Question

小华和小玲用有挂钩的吸盘来估测大气压的值，实验室提供的器材是：量程为10N的弹簧测力计1只，底面积约为5cm²的吸盘一个，玻璃板一块．实验方案如图1所示．实验时，他们发现当弹簧测力计拉至读数最大时，吸盘仍未脱离玻璃板，实验室又没有量程更大的弹簧测力计．于是小华和小玲分别提出了改进方法．
（1）小华的方法是：在原实验方案的基础上换一个面积更小的吸盘来完成测量．请你说明这种方法的原理是什么？
（2）小玲的方法是：如图2所示，把吸盘挂在杠杆的A点，在杠杆的B点用弹簧测力计向下拉，直到吸盘正好从玻璃板上脱落为止．请你说明这种方法的原理是什么？

Answer 1

解：本实验所依据的原理是P=，只要我们想办法求出大气对吸盘的压力，再量出吸盘与桌面的接触面积，就可以求出大气压强的大小．
而如图1所示实验方案．说明使吸盘脱离玻璃板时所用拉力超过弹簧测力计的量程，于是无法估测大气压的值．
（1）小华的方法是：在原实验方案的基础上换来一个面积更小的吸盘完成测量．则根据F=P₀S可知：
吸盘面积减小，使吸盘脱离玻璃板时所有拉力会减小，
所以只要吸盘脱离玻璃板时所用拉力减小到弹簧测力计的量程之内，即可进行实验．
因此这种方法的原理是：通过减小吸盘面积，从而减小吸盘脱离玻璃板时所用拉力．
（2）小玲的方法是：把吸盘挂在杠杆的A点，在杠杆的B点用弹簧测力计向下拉，
则在B点所施加的拉力F_B小于吸盘脱离玻璃板时所用拉力F_A，根据杠杆原理可得：
OB?F_B=OA?F_A，
∵OB＞OA，∴F_B＜F_A，
所以当B点所施加的拉力减小到弹簧测力计的量程之内即可通过计算间接测出吸盘脱离玻璃板时所用拉力；
因此这种方法的原理是：不直接测量吸盘脱离玻璃板时所用拉力，而是通过利用省力杠杆测量作用在杠杆上的动力．
答：（1）小华方法的原理是通过减小吸盘面积，从而减小吸盘脱离玻璃板时所用拉力．
（2）小玲方法的原理是不直接测量吸盘脱离玻璃板时所用拉力，而是通过利用省力杠杆测量作用在杠杆上的动力．
分析：首先明确本实验所依据的原理是P=，只要我们想办法求出大气对吸盘的压力，再量出吸盘与桌面的接触面积，就可以求出大气压强的大小．如图1所示实验方案．说明使吸盘脱离玻璃板时所用拉力超过弹簧测力计的量程．
（1）小华的方法是：在原实验方案的基础上换一个面积更小的吸盘来完成测量．则根据F=P₀S可知使吸盘脱离玻璃板时所有拉力会减小，只要吸盘脱离玻璃板时所用拉力没有超过弹簧测力计的量程即可进行实验．
（2）小玲的方法是：把吸盘挂在杠杆的A点，在杠杆的B点用弹簧测力计向下拉，根据杠杆原理可知在B点所施加的拉力小于吸盘脱离玻璃板时所用拉力，当B点所施加的拉力没有超过弹簧测力计的量程即可进行实验．
点评：利用吸盘来测量大气压是一种较常见的方法，知道读取吸盘脱离时瞬间的拉力大小；实验是否完成应注意吸盘脱离玻璃板时所用拉力在测力计的量程之内．