Question

18．物理兴趣小组的同学想探究大气压强的大小，他们拿来一个带挂钩的圆形吸盘，将吸盘紧压在厚玻璃板的下表面，用一个可装细沙的购物袋（质量不计）挂在挂钩下．如图所示，向袋里缓慢注入细沙至吸盘被拉下来，由此可得到大气压的大小．
（1）本实验所需的测量仪器：弹簧测力计（天平、案秤、台秤）、刻度尺．
（2）需要直接测量的物理量：细沙受到的重力G（细沙的质量m）、吸盘的直径D（吸盘的半径r）．
（3）大气压的表达式：p=$\frac{4G}{π{D}^{2}}$．
（4）如果测出的大气压仅有0.8×10⁵Pa，实验中可能存在的问题是（写出一条即可）吸盘中的空气没有完全被挤出．

Answer 1

分析 （1）本实验的设计原理是利用公式p=$\frac{F}{S}$来求取大气压的大小，重物刚好拉下吸盘的力就是大气压给予吸盘的压力，而作用面积S则是吸盘的面积，所以弹簧测力计与刻度尺就是必不可少的了；
（2）两样测量器材用来测量两个重要的量，所挂物体的总重就是拉力F，吸盘的直径用来求它的面积；
（3）表达要利用公式将其推导到我们所测的量上去，即用G（或质量m）表示拉力F，用直径D（或半径r）表示面积；
（4）测量值偏小是这种方法常见的问题，主要还应从接触面能否充分接触的角度去分析．

解答 解：（1）从原理分析，选择的测量器材为：弹簧测力计（天平、案秤、台秤），刻度尺；
（2）弹簧测力计直接测细沙受到的重力G（细沙的质量m），刻度尺可以直接测吸盘的直径D（吸盘的半径r）；
（3）从公式入手推导出表达式p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{\frac{1}{4}π{D}^{2}}$=$\frac{4G}{π{D}^{2}}$；（同理也可以推导出p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{π{r}^{2}}$=$\frac{mg}{π{r}^{2}}$）；
（4）如果测出的大气压仅为0.8×10⁵Pa，实验中可能存在的问题是：吸盘中的空气没有完全被挤出；接触面没有处理干净；吸盘与玻璃板接触不紧密；存在漏气现象等．
故答案为：（1）弹簧测力计（天平、案秤、台秤）、刻度尺；
（2）细沙受到的重力G（细沙的质量m）、吸盘的直径D（吸盘的半径r）；
（3）p=$\frac{4G}{π{D}^{2}}$（或p=$\frac{G}{π{r}^{2}}$，p=$\frac{mg}{π{r}^{2}}$）；
（4）吸盘中的空气没有完全被挤出；接触面没有处理干净；吸盘与玻璃板接触不紧密；存在漏气现象等．

点评 这是一种常见的测量大气压的方法，但只适合粗略测量．器材简单、操作易行，但表达式的推导则需从公式入手耐心细致，这也是该实验的实质所在．