Question

3．曉宇設(shè)計(jì)了用吸盤(pán)測(cè)量大氣壓值得實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)幫助曉宇做好以下工作
（1）請(qǐng)補(bǔ)充完整該實(shí)驗(yàn)相關(guān)步驟：
①如圖所示，將蘸水的塑料吸盤(pán)壓在光滑的水平板上，擠出里面的空氣；
②用小桶通過(guò)細(xì)繩與吸盤(pán)掛鉤相連接，向小桶中緩慢注入細(xì)沙，知道恰好脫離版面：
③用天平測(cè)出細(xì)沙和小桶的質(zhì)量；
④用刻度尺測(cè)量塑料吸盤(pán)的半徑r．
⑤大氣壓強(qiáng)表達(dá)方式為p=$\frac{mg}{π{r}^{2}}$．
（2）本實(shí)驗(yàn)存在誤差的原因是（寫(xiě)出兩個(gè)）
①吸盤(pán)內(nèi)有空氣；②測(cè)量塑料吸盤(pán)的半徑r有誤差．
曉宇和同學(xué)決定對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，找來(lái)月12m長(zhǎng)得透明細(xì)軟橡膠管、水盆、足夠長(zhǎng)的卷尺、細(xì)繩、鐵夾及足量的水，用這些器材測(cè)出了當(dāng)天的大氣壓值，請(qǐng)你簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)過(guò)程及所需測(cè)量的物理量并寫(xiě)出大氣壓強(qiáng)的表達(dá)方式p=ρ_水gh．

Answer 1

分析 （1）把塑料吸盤(pán)按壓在光滑水平的玻璃板上，擠出塑料吸盤(pán)內(nèi)的空氣，則吸盤(pán)在外界大氣壓的作用下被緊壓在玻璃板上．而裝有適量細(xì)砂的小桶掛在吸盤(pán)的塑料掛鉤上，小桶對(duì)吸盤(pán)有個(gè)向下的拉力，在不計(jì)塑料掛鉤的質(zhì)量的情況下，要使吸盤(pán)脫離玻璃板，小桶對(duì)吸盤(pán)的拉力應(yīng)等于大氣壓對(duì)吸盤(pán)的壓力．
（2）吸盤(pán)內(nèi)有空氣；吸盤(pán)及掛鉤、細(xì)繩的重量；測(cè)量吸盤(pán)的直徑誤差較大；根據(jù)p=ρgh設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，注意大氣壓能支持10m高的水柱．

解答 解：（1）③用天平測(cè)出細(xì)沙和小桶的質(zhì)量m；然后可求得其重力，則F=G=mg．
④用刻度尺測(cè)量塑料吸盤(pán)的半徑r，利用S=πr²求得測(cè)量塑料吸盤(pán)的面積；
⑤吸盤(pán)脫離玻璃板時(shí)，小桶對(duì)吸盤(pán)的拉力（即桶和細(xì)砂的重力）等于大氣壓對(duì)吸盤(pán)的壓力，
大氣壓強(qiáng)p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{mg}{S}$=$\frac{mg}{π{r}^{2}}$；
（2）吸盤(pán)內(nèi)有空氣；吸盤(pán)及掛鉤、細(xì)繩的重量；測(cè)量吸盤(pán)的直徑誤差較大；測(cè)量了吸盤(pán)的外徑；吸盤(pán)受到大氣壓強(qiáng)的面積不同；桶和注入細(xì)沙的重量大于吸盤(pán)所受大氣壓力；吸盤(pán)脫離水平板后還有少許細(xì)沙注入等原因；
a、將橡膠管注滿水，用兩個(gè)鐵夾夾緊橡膠管的兩端，一端浸沒(méi)于裝有水的水盆中，另一端用細(xì)繩提至10m以上高處；
b、松開(kāi)橡皮管底部的鐵夾，待橡皮管內(nèi)水面下降至靜止時(shí)，用卷尺測(cè)出水盆內(nèi)水面至水柱上表面的豎直高度，計(jì)為h；
c、表達(dá)式：p=ρ_水gh．
故答案為：（1）④r；⑤$\frac{mg}{π{r}^{2}}$；
（2）①吸盤(pán)內(nèi)有空氣；②測(cè)量塑料吸盤(pán)的半徑r有誤差；
實(shí)驗(yàn)過(guò)程：a、將橡膠管注滿水，用兩個(gè)鐵夾夾緊橡膠管的兩端，一端浸沒(méi)于裝有水的水盆中，另一端用細(xì)繩提至10m以上高處；
b、松開(kāi)橡皮管底部的鐵夾，待橡皮管內(nèi)水面下降至靜止時(shí)，用卷尺測(cè)出水盆內(nèi)水面至水柱上表面的豎直高度，計(jì)為h；ρ_水gh．
c、表達(dá)式：p=ρ_水gh．

點(diǎn)評(píng) 本題屬于探究型實(shí)驗(yàn)，是課本知識(shí)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，解題的關(guān)鍵在于弄清實(shí)驗(yàn)的原理、方法以及注意事項(xiàng)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的好題．