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B
排出注射器筒内的空气
拉出
大量程弹簧测力计
压力
有刻度部分
$\frac{V}{l}$
$\frac{G}{S}$
注射器内残留有空气
活塞与注射器筒壁间存在摩擦力
向容器内凹陷
容器内气压小于外界大气压,大气压将橡皮膜压入容器内
【分析】
要解决本题,需结合托里拆利实验原理和大气压的相关规律,对每个选项逐一分析:
1. 明确1个标准大气压对应的水银柱高度为760mm,对比题目中的750mm判断A选项;
2. 回忆托里拆利实验中,水银柱高度差由大气压决定,与玻璃管粗细无关,以此分析B选项;
3. 根据大气压随高度增加而减小的规律,分析装置从山脚移到山顶时水银面的变化,判断C选项;
4. 分析玻璃管顶端破洞后,管内气压变化对水银柱的影响,判断D选项。
【解析】
A. 1个标准大气压能支持760mm高的水银柱,实验中管内外水银面高度差为750mm,说明实验所在处的大气压小于1个标准大气压,故A错误;
B. 托里拆利实验中,管内外水银面的高度差由外界大气压决定,与玻璃管的粗细无关,因此换用较粗的玻璃管做实验,管内外水银面的高度差保持不变,故B正确;
C. 大气压随高度的增加而减小,将此装置从山脚移至山顶,外界大气压减小,能支持的水银柱高度降低,玻璃管内的水银面会下降,故C错误;
D. 若玻璃管的顶端破一个小洞,管内与外界大气压相通,管中的水银会在重力作用下下降,不会从管顶喷出,故D错误。
【答案】
B
【知识点】
托里拆利实验、大气压与高度的关系
【点评】
本题考查托里拆利实验的原理及大气压的相关知识,需熟练掌握实验中影响水银柱高度的因素以及大气压的变化规律,是对基础知识的综合考查。
【难度系数】
0.7
【分析】
这道题是利用注射器估测大气压强的实验,解题核心是借助二力平衡原理,让大气对活塞的压力等于小桶和重物的总重力,再结合压强公式计算大气压。我们可以从实验逻辑逐步分析:
1. 第一步推活塞封小孔,是为了排出注射器内空气,避免内部空气的气压抵消外部大气压,保证外部大气压能完全作用在活塞上;
2. 向小桶加重物直至活塞刚好被拉动,此时二力平衡,小桶和重物的总重力等于大气对活塞的压力;
3. 用弹簧测力计测量总重,这个总重就对应大气对活塞的压力;
4. 注射器容积已知,测量有刻度部分的长度,利用体积公式可算出活塞横截面积;
5. 最后根据压强定义式计算大气压;
6. 误差分析需考虑内部残留空气会使测量压力偏小、活塞与筒壁的摩擦会使测量压力偏大这两种情况。
【解析】
(1) 将注射器的活塞推到前端并用橡皮帽封住小孔,目的是排尽注射器筒内的空气,使注射器内部接近真空,确保外部大气压能完全作用在活塞上,避免内部空气的气压干扰实验结果。
(2) 向小桶中逐渐增加重物,直至活塞刚好被拉动,此时小桶和重物的总重力与大气对活塞的压力是一对平衡力,二者大小相等。
(3) 用大量程弹簧测力计测量小桶和重物的总重,根据二力平衡关系,该总重的大小等于大气对活塞的压力。
(4) 用刻度尺测出注射器上有刻度部分的长度$l$,已知注射器的容积$V$(20mL),由圆柱体积公式$V=Sl$,可得活塞的横截面积$S=\frac{V}{l}$(或$\frac{20\ \mathrm{mL}}{l}$)。
(5) 根据压强的定义式$p=\frac{F}{S}$,其中$F$等于小桶和重物的总重力$G$,因此大气压的值为$p=\frac{G}{S}$(或$\frac{F}{S}$)。
(6) A. 若测量结果偏小,原因可能是注射器内残留有空气,内部空气产生的气压会抵消部分外部大气压,导致测量的压力偏小,最终计算出的大气压值偏小;
B. 若测量结果偏大,原因可能是活塞与注射器筒壁间存在摩擦力,拉动活塞时,小桶和重物的总重力需要同时平衡大气压力和摩擦力,导致测量的总重偏大,计算出的大气压值偏大。
【答案】
(1) 排尽空气,密封注射器
(2) 拉动
(3) 弹簧测力计;压力
(4) 有刻度部分;$\frac{V}{l}$(或$\frac{20\ \mathrm{mL}}{l}$)
(5) $\frac{F}{S}$(或$\frac{G}{S}$)
(6) A. 注射器内空气未排尽
B. 活塞与筒壁间有摩擦
【知识点】
大气压强的测量、压强公式的应用、实验误差分析
【点评】
本题是利用注射器估测大气压强的经典实验题,涵盖实验操作步骤、原理应用及误差分析等内容,侧重考查对实验过程的理解和物理原理的实际应用,有助于提升学生的实验探究能力。
【难度系数】
0.6
【分析】
首先思考吸气操作对容器内气压的影响:对着橡皮管吸气,会抽出容器内部分空气,使容器内气压降低。接着对比容器内外的气压,外界大气压保持不变,此时容器内气压小于外界大气压,根据气压差的作用,橡皮膜会受到外界大气压向内的压力,由此可判断出橡皮膜的形变方向。
【解析】
对着橡皮管吸气时,容器内的空气被吸出,容器内的气压小于外界大气压;在外界大气压强的作用下,两边的橡皮膜会向容器内凹陷。
【答案】
向内凹陷;容器内气压小于外界大气压,大气压将橡皮膜压入容器内
【知识点】
大气压强的作用
【点评】
本题通过简单的实验现象考查大气压强的作用,贴近生活实际,能帮助学生直观理解大气压的存在与作用,难度较低,易于掌握。
【难度系数】
0.8