Question

13．洋洋同學家的衛(wèi)生間下水道堵塞了，他爸爸利用吸盤很快就將下水道疏通了，如圖所示．為此他突然聯(lián)想到所學過的大氣壓知識，于是，洋洋和瑞瑞同學合作利用吸盤設(shè)計了一個估測當?shù)卮髿鈮簭姷膶嶒灧桨福?br />【方案設(shè)計】
（1）用刻度尺測出吸盤的直徑D；
（2）將吸盤四周蘸上水，擠出里面的空氣壓在光滑的水平地面上；
（3）用力豎直往上拉吸盤柄，直到吸盤脫離地面．根據(jù)經(jīng)驗估測拉脫吸盤所需拉力大小F；
（4）計算出當?shù)卮髿鈮簭姡?br />【評估交流】（請你幫助完成下列空格）
洋洋同學說：我們的實驗原理是p=$\frac{F}{S}$，操作過程規(guī)范，較方便地估測出了大氣壓強．
瑞瑞同學說：在操作中，我發(fā)現(xiàn)存在吸盤中的氣體擠不干凈（不是真空）、拉脫吸盤所需力的大小估測偏差大等問題，盡管我們的操作規(guī)范，但估測的結(jié)果誤差較大．洋洋認真思考后，同意了瑞瑞的意見，然后，他們繼續(xù)一起探討如何改進方案，盡量減少測量誤差．根據(jù)洋洋和瑞瑞同學的實驗記錄及自我評估情況，請你回答：洋洋和瑞瑞測出的大氣壓強p=$\frac{4F}{π{D}^{2}}$（用字母表示）；實驗時洋洋同學將吸盤四周蘸上水，這樣做的目的是防止外面的氣體進入吸盤；要準確測量大氣壓，應(yīng)該利用課本中介紹的氣壓計（儀器名稱）進行測量．

Answer 1

分析 根據(jù)壓強的計算公式p=$\frac{F}{S}$，實驗的主要思路是測出拉脫吸盤的力F和吸盤的面積S．實驗中，吸盤內(nèi)的空氣不可能完全擠出，估測也很難保證準確，這是影響測量結(jié)果的主要原因，要想準確測量，氣壓計仍是最好的選擇．實驗操作中需要測量的量主要有拉力F和吸盤的直徑D，因此，表達式應(yīng)利用測量的量來表示．

解答 解：（1）實驗依據(jù)的原理是壓強的計算公式p=$\frac{F}{S}$，分析操作過程可以看出，操作中吸盤內(nèi)的氣體不可能擠干凈（不是真空），利用估測來得出拉力的大小也有較大偏差；
（2）用刻度尺測出吸盤的直徑D，其半徑為r=$\frac{D}{2}$，面積S=πr²=π${（\frac{D}{2}）}^{2}$
根據(jù)經(jīng)驗估測拉脫吸盤所需拉力大小F，
利用此方法得出的大氣壓強的表達式為p=$\frac{F}{S}$=$\frac{F}{{π（\frac{D}{2}）}^{2}}$=$\frac{4F}{π{D}^{2}}$；
吸盤與地面之間不可能完全密封，四周沾上水是為了防止外面的氣體進入吸盤，增強裝置的氣密性；
這種方法必竟有較多的不足之處，準確測量時仍需要選擇氣壓計或應(yīng)該利用課本中介紹的托里拆利實驗進行測量．
故答案為：p=$\frac{F}{S}$；吸盤中的氣體擠不干凈（不是真空）；拉脫吸盤所需力的大小估測偏差大；$\frac{4F}{π{D}^{2}}$；防止外面的氣體進入吸盤；氣壓計．

點評 利用各類吸盤測量大氣壓，是較為常用的方法，這類方法雖然操作簡便易行，但測量時的準確度卻較差．對這種方法的原理、操作要點、誤差分析等都是我們應(yīng)該了解的．