Question

小華同學用有掛鉤的塑料吸盤來“估測大氣壓的值”，他設計的實驗方案是：將蘸水的吸盤按在平滑的玻璃板上，擠出里面的空氣，按住玻璃板，用彈簧測力計鉤著吸盤上的掛鉤，緩慢往上拉，記錄吸盤剛剛脫離玻璃板時彈簧測力計的讀數，再測量出吸盤與玻璃板的接觸面積，即可算出大氣壓的值，如圖所示．實驗室提供的器材是：量程為10N的彈簧測力計1只，底面積為3cm²的吸盤，平滑玻璃板．實驗時，他發現當彈簧測力計拉至讀數最大時，吸盤仍未脫離玻璃板，實驗室又沒有量程更大的彈簧測力計，他認為可運用其他器材結合所學物理知識來解決這一問題．
（1）請設計兩種不同的實驗方案，要求：先確定所需的器材（除量程為10N的彈簧測力計1只、底面積為3cm²的吸盤和平滑的玻璃板外），再簡要說明你是如何運用物理知識解決這一問題的？（不增加彈簧測力計的個數）
[方案一]器材：______；說明：______
[方案二]器材：______；說明：______
（2）該實驗只能粗略測出大氣壓的值，結果并不精確，請指出你所設計的方案中產生誤差的主要原因有哪些？（寫出2點即可）
①______；
②______．

Answer 1

【答案】分析：本實驗的原理是排出吸盤中的空氣后，吸盤就被大氣壓緊緊地壓在了玻璃上，故要把吸盤拉大，所用的拉力就必須等于大氣壓所產生的壓力．故測出拉開吸盤時所用的拉力F，和吸盤與玻璃板接觸的面積S，就可以根據求出大氣壓強．
解答：解：本實驗中遇到的麻煩是用彈簧測力計拉不開吸盤，即彈簧測力計的量程太小了．為了解決這個問題，可以用學過的機械--杠桿或滑輪來解決．具體見下列答案：
（1）[方案一]
器材一：輕質杠桿，細繩，鐵架臺；
說明：利用省力杠桿，在一端用量程較小的彈簧測力計的拉力，在另一邊可獲得較大的拉吸盤的力．
[方案二]
器材二：定滑輪，鉤碼，細繩，鐵架臺；
說明：用鉤碼作為配重，利用鉤碼的重力來增加對吸盤的拉力．
[方案三]
器材三：定滑輪，動滑輪，細繩，鐵架臺；
說明：將定滑輪和動滑輪組成省力的滑輪組，再用彈簧測力計向上拉動即可．
（2）方案一中：吸盤中排氣不清（或有少量空氣）、氣密性不好、吸盤脫離玻璃板時彈簧測力計的讀數不準確、彈簧測力計自身有重力、杠桿有自重且杠桿重心不在懸點正下方等；
方案二中：吸盤中排氣不清（或有少量空氣）、氣密性不好、吸盤脫離玻璃板時彈簧測力計的讀數不準確、彈簧測力計自身有重力、滑輪與軸間有摩擦等；
方案三中：吸盤中排氣不清（或有少量空氣）、氣密性不好、吸盤脫離玻璃板時彈簧測力計的讀數不準確、滑輪與軸間有摩擦、動滑輪有重力等．
點評：本題首先要弄清實驗的原理，再來考慮實驗中遇到的困難--拉力不足．根據學過的知識，可以利用可以省力的機械來解決這個難題．