Question

實驗桌上有細線若干、兩種規格的鉤碼（0.5N、2N）足夠多、彈簧測力計一只（量程為5N、分度值為0.2N）、三種規格的注射器A、B、C（量程分別為20ml、10ml和5ml）、滑輪一只以及刻度尺一把．要求利用現有器材粗略測量大氣壓強．甲同學設計的方案如圖甲所示，乙同學設計的方案如圖乙所示．

請回答下列問題：
（1）實驗中，應該在______時，讀取彈簧測力計的示數（或鉤碼的重力）；
（2）甲同學在實驗時發現，彈簧測力計被拉到5N時，活塞仍沒有移動．欲仍然采用此方案完成實驗，需作的改進是：______．
（3）請你把乙同學設計的數據記錄表格補充完整，標有“--”符號的空格不需要填寫．

鉤碼的個數	大氣對活塞的壓力F/N	注射器的刻度部分容積V/ml		活塞的橫截面積S/m2	大氣壓強的值p/Pa
--	--	--	--	--	--

（4）按乙方案實驗時，在增減鉤碼無法精確測出拉力大小時，還需要的操作是：______．
（5）乙方案中使用定滑輪的目的是：______．

Answer 1

解：（1）當活塞剛開始滑動時，說明拉力正好克服了大氣的壓力，是一對平衡力，此時彈簧測力計的示數就等于大氣產生的壓力；
（2）因為大氣的壓強是一定的，根據公式F=pS，受力面積越小，壓力也會越小，所以當彈簧測力計量程不夠時，可換用量程更小的C注射器；
（3）要想得到活塞的橫截面積S，根據公式S=，我們必須還要量出注射器所有刻度的長L，見表格：

鉤碼的個數	大氣對活塞的壓力F/N	注射器的容積V/ml	注射器全部刻度的長L/cm	活塞的橫截面積S/m2	大氣壓強的值P/Pa
--	--	--	--	--	--

（4）因為鉤碼的重力已經固定，缺少靈活性，所以可在鉤碼下掛彈簧測力計，拉動彈簧測力計；
（5）使用定滑輪改變力的方向，可使我們在拉動注射器或測量長度時操作更方便．
故答案為：（1）活塞剛開始滑動； （2）換用C注射器；（3）注射器全部刻度的長度L/cm；（4）在鉤碼下掛彈簧測力計，拉動彈簧測力計；（5）改變力的方向．
分析：根據公式p=，用彈簧測力計或鉤碼來求F，根據注射器容積和刻度的長來求面積，這就是這一實驗的基本設計思路．據此我們不難分析：
（1）注射器內的空氣我們要事先排凈，拉動活塞滑動時的拉力就約等于大氣對活塞的壓力；
（2）壓力的大小跟活塞的作用面積有關，在大氣壓強一定時，面積越小，壓力會越小，所以應選擇較小的注射器；
（3）測橫截面積時，根據公式S=，我們還要量一個注射器刻度的長；
（4）因為很難保證拉力的大小正好是鉤碼重的整數倍，所以借助彈簧測力計還是很有必要的；
（5）定滑輪可改變力的方向，使操作更方便．
點評：此類實驗依據了p=，彈簧測力計測出的拉力正好是大氣對活塞的壓力，活塞的橫截面積就是力的作用面積，這樣就可以求出大氣壓強了．兩種方案對比，甲方案更直接，但需要一支量程足夠大的測力計，乙方案鉤碼的重固定，無法保證讀數為整數，也需要借助測力計來測量．具體操作中，受客觀條件的影響，此實驗很難保測量的準確性．