初中物理中考复习 实验13 粗略测算大气压值实验（解析版）

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实验十三、粗略测算大气压强的实验 【实验目的】：  粗略估算大气压强的数值。【实验器材】：注射器；弹簧测力计；细线；橡皮帽；刻度尺。【实验原理】：            P=F/S知识依据：二力平衡（利用注射器的活塞受到弹簧测力计和大气压力处于平衡状态时，即二力平衡。）【实验步骤】：  ①把注射器的活塞推至注射器针筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器小孔；②如图甲所示，用细线拴住注射器活塞颈部，使线的一端与弹簧测力计的挂钩相连，然后水平向右慢慢拉动针筒，当活塞刚开始滑动时，记下弹簧测力计的示数为F；③读出注射器针筒上有刻度部分的容积V；④用刻度尺测出注射器针筒上有刻度部分的长度L。【实验记录】：大气对活塞的压力F/N注射器的容积V/ml注射器有刻度的部分的长度l/cm活塞的横截面积S/m²大气压的值P/Pa      【数据处理】：    ①注射器近似圆柱体，由体积公式可以算出活塞的横截面积S=V/L②根据公式p=求出大气压强；【考点方向】1、该实验求出的大气压是估测数值，和真实的大气压数值存在差距主要原因是两方面：答：一、活塞与注射器之间存在摩擦；二、空气难以排尽。2、若不考虑其它因素，根据　二力平衡　的知识可知，研究对象在水平方向所受的大气压力与拉力大小相等。3、注射器顶端装针头处空气无法排尽，这将会使测量结果　偏小　。4、空气无法排尽可以采取的方法是：将注射器内抽满水，端口向上推动活塞排水，使得顶端保留水，再封口。5、实验前在活塞周围涂抹润滑油主要好处有：一、减小摩擦；二、增加气密性。6、实验过程中让弹簧测力计和注射器保持在水平方向目的：可以减小　活塞自身重力　对实验的影响，从而提高实验的精确程度。7、当弹簧测力计量程不够时或者为了拉动时更省力可以采取的方法是：可换用小量程注射器。（减小活塞的横截面积）8、该实验的原理依据是：P=F/S。知识依据：二力平衡（利用注射器的活塞受到弹簧测力计和大气压力处于平衡状态时，即二力平衡。）9、把注射器的活塞推到注射器筒的底端，这样做的目的是　排尽筒内空气，密封注射器。（从而使得作用在活塞上的力只有大气压力和弹簧测力计拉力）10、实验过程中应该水平方向、缓慢匀速拉动注射器筒，当注射器的活塞刚被拉动时，记下弹簧测力计的示数，此时拉力等于大气压力。11、实验过程中为了减小活塞与筒壁之间的摩擦除了采用涂抹润滑油外，还可以采用：在用橡皮套封住注射器端口前，将其注射器水平放置，用弹簧测力计匀速拉动活塞，测出摩擦力的大小，密封端口后再次拉动测得的弹簧测力计示数减去摩擦力就是大气压力。12、如果考虑活塞和筒壁之间摩擦力对实验的影响，所测的大气压值应该比标准值偏大。【创新母题】：小明利用最大刻度值标有2.5mL的一次性注射器等器材，对大气压的值进行测量。实验步骤如下：A、把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器的小孔；B、用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部，绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连，沿正确的方向慢慢拉动注射器筒，当注射器的活塞刚开始滑动时记下弹簧测力计示数F=7.5N；C、测出注射器的全部长度L=4cm.             甲                    乙（1）实验所用的器材为：注射器、弹簧测力计、细绳、橡皮帽、水和         。（2）测量大气压的原理为：                 ，受力面积S的表达式为：                ；实验中研究对象为              ，不考虑摩擦时，以此研究对象为受力物体的两个施力物体分别为         和           。（3）在如图所示的装置中，小明不能采用图              的装置来估测大气压强，其原因是                                        。（4）实验时，可先在活塞周围涂抹润滑油，然后将其插入针筒中，这样做有两个好处；一是减小                    ；二是                     。（5）反思并回答：①实验步骤A的目的是                             。②指出以上实验步骤中的错误：                                 。