粗測大氣壓強(qiáng)值實(shí)驗(yàn)探究

1、2013江蘇省教研室初中物理專項(xiàng)論壇類別：專題論文（實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新類） 題目：粗測大氣壓強(qiáng)值實(shí)驗(yàn)探索和研究 學(xué)校：常州金壇市華羅庚實(shí)驗(yàn)學(xué)校 姓名：王息英 電話測大氣壓強(qiáng)值實(shí)驗(yàn)探索和研究華羅庚賣驗(yàn)學(xué)校王息英原題：2006年常州市物理屮考題第25題：小明同學(xué)利用利用注射器、彈簧測力計(jì)、刻度尺器材測量大氣壓強(qiáng)的值。實(shí)驗(yàn)步 驟如下。(1) 把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用一個(gè)橡皮帽封住注射器的小 孔，這樣做的目的是(2) 如圖所示，用細(xì)尼龍繩拴住注射器活塞的頸部，使繩的另一端與固定在墻 上的彈簧測力計(jì)的掛鉤相連，然后水平向右慢慢地拉動(dòng)注射器筒.當(dāng)注射器屮的 活塞時(shí)，記

2、下彈簧測力計(jì)的示數(shù)為8. 2n；一、爭論：爭論使科學(xué)探究有了更活躍新鮮的血液。對木題屮的第二空的答案首先是懷疑，因?yàn)槊總€(gè)教師在上課時(shí)都遇到過困 惑。然后是爭論以哪一個(gè)答案為準(zhǔn)，冇的說是以書本上的“剛開始滑動(dòng)”為標(biāo)準(zhǔn); 有的說“剛開始滑動(dòng)”不對，應(yīng)該是“緩慢勻速滑動(dòng)”為準(zhǔn)，因?yàn)榇藭r(shí)摩擦力最 大，測量誤差最大；述有的說是只要“滑動(dòng)”就對。爭論一直繼續(xù)，誰也說服不 了誰。木人在佔(zhàn)測大氣壓強(qiáng)的值的實(shí)驗(yàn)過程屮，發(fā)現(xiàn)學(xué)生測得的數(shù)據(jù)誤差過大，并 且還出現(xiàn)了一些怪現(xiàn)象：有些是明顯偏大，冇些是明顯偏小。如何解釋呢？這給 我的教學(xué)帶來一定的困難，一時(shí)我無法回答學(xué)生。為了給學(xué)生一個(gè)圓滿的解釋， 本著實(shí)事求是、精益求

3、精的精神，就開始動(dòng)手探究。二、再現(xiàn)課本實(shí)驗(yàn)：從源頭抓起，有得利于獲得有用的全面的真實(shí)的信息。1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模航虝?huì)學(xué)生如何利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，調(diào)整實(shí)驗(yàn)步 驟。從而有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生細(xì)心觀察發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力, 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程、提高實(shí)驗(yàn)效果。2、實(shí)驗(yàn)所用器材:1ml的針筒，彈簧測力計(jì)，刻度尺，細(xì)線。3、實(shí)驗(yàn)裝置圖：4、實(shí)驗(yàn)操作步驟：（1）把注射器的活塞推至注射器筒的底端，排盡筒內(nèi)空氣。然后，用蠟或橡皮 帽（實(shí)驗(yàn)時(shí)用手指）封住注射器的小孔。（2）如上圖所示，用細(xì)線拴住注射器活塞的頸部，使繩的另一端與彈簧測力計(jì) 的掛鉤相連，然后慢慢地拉動(dòng)注射器，當(dāng)注射器中的活塞剛開始滑動(dòng)時(shí)

4、, 記卜彈簧測力計(jì)的示數(shù)（即大氣對活塞的壓力）fo（3）用刻度尺測出注射器的全部刻度的長度l/側(cè)而，用這個(gè)長度去除它的容積 v/ml,得活塞的橫截面積s/ms（4）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入如下表格并計(jì)算。（任意抽了幾支注射器用了同一把較準(zhǔn) 確的彈簧測力計(jì)進(jìn)行測量，防止因彈簧測力讓不準(zhǔn)影響實(shí)驗(yàn)）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 的長度l/cm活塞的橫截面 積 s/m2大氣壓強(qiáng)的 值 p/pa2515. 60. 18x1041. 4x1050815650. 18x10"0 44x100. 41560. 18x10-40. 22x1053. 21570. 18x10 41.

