八年級物理下冊中,我們通過學習可以知道,託裡拆利實驗是第一次通過實驗的方法測定了大氣壓的值。實驗過程如下:
在長度為1m,一端封閉的玻璃管內灌滿水銀,用手指將管口堵住,然後倒插在水銀槽內,放開手指後,可以觀察到,管內的水銀柱因為重力的原因,液面會出現下降,但下降到一定高度後,液面就不會再繼續下降,水銀處於靜止狀態。大氣壓等於管內水銀柱產生的壓強。因此,只要測出管內外水銀面的高度差,就可以根據液體壓強的計算公式:P=ρgh,計算出大氣壓的數值。
注意事項:
1、管內要完全充滿水銀,不能有氣體進入。如果有空氣進入,玻璃管內就不會是真空,空氣會佔據一部分體積,從而導致測量數據偏小。
2、水銀柱的高度是指管內外水銀面的豎直高度,而不是玻璃管傾斜時,水銀柱的長度。所以只要保證玻璃管管口一直浸沒在水銀槽內,玻璃管就是傾斜狀態也不影響實驗結果。
3、管內水銀柱的高度隨外界大氣壓的變化而變化。跟玻璃管的粗細,長度都沒有關係。
4、為什麼玻璃管內要用水銀而不用水?標準大氣壓是760mmHg柱,水銀的密度是13.6×10kg/m,如果換用水的話,可以進行反推,要求玻璃管的長度至少是10.3m,這樣操作不方便,更容易測量誤差。
除了這種方法,還有沒有其他測量方法呢?
在測量大氣壓的實驗中,某同學將玻璃板放在桌子上,用吸盤貼在玻璃板上面,用彈簧測力計將吸盤緩慢向上拉,直到吸盤脫離板面。問:
(1)實驗原理是什麼?(2)某同學做實驗時發現彈簧測力計的量程太小,不能測出吸盤脫離板面時的拉力。請你選擇其他器材與這隻彈簧測力計組合,測出吸盤脫離板面時的拉力,要求寫出用到的器材和方法。
分析:本題取材於《大氣壓強》「想想做做」實驗,其原理包括平衡力和壓強知識,如圖1所示,吸盤受到兩個力的作用:一是大氣作用在吸盤上的大氣壓力F大,其大小始終不變;另一個是彈簧測力計對吸盤向上的拉力F拉,其大小隨吸盤被緩慢上拉的同時逐漸增大,F大和F拉是同直線上反方向的兩個力,當F拉略大於F大時,(粗略認為F拉等於F大,即平衡)吸盤被拉離玻璃板,讀出此時彈簧測力計的示數,便間接得出F大(F大=F拉),用尺測出吸盤的直徑D,算出其面積S=πD2/4,即大氣壓的作用面積,藉助壓強公式P=F/S可以粗略算出大氣壓P=4F拉/πD2。 若吸盤面積較大,吸盤受到的大氣壓力F大將較大,超過了常用彈簧測力計的量程,這就需要輔助於省力機械來測量,本題第(2)問就是針對可能出現的這種情況設計的。 答案:(1)實驗原理:二力平衡的條件F大=F拉和壓強公式P=F/S。(2)法(一):如圖2所示取一輕質槓桿(質量忽略不計),為使OA、OB分別為阻力臂L2和動力臂L1以便測量,須讓槓桿處於水平位置,人手作用於玻璃板上向下緩慢拉動,讀出拉開玻璃板時彈簧測力計的示數F1,便可算出F大=F2=F1L1/L2。法(二):如圖3所示,取一輕質動滑輪,緩慢向上拉動彈簧測力計,讀出剛拉開玻璃板時彈簧測力計的示數F1,算出大氣壓力F大=2F1。 學法指導:對教材中的每個探究實驗,同學們不僅要從整體上了解實驗的意圖、原理、實驗器材及方法,同時要善於剖析實驗細節,如實驗中可能出現的現象分析,實驗方案改進,結論評估等。