Question

8．小明設計了用吸盤測量大氣壓值的實驗，請幫助小明做好以下工作．
（1）請補充完整該實驗相關步驟：
①如圖所示，將蘸水的塑料吸盤壓在光滑的水平板上，擠出里面的空氣；
②用小桶通過細繩與吸盤掛鉤相連接，向小桶中緩慢注入細沙，直到恰好脫離板面；
③用天平測出（寫出相關物理量及其符號）；
④用刻度尺測量（寫出相關物理量及其符號）；
⑤大氣壓強表達式為：p=$\frac{Mg}{π{r}^{2}}$（用上面填寫的符號表示）．
（2）若使用天平和刻度尺測量的過程無誤且讀數準確，則本實驗存在誤差的原因是：（寫出兩個）
①吸盤內有空氣；②測量塑料吸盤的半徑r有誤差．
（3）小明和同學決定對這個實驗進行改進，找來一根長約12m 的透明細軟橡膠管、水盆、足夠長的卷尺、細繩、兩個鐵夾及足量的水，用這些器材測出了當天的大氣壓值，請你簡述實驗過程及所需測量的物理量和符號，并寫出大氣壓強的表達式．
實驗過程：將橡膠管注滿水，用兩個鐵夾夾緊橡膠管的兩端，一端浸沒于裝有水的水盆中，另一端用細繩提至10m以上高處；
②松開橡皮管底部的鐵夾，待橡皮管內水面下降至靜止時，用卷尺測出水盆內水面至水柱上表面的豎直高度，計為h．大氣壓強的表達式：p=ρ_水gh（用上面填寫的符號表示，已知水的密度為 ρ_水）．

Answer 1

分析 （1）把塑料吸盤按壓在光滑水平的玻璃板上，擠出塑料吸盤內的空氣，則吸盤在外界大氣壓的作用下被緊壓在玻璃板上．而裝有適量細砂的小桶掛在吸盤的塑料掛鉤上，小桶對吸盤有個向下的拉力，在不計塑料掛鉤的質量的情況下，要使吸盤脫離玻璃板，小桶對吸盤的拉力應等于大氣壓對吸盤的壓力．
（2）吸盤內有空氣；吸盤及掛鉤、細繩的重量；測量吸盤的直徑誤差較大；
（3）根據p=ρgh設計實驗，注意大氣壓能支持10m高的水柱．

解答 解：（1）③用天平測出細沙和小桶的質量M；然后可求得其重力，則F=G=mg．
④用刻度尺測量塑料吸盤的半徑r，利用S=πr²求得測量塑料吸盤的面積；
⑤吸盤脫離玻璃板時，小桶對吸盤的拉力（即桶和細砂的重力）等于大氣壓對吸盤的壓力，
大氣壓強p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{Mg}{S}$=$\frac{Mg}{π{r}^{2}}$；
（2）吸盤內有空氣；吸盤及掛鉤、細繩的重量；測量吸盤的直徑誤差較大；測量了吸盤的外徑；吸盤受到大氣壓強的面積不同；桶和注入細沙的重量大于吸盤所受大氣壓力；吸盤脫離水平板后還有少許細沙注入等原因；
（3）①將橡膠管注滿水，用兩個鐵夾夾緊橡膠管的兩端，一端浸沒于裝有水的水盆中，另一端用細繩提至10m以上高處；
②松開橡皮管底部的鐵夾，待橡皮管內水面下降至靜止時，用卷尺測出水盆內水面至水柱上表面的豎直高度，計為h；
③表達式：p=ρ_水gh．
故答案為：（1）③用天平測出細沙和小桶的質量M；
④用刻度尺測量塑料吸盤的半徑r；
⑤$\frac{Mg}{π{r}^{2}}$；
（2）吸盤內有空氣；測量塑料吸盤的半徑r有誤差；
（3）①將橡膠管注滿水，用兩個鐵夾夾緊橡膠管的兩端，一端浸沒于裝有水的水盆中，另一端用細繩提至10m以上高處；
②松開橡皮管底部的鐵夾，待橡皮管內水面下降至靜止時，用卷尺測出水盆內水面至水柱上表面的豎直高度，計為h；ρ_水gh．

點評 本題屬于探究型實驗，是課本知識的創新實驗，解題的關鍵在于弄清實驗的原理、方法以及注意事項，是培養學生創新能力的好題．