③步骤B中为什么要在注射器的活塞开始滑动时记下弹簧测力计的示数？              。④用测得的物理量表示大气压强的表达式：p=             。（6）托里拆利实验是世界上第一个测出大气压的实验；1标准大气压相当于       cm高水银柱产生的压强，约为            Pa。（7）小明发现，同学们在做此实验时测得的大气压值误差较大，对此小形与同学找出了下列可能的原因：           。①橡皮帽封住的注射器小孔中有残余气体；②活塞与注射器筒壁间有摩擦；③弹簧测力计的示数没有读准：④活塞与注射器筒壁不完全密封。上述原因一定会使测量值小于真实值的是（填写序号）。（8）实验室有甲、乙两个注射器，活塞的横截面积分别为0.5cm2和2cm2， 若弹簧测力计量程为10N，实验时应选用            （选填“甲”或“乙”）注射器。【答案】（1）刻度尺；（2）P=F/S；S=V/L；活塞；绳子；大气（或空气）；（3）乙；活塞的重力影响拉力的测量；（4）摩擦；放置装置漏气；（5）排尽空气；C步骤应测出注射器有刻度部分的长度；此时注射器底部对活塞的作用力为零，拉力近似大气对活塞的压力；FL/V。（6）76；1.0×105；（7）①④；（8）甲。【解析】（1）实验中要测出注射器的长度，因此除了：注射器、弹簧测力计、细绳、橡皮帽、水，还要有刻度尺。（2）本实验测量大气压是以注射器中活塞为研究对象，当排尽里面空气后，将其中出口封闭，活塞刚拉动时，活塞受到绳子和大气的作用力，此时二力是平衡的，可以通过弹簧测力计测出拉力大小，即可以得知近似大气压力F；有注射器的型号可知其体积V，然后用刻度尺测量出有刻度部分的长度L，然后依据S=V/L，算出活塞的横截面积S，依据压强的公式P=F/S，即可求出近似大气压值。（3）本实验，由于用到活塞受到的拉力和大气压力相等即二力平衡的知识，如果竖直会由于活塞重力的影响，使测量数据产生误差。因此不采用乙图方式。（4）由于实验时，活塞与筒壁之间存在摩擦，气密性要求也比较高，因此通过涂抹润滑油既可以减小摩擦，又可以增加装置的气密性，从而减小测量误差。（5）把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器的小孔，是为了排尽其里面的空气；C步骤应测出注射器有刻度部分的长度，如果测量全部长度，起始位置产生的误差相对较大，故测量有刻度部分；刚开始拉动时，注射器底部对活塞的作用力为零，拉力近似大气对活塞的压力；刚开始拉动时测量出其F，根据注射器的型号可以得知其V，然后测出有刻度部分的长度L，然后依据S=V/L，算出活塞的横截面积S，依据压强的公式P=F/S，即可推导出P= FL/V。（6）本题考查的大气压的一些常识，1标准大气压相当于76cm高水银柱产生的压强，约为            1.0×105Pa。（7）①橡皮帽封住的注射器小孔中有残余气体；④活塞与注射器筒壁不完全密封，注射器筒内有空气都会使拉力变小，在面积不变的情况下，测得的大气压会偏小；②活塞与注射器筒壁间有摩擦，会使拉力变大，在面积不变的情况下，测得的大气压会偏大；③没有读准弹簧测力计的示数可能会导致测量值小于真实值，也可能会大于真实值。因此选择①④。（8）依据压强的公式P=F/S，可知大气压强一定时，接触面积越大，其受到的压力也越大，因此选择横截面积小些的，拉动起来会更为省力一些，所以选择甲型号的注射器。练习1.（2019·泰州）小明用2mL的注射器、量程为0∼10N的弹簧测力计和刻度尺粗略测量大气压的值，本实验的原理是二力平衡和p=_          __。步骤一：把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器的小孔。步骤二：如图所示安装好器材，水平向右缓慢拉动注射器筒，当注射器中的活塞_    __时，记下弹簧测力计的示数为5.2N。步骤三：用刻度尺测出注射器__          _长度为4.00cm步骤四：算出大气压强值为__            _Pa。同组的小华分析了影响实验结果的可能因素后，对实验进行了如下改进：①将步骤一改为：先将注射器内抽满水，再竖直向上推动活塞至注射器筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器的小孔，这样便于_                        __。②取下橡皮帽,重复步骤二的操作,读得弹簧测力计的示数为0.3N由此可知,此时活塞所受到的_                              __(摩擦力/大气压力)为0.3N。小华根据改进后测得的数据，重新计算大气压的值。