小明利用注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材测量大气压的值,实验装置及方案如下:
步骤1:把活塞推至注射器的底端,然后用细线拴住活塞的颈部,用弹簧测力计多次匀速拉动活塞,读出测力计的示数都为1.2N;
步骤2:用橡皮帽封住注射器的小孔,再次用弹簧测力计匀速拉动活塞,读出测力计的示数为6.8N;
步骤3:注射器吸入部分液体,并将活塞推至底部,用橡皮帽封住注射器的小孔,再次用弹簧测力计匀速拉动活塞,读出测力计的示数为7.4N.
其他相关数据如表:
注射器的容积V/mL | 注射器有刻度的部分长度L/cm | 大气压的值 p/Pa |
2.5 | 3.90 |
请根据小明的实验方案和数据回答以下问题:
(1)小明进行步骤1的操作目的是为了测出___ ,如果省略这一步骤,会导致最终的测量结果___(选填“偏大”或“偏小”);
(2)造成步骤2和步骤3测量结果有差异的原因是___ ;
(3)步骤3中,向注射器内吸入___效果较好(选填“水”或“植物油”);
(4)为了保证装备的气密性,堵住针筒前端小孔,将活塞拉动一段距离,松手后,观察活塞能否回到原来的位置,离原来位置越 ___(选填“远”或“近”),气密性越好;
(5)测出的大气压的值为___Pa;(保留两位有效数字)
(6)分析实验中造成误差的原因,你认为选用体积___(选填“较大”或“较小”)的注射器,可以使测量结果更准确.
测出活塞与筒壁之间的摩擦力 偏大 注射器内存有少量空气 植物油 近 0.97×105 较大
【详解】
(1)步骤1中,注射器的小孔没有被堵住,用弹簧测力计多次匀速拉动活塞,则活塞受到的拉力和注射器筒壁对活塞的摩擦力为一对平衡力,测出拉力大小即为活塞受到的摩擦力大小,为1.2N。所以该步骤的操作目的是为了测出活塞与筒壁之间的摩擦力。
(2)如果省略测摩擦力的步骤,则活塞受到的摩擦力不能减去,即测得的大气压力比真实的要大,根据p=可知,最终会导致最终的大气压强偏大。
(3)步骤2中,注射器小孔内还存有少量的空气;而步骤3中吸入了液体,排出了小孔内的空气,使得此时注射内的压强更接近0Pa,所以此时需要的拉力更大。
(4)将注射器小孔堵住,拉动活塞,注射器筒内的压强将减小。若步骤3吸入的是水,水在低气压下有一部分会汽化成水蒸气,影响筒内气压,最终影响测量结果。而植物油比水更难汽化,所以步骤3中向注射器内吸入植物油效果较好。
(5)堵住针筒前端小孔,将活塞拉动一段距离,松手后,观察活塞能否回到原来的位置,若活塞回到的位置离原来位置越近,说明在拉动过程中进入筒内的空气越少,气密性越好。
(6)由表中数据可知,注射器容积为V=2.5mL=2.5cm3,注射器刻度部分长度L=3.9cm,则活塞的面积(注射器筒的横截面积)为:
S==≈0.64cm2,
该面积即大气压对活塞的受力面积。则大气压的值约为:
p==≈0.97×105Pa。
(7)大注射器和小注射器的活塞与筒壁间的摩擦力几乎是相等的(因为接触的压力和粗糙程度相同),而体积较大的注射器活塞面积更大,受到的大气压压力更大,可以减小活塞受到的摩擦力对该实验结果的影响。
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