5、 82x1052. 215620. 18x10'41. 28x105三、匯總并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)問題:數(shù)據(jù)是最真實(shí)的，不能從偶爾幾個(gè)零星的數(shù)據(jù)說明問題；只有匯總多組數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，才能找到其中的規(guī)律。1> 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)的約為1 x105pa,冇的測出的大氣壓強(qiáng)值偏大很多，冇的 大氣壓強(qiáng)值偏小很多。2、從表屮數(shù)據(jù)很容易看出：影響大氣壓強(qiáng)的值主要是大氣對活塞的壓力的值， 即實(shí)驗(yàn)中拉力值與大氣壓力值偏差很大。3、為什么拉力會(huì)偏大呢？為什么拉力會(huì)偏小呢？猜想：因?yàn)獒樛才c活塞間的摩擦力導(dǎo)致拉力偏大；因?yàn)獒樛矁?nèi)留冇少量空氣導(dǎo)致 拉力偏小。發(fā)現(xiàn)的問題，我們就有了解決問題思路，這讓我有繼續(xù)實(shí)

6、驗(yàn)的口標(biāo)。下面我做了 一個(gè)對比實(shí)驗(yàn)：四、對比實(shí)驗(yàn)對比實(shí)驗(yàn)?zāi)茏屛覀冊诳茖W(xué)探索中，在困難面前尋找到轉(zhuǎn)機(jī)。下列測出各種情況下拉活塞時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)f/n （也是用同一把較準(zhǔn)確 的彈簧測力計(jì)進(jìn)行測量）學(xué)生 組別堵住小孔，活塞 剛開始滑動(dòng)時(shí)堵住小孔，活塞 勻速滑動(dòng)時(shí)不堵小孔，活塞 剛開始滑動(dòng)時(shí)不堵小孔，活塞 勻速滑動(dòng)時(shí)11.22.61.11.021.03.01.41.530.62.20.90.841.43,21.31.550.82.40.80.7令我吃驚的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：將活塞推到頂端后，堵住小孔時(shí)，慢慢拉動(dòng)活塞，當(dāng) 看到活塞剛開始滑動(dòng)吋，彈簧測力計(jì)示數(shù)一般偏小，此時(shí)如果不加大拉力，彈簧測力計(jì)的示數(shù)還會(huì)靜止

7、不動(dòng)；如杲增大拉力，活塞再滑動(dòng)，不加大拉力，活塞再 次停止不動(dòng)；如此反復(fù)一直增大拉力到緩慢地作勻速滑動(dòng)，彈簧測力計(jì)的示 數(shù)基本穩(wěn)定不變。這讓我的思考又深了一層！如果將活塞推至頂端吋，可以排盡注射器內(nèi)空氣 的話，拉活塞時(shí)，活塞剛開始滑動(dòng)時(shí)的拉力應(yīng)該是最人的，因?yàn)榇藭r(shí)活塞所要克 服的是最大靜摩擦力，而實(shí)驗(yàn)的結(jié)杲卻是相反的，由此我判斷注射器中留有的少 量空氣不能忽略。再次分析數(shù)據(jù)：堵住小孔，活塞剛開始滑動(dòng)時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)與不堵小孔, 活塞剛開始滑動(dòng)吋彈簧測力計(jì)的示數(shù)很接近，這是為什么呢？分析原因：將活塞推到頂端后，堵住小孔時(shí)，注射器內(nèi)還留有少許空氣 這 時(shí)針筒內(nèi)的空氣的氣壓與針筒外氣壓相等，所以活

8、塞剛開始滑動(dòng)時(shí)，彈簧測力計(jì) 的示數(shù)與此時(shí)活塞和針筒z間的最大靜摩擦力大小相等，所以上述情況并不是偶 然。也就是說，注射器內(nèi)還留有少許空氣必須考慮。那么從堵住小孔活塞剛開始滑動(dòng)時(shí)到活塞勻速滑動(dòng)吋彈簧測力計(jì)的示數(shù)逐 漸變大到穩(wěn)定不變，這又是為什么呢？分析原因：對活塞進(jìn)行受力分析，剛開始時(shí)活塞受到四個(gè)力的作用，一是大 氣壓力作用，二是與大氣壓力反向的針筒內(nèi)氣體壓力，三是與大氣壓力同向的活 塞與針筒的摩擦力的作用，四是與大氣壓力反向彈簧測力計(jì)的拉力作用。其中注 射器內(nèi)氣體壓力從與外界大氣壓力相等，拉力與靜摩擦力相等，i直到活塞剛開 始滑動(dòng)；這吋注射器內(nèi)氣體壓力隨著體積的增人而不斷減小，因而拉力也就隨之

9、 增大了，一直到針筒內(nèi)體積增大到其內(nèi)氣壓小到可以忽略時(shí)，拉力大小與大氣壓 力和摩擦力三力相平衡了。如下圖所示：/當(dāng)拉活塞，針筒內(nèi)的空氣體積不變吋四力平衡活塞拉動(dòng)后，針筒內(nèi)體積增大很多時(shí)，氣體壓強(qiáng)變得很小可忽略時(shí)，活塞水平方 向受三個(gè)力 由此得到證明：1、活塞剛開始滑動(dòng)時(shí)讀數(shù)是錯(cuò)誤的。2、得等到活塞緩慢勻速滑動(dòng)時(shí)讀得的拉力大小才與大氣壓力有關(guān)。3、為了減小誤差，可測出注射器與活塞間的摩擦力。大氣壓力等于堵住小孔, 活塞勻速滑動(dòng)時(shí)與不堵小孔，活塞勻速滑動(dòng)時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)之差。五、大膽創(chuàng)新，調(diào)整和修改粗測大氣壓強(qiáng)值的實(shí)驗(yàn)科學(xué)探索和研究需要科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，更需要大膽創(chuàng)新精神。:1. 把注射器的