【答案】F/S；刚被拉动；有刻度部分的；1.04×105Pa；①排空注射器内的空气；②摩擦力。【解析】本实验的原理是二力平衡和p=F/S；由于注射器活塞颈部，用绳与弹簧测力计的挂钩相连，应水平向右慢慢拉动注射器筒，这样相当于水平向右拉动弹簧测力计的挂钩；当注射器中的活塞开始运动时，说明此时拉力等于大气对活塞的压力。故记下的弹簧测力计示数，就是大气对活塞的压力F=5.2N；注射器全部刻度的长度为L=4.00cm,有刻度部分的容积为V=2ml,注射器活塞的横截面积为S=V/L ，此时大气压的数值p=F/S=F/(L/V)=(5.2N×4×10−2m)/2×10−6m3=1.04×105Pa，①橡皮帽封住的注射器小孔中有残余气体，产生的力会和外部大气压力抵消一部分，这样使得弹簧测力计受到的拉力减小，在面积不变的情况下，测得的大气压会偏小；先让注射器吸入少量水，然后将活塞推至注射器底端，使水充满在注射器小孔中，这样可排尽注射器小孔中残余气体，减小实验过程中的测量的误差；②如果活塞与注射器内壁间存在摩擦力，注射器在拉力F作用下平衡时，拉力F大于大气对活塞的压力，从而使测量值偏大。所以小华取下橡皮帽，重复步骤二的操作，读得弹簧测力计的示数为0.3N，此时活塞所受到的摩擦力为0.3N。练习2.（2018•无锡）为了测量大气压强，某同学选择的器材有：2.5ml的注射器、0～10N的弹簧测力计、刻度尺和细线，实验步骤如下（1）如图甲，用刻度尺测出注射器有刻度部分的长度L=　   　cm。（2）如图乙，把注射器活塞推推至筒的底端，用橡皮帽封住注射器的小孔，水平向右慢慢拉动注射器简，当注射器中的活塞开始滑动时，记录弹簧测力计的示数F=　   　N。（3）该同学所测得的大气压强值为　          　Pa。【答案】（1）4.00；（2）6.4；（3）1.024×105Pa。【解析】（1）由刻度尺可直接看出注射器全部刻度的长度；（2）根据弹簧测力计的分度值读出拉力的大小；（3）根据公式p=F/S求出大气压强。（1）从图中可以看出，注射器可容纳的药水容积为2.5ml=2.5cm3，这2.5cm3的刻度长度由刻度尺可看出为4.00cm；（2）弹簧测力计的分度值是0.2N，所以拉力大小是6.4N；（3）故活塞的横截面积为S=V/h=2.5cm²/4cm=0.625cm2=6.25×10﹣5m2，p=F/S=6.4N/(6.25×10-5m²) =1. 024×105Pa。练习3.（2018·咸宁）物理兴趣小组的同学利用周末开展一次登山活动，他们想利用随身携带的注射器、弹簧测力计、细线、刻度尺等相关用品测量山顶的大气压．测量方案如下：A．把注射器的活塞推至注射器针筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器小孔；B．如图甲所示，用细线拴住注射器活塞颈部，使线的一端与弹簧测力计的挂钩相连，然后水平向右慢慢拉动针筒，当活塞刚开始滑动时，记下弹簧测力计的示数为F；C．读出注射器针筒上有刻度部分的容积V；D．用刻度尺测出注射器针筒上有刻度部分的长度L。（1）请根据他们设计的方案回答以下问题：测量中，分析研究的是大气对________（选填“针筒”或“活塞”）的压力，当活塞相对于针筒开始滑动时，以地面为参照物，研究对象处于________状态．若不考虑其它因素，根据________的知识可知，研究对象在水平方向所受的大气压力与拉力大小相等。（2）实验时同学们发现注射器顶端装针头处空气无法排尽，这将会使测量结果________（选填“偏大”“不变”或“偏小”）．同学们联想到去医院打针的情景，可采取简单的办法将注射器内空气排尽．你的方法是_____                                      ___。（3）测量前，有同学建议在活塞周围涂抹润滑油，然后将其插入针筒中，这样做有两个好处：一是活塞的密封性好；二是可以________．实验过程中他们让弹簧测力计和注射器保持在水平方向，可以减小________对实验的影响，从而提高实验的精确程度。（4）若同学们用图乙中B注射器在测量时，弹簧测力计被拉到5N，活塞仍没有滑动．可改用图乙中的________（选填“A”或“C”）注射器．用测量步骤中的V、L和F表示大气压的值，则p=________。【答案】 （1）活塞；静止；二力平衡；（2）偏小；将注射器内抽满水，端口向上推动活塞排水，使得顶端保留水，再封口；（3）减小摩擦；活塞自身重力；（4）C；FL/V。【解析】（1）该实验中以活塞为研究对象；分析研究的是大气对活塞的压力；当活塞相对于针筒开始滑动时，以地面为参照物，活塞与地面间没有位置的变化，是静止的；当注射器中的活塞开始滑动时，利用二力平衡原理来测出大气对活塞的压力。