Question

6．洋洋同學(xué)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(xué)過的大氣壓知識，于是，洋洋和瑞瑞同學(xué)合作利用吸盤設(shè)計了一個估測大氣壓強(qiáng)的實驗方案
【方案設(shè)計】
（1）用刻度尺測出吸盤的直徑D；
（2）將吸盤四周沾上水，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的大小
（4）計算出當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)
【評估交流】洋洋同學(xué)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(qiáng)
瑞瑞同學(xué)說：在操作過程中，我發(fā)現(xiàn)存在吸盤內(nèi)的空氣沒有完全排盡、估測拉脫吸盤所需拉力時誤差較大等問題，盡管我的操作規(guī)范，但估測的結(jié)果誤差較大，洋洋認(rèn)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(jìn)方案，盡量減少測量誤差．
根據(jù)洋洋和瑞瑞同學(xué)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(qiáng)P=$\frac{4F}{π{D}^{2}}$（用字母表示）；實驗時洋洋同學(xué)將吸盤四周沾上水，這樣做的目的是防止外面的空氣進(jìn)入吸盤對實驗結(jié)果造成影響．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)壓強(qiáng)定義式p=$\frac{F}{S}$可知，要測量大氣壓，需要測出大氣對吸盤的壓力和吸盤的面積，在吸盤內(nèi)的空氣排盡時，拉脫吸盤所需拉力與大氣壓力相等；實驗中，吸盤內(nèi)的空氣不可能完全擠出，估測拉脫吸盤所需拉力誤差較大，這是影響測量結(jié)果的主要原因．
（2）大氣壓力與拉脫吸盤所需拉力大小相等，吸盤為圓形，已知測出了吸盤的直徑D，根據(jù)圓的面積公式求出吸盤的面積，再利用壓強(qiáng)定義式表示出大氣壓；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空氣進(jìn)入吸盤對實驗結(jié)果造成影響．

解答 解：（1）利用吸盤測量大氣壓的實驗原理是壓強(qiáng)定義式p=$\frac{F}{S}$；
根據(jù)題中的操作過程可知，吸盤內(nèi)的空氣沒有完全排盡、估測拉脫吸盤所需拉力時誤差較大，都會影響最終的測量結(jié)果；
（2）用刻度尺測出吸盤的直徑D，其半徑為r=$\frac{1}{2}$D，面積為S=πr²=π（$\frac{1}{2}$D）²=$\frac{1}{4}$πD²，
根據(jù)經(jīng)驗估測拉脫吸盤所需拉力大小F，即為大氣對吸盤的壓力，
利用此方法測出的大氣壓強(qiáng)的表達(dá)式為：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{F}{\frac{1}{4}π{D}^{2}}$=$\frac{4F}{π{D}^{2}}$；
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空氣進(jìn)入吸盤對實驗結(jié)果造成影響；若外面的空氣進(jìn)入吸盤，則外界大氣壓力和內(nèi)部空氣壓力會抵消一部分，使得測出的拉力偏小，測得的大氣壓偏�。�
故答案為：p=$\frac{F}{S}$；吸盤內(nèi)的空氣沒有完全排盡； 估測拉脫吸盤所需拉力時誤差較大；$\frac{4F}{π{D}^{2}}$；防止外面的空氣進(jìn)入吸盤對實驗結(jié)果造成影響．

點(diǎn)評 本題考查了利用吸盤測量大氣壓，解答該題的關(guān)鍵是在弄清實驗的原理、操作要點(diǎn)、誤差分析．