格）
洋洋同学说：我们的实验原理是p=$\frac{F}{S}$，操作过程规范，较方便地估测出了大气压强．
瑞瑞同学说：在操作中，我发现存在吸盘中的气体挤不干净（不是真空）、拉脱吸盘所需力的大小估测偏差大等问题，尽管我们的操作规范，但估测的结果误差较大．洋洋认真思考后，同意了瑞瑞的意见，然后，他们继续一起探讨如何改进方案，尽量减少测量误差．根据洋洋和瑞瑞同学的实验记录及自我评估情况，请你回答：洋洋和瑞瑞测出的大气压强p=$\frac{4F}{π{D}^{2}}$（用字母表示）；实验时洋洋同学将吸盘四周蘸上水，这样做的目的是防止外面的气体进入吸盘；要准确测量大气压，应该利用课本中介绍的气压计（仪器名称）进行测量．

Answer 1

分析 根据压强的计算公式p=$\frac{F}{S}$，实验的主要思路是测出拉脱吸盘的力F和吸盘的面积S．实验中，吸盘内的空气不可能完全挤出，估测也很难保证准确，这是影响测量结果的主要原因，要想准确测量，气压计仍是最好的选择．实验操作中需要测量的量主要有拉力F和吸盘的直径D，因此，表达式应利用测量的量来表示．

解答 解：（1）实验依据的原理是压强的计算公式p=$\frac{F}{S}$，分析操作过程可以看出，操作中吸盘内的气体不可能挤干净（不是真空），利用估测来得出拉力的大小也有较大偏差；
（2）用刻度尺测出吸盘的直径D，其半径为r=$\frac{D}{2}$，面积S=πr²=π${（\frac{D}{2}）}^{2}$
根据经验估测拉脱吸盘所需拉力大小F，
利用此方法得出的大气压强的表达式为p=$\frac{F}{S}$=$\frac{F}{{π（\frac{D}{2}）}^{2}}$=$\frac{4F}{π{D}^{2}}$；
吸盘与地面之间不可能完全密封，四周沾上水是为了防止外面的气体进入吸盘，增强装置的气密性；
这种方法必竟有较多的不足之处，准确测量时仍需要选择气压计或应该利用课本中介绍的托里拆利实验进行测量．
故答案为：p=$\frac{F}{S}$；吸盘中的气体挤不干净（不是真空）；拉脱吸盘所需力的大小估测偏差大；$\frac{4F}{π{D}^{2}}$；防止外面的气体进入吸盘；气压计．

点评 利用各类吸盘测量大气压，是较为常用的方法，这类方法虽然操作简便易行，但测量时的准确度却较差．对这种方法的原理、操作要点、误差分析等都是我们应该了解的．