弹簧测力计的拉力与大气的压力刚好平衡，因此需要记录此时的示数；（2）注射器顶端装针头处空气无法排尽，即有残余气体，注射器内还会有一定气压，这样会使拉力变小，在面积不变的情况下，测得的大气压会偏小；将注射器内抽满水，端口向上推动活塞排水，使得顶端保留水，再封口，可以采用这一简单的方法将注射器内空气排尽。（3）涂抹凡士林的好处：一是减小摩擦，二是活塞的密封性好。当弹簧测力计和注射器筒不在水平方向时，由于活塞受重力的作用，使得测力计的拉力不等于大气压力，从而影响测得的大气压，所以让弹簧测力计和注射器筒保持在水平方向，目的是为了减小活塞自身重力对实验的影响，从而提高实验的准确程度。（4）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，可换用小量程注射器，故选C；活塞的面积S=V/L，将测量结果代入压强公式得：p=F/S =F/(V/L)= FL/V。练习4.（2019·黄石）如图所示，在一个标准大气压下，用1m长玻璃管做托里拆利实验，管中水银柱高度为__     _mm。(1)假定移动玻璃管的过程均不漏气，请描述玻璃管内水银柱高度的变化情况     (选填“升高”、“不变”或“降低”)将玻璃管倾斜放置，水银柱的高度将_                __。将玻璃管向上提升一点，水银柱高度将_              __。(2)如果用水来代替水银做实验,水__        _(选填“会”或“不会”)充满玻璃管，若管口刚好在水面上且保证不漏气，此时玻璃管内底部的压强___         Pa。(g=10N/kg,结果用科学记数法表示,保留一位有效数字)。【答案】 760；(1)不变；不变；(2)会；9×104Pa。【解析】一个标准大气压能支持760mm高的水银柱，故此时玻璃管内水银柱高度为760mm；(1)将玻璃管倾斜一些，大气压不变，水银柱高度也不变，但长度会变大一些；将玻璃管竖直上提，水银柱产生的压强等于大气压，即高度不变，还是760mm水银柱；(2)一标准大气压能支持10m高的水柱,故水会充满玻璃管玻璃管；根据P=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×1m=1×104Pa则玻璃管内底部的压强为1.0×105Pa−1×104Pa=9×104Pa。练习5. 为了估测大气压究竟有多大，晓彤和小雪正在用如图所示的装置按如下步骤进行分组实验，用一个水桶向吸盘下的水桶中注水，至吸盘从水平光滑的水平板上脱落为止。器材还有测人质量的人体秤，刻度尺及三角板。（1）请你利用上述器材写出测量大气压的思路。答：                                                                         。（2）晓彤和小雪在测量过程中观察到，水银气压计的示数为1.0×105Pa，吸盘直径均为2cm（为方便计算π取3，g取10N/kg）。晓彤测出吸盘脱落时水桶及水的质量为2.4kg，则晓彤测出的大气压值为    Pa。小雪用该方法测出的大气压值为1.1×105Pa，试分析两位同学所测大气压值与水银气压计的示数不同的原因。答：                                                                          。（3）若没有体重秤，请你在实验室找到其他工具设法测出桶及水的总重             。（写出一种即可）【答案】 （1）根据p=FS可知，只要分别测出压力及受力面积，即可求出压强；（2）8×104；晓彤实验中没有将吸盘内的空气完全排出；小雪实验中由于在吸盘即将脱落时加水过快，导致水桶里加的水偏多；（3）①用量筒测出水的体积算出水重，再用弹簧测力计测出桶重；②在桶中加钩码，至快脱落时，再加适量的水，用量筒、弹簧测力计测出水重、桶重，即可解决总重。【解析】（1）根据p=FS可知，只要分别测出压力及受力面积，即可求出压强；（2）由于吸盘受水桶及水的总重力的作用，则吸盘脱落时大气压的压力与水桶及水的总重力相平衡，则：F=G=mg=2.4kg×10N/kg=24N，已知S=14πD2=14×3×(2cm)2=3cm2=3×10-4m2，则大气压p=F/S=24N/3×10−4m2=8×104pa；晓彤实验中是根据吸盘内的空气时测量的，若偏小则是由于晓彤实验中没有将吸盘内的空气完全排出,吸盘内的空气产生了向下的压力；小雪实验中由于在吸盘即将脱落时加水过快，导致水桶里加的水偏多；（3）①用量筒测出水的体积算出水重，再用弹簧测力计测出桶重；②在桶中加钩码，至快脱落时，再加适量的水，用量筒、弹簧测力计测出水重、桶重，即可解决总重。