10、活塞推至注射器筒的底端，排盡筒內(nèi)空氣。然后，用蠟或橡皮帽 （實(shí)驗(yàn)時(shí)可用手指）封住注射器的小孔。2. 用細(xì)線拴住注射器活塞的頸部，使繩的另一端與彈簧測力計(jì)的掛鉤相連，然 后慢慢地拉動(dòng)注射器筒，當(dāng)注射器中的活塞緩慢勻速滑動(dòng)時(shí)，記下彈簧測力 計(jì)的示數(shù)（即大氣對活塞的壓力）f】。3. 接著增加一步驟：將活塞推至頂端，手不堵小孔吋，緩慢拉動(dòng)活塞，當(dāng)活塞 緩慢勻速滑動(dòng)吋讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)f2o大氣對活寒的壓力f= fr f2o4. 用刻度尺測出注射器的全部刻度的長度l/側(cè)面，用這個(gè)長度去除它的容積v/ml,得活塞的橫截而積s/m-5、將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入如下調(diào)整的表格中并計(jì)算。吋滑秤 孔慢簧n 小緩彈恥 住塞

11、時(shí)數(shù) 堵活動(dòng)示時(shí)滑秤 孔慢簧/n 小緩彈巧 堵塞時(shí)數(shù) 不活動(dòng)示對的力 氣塞 n 大活壓皿注射 器的 容積v/ml射全刻的度m 注器部度長l/62.o1161165.4t0-11x18o5o11x90o3.5.511565.0- jk x8 o22.80465.it o523.57111175.4a o542.7o.71185.o5o1xx99o 實(shí)驗(yàn)按以上操作基本能解決問題了，我將每一組數(shù)據(jù)填入表格中。 發(fā)現(xiàn)所冇的結(jié)果都比標(biāo)準(zhǔn)大氣小，月冇的述偏小多一些，為什么呢?先分析探究導(dǎo)致誤差偏小的原因：一是注射器內(nèi)還留有少許空氣會(huì)影響測得 大氣壓力的值略偏??；二是到活塞哪一吋刻為勻速滑動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)難恒量，會(huì)

12、導(dǎo)致提 前讀數(shù)。還能不能再減小些誤差呢？我想到用排液法可排除注射器內(nèi)的空氣，方法非常簡單：將活塞推至頂端， 針孔放入水屮抽一段水，再將活塞向小孔的方向推一段距離，這時(shí)注射器內(nèi)空氣 就可以排盡。能將注射器屮空氣排盡，那么，活塞剛開始滑動(dòng)吋，不就受三個(gè)力了，即拉 力、大氣壓力和摩擦力。再次調(diào)整實(shí)驗(yàn)：方案二：1、把注射器的活塞推至注射器筒的底端，由針孔吸入少許清水，向針孔方向推 活塞一段，排盡筒內(nèi)空氣。然后，用蠟或橡皮帽（實(shí)驗(yàn)吋也可用手指）封住 注射器的小孔。2、如上圖所示，用細(xì)線拴住注射器活塞的頸部，使繩的另一端與彈簧測力計(jì)的 掛鉤相連，然后慢慢地拉動(dòng)注射器筒，當(dāng)注射器中的活塞剛開始滑動(dòng)時(shí)，記 下

13、彈簧測力計(jì)的示數(shù)（即大氣對活塞的壓力）f。3、將注射器的活塞推至剛剛測大氣壓力的位置，然后慢慢地拉動(dòng)注射器筒，當(dāng) 注射器中的活塞剛開始滑動(dòng)時(shí)，記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)（即大氣對活塞的壓 力）f2 o大氣對活塞的壓力f= fi- f204、用刻度尺測出注射器的全部刻度的長度l/側(cè)面，用這個(gè)長度去除它的容積 v/ml,得活塞的橫截面積s/rr?。5、將測得數(shù)據(jù)填入下列調(diào)整的表格中，并進(jìn)行讓算。堵住小孔時(shí) 活塞剛開始 滑動(dòng)時(shí)彈簧 秤示數(shù)f./n不堵小孔時(shí) 活塞剛開始 滑動(dòng)吋彈簧 秤示數(shù)f2/n對的力 氣塞n 大活壓肌注射 器的 容積v/ml注射器全 部刻度的 長度l/m活塞的 橫截面 積 s/m2大氣壓 強(qiáng) p/pa總結(jié)：我用調(diào)整改進(jìn)過的上述方法讓學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，基本能得出接近大氣壓 強(qiáng)