改進“估測大氣壓”實驗

范欽林+印劍東

摘 要：蘇科版物理八年級下第十章第三節(jié)估測大氣壓實驗，實際操作與理論存在較大的差異.根據(jù)實際操作發(fā)現(xiàn)摩擦力對本實驗的影響不可忽略，故從減小誤差角度提出改進方法.

關鍵詞：大氣壓；摩擦；實驗改進

蘇科版“估測大氣壓”實驗的主要器材有：2mL注射器一個、彈簧測力計、刻度尺等.主要步驟：（1）將活塞推至注射器底部，排盡筒內(nèi)空氣，然后用橡皮帽封住小孔；（2）用細線拴住注射器活塞的頸部，使繩的另一端與彈簧測力計的掛鉤相連，然后水平向右慢慢地拉動注射器筒（克服重力影響）.當注射器中的活塞開始滑動時，讀出彈簧測力計示數(shù).此時彈簧測力計的示數(shù)就近似等于大氣對活塞的壓力（原理：二力平衡）（3）用刻度尺測出注射器刻度部分的長度，用注射器的容積除以注射器刻度部分的長度，得出活塞的橫截面積；（4）用彈簧測力計的示數(shù)除以活塞的橫截面積近似得到大氣壓值[1].

筆者和同事一直對這種估測方法存在較大疑問，我們從醫(yī)院找來如圖1所示的1mL注射器.注射器為保證良好的氣密性，活塞與筒壁間存在較大的壓力，活塞運動時，活塞與筒壁之間的摩擦力也很大，用彈簧測力計拉動活塞時所需的拉力較大.活塞水平方向受到大氣壓力、摩擦力、拉力，即此實驗的原理應該是三力平衡.所以，此實驗雖然是估測，但沒有減小或消除摩擦力對實驗的影響，就不能叫估測，應該是錯測.為此，筆者進行過多次實驗，認為此實驗可做如下改進：

1.用1mL的注射器，因為1mL的注射器活塞橫截面積較小，拉動活塞的力一般不超過彈簧測力計的量程（0-5N）.

2.在注射器中吸入少量水，再將活塞推至注射器底部，用手封住小孔（不要用橡皮帽，橡皮帽容易漏氣），這樣可以更好的防止裝置漏氣.

3.在活塞上涂一些潤滑油，既可以減小活塞與筒壁間的摩擦，也可以增加氣密性.

4.如圖2水平方向慢慢拉動注射器筒時，等到活塞相對穩(wěn)定運動時讀出彈簧測力計的示數(shù)（F1）.因為活塞剛開始相對運動時，需要克服的是活塞與筒壁間的最大靜摩擦力，這個最大靜摩擦力比滑動摩擦力大得多，即活塞剛開始相對滑動時的拉力比活塞相對穩(wěn)定運動時的拉力大得多，會造成測出的大氣壓比一標準大氣壓大得多.

5.為減小摩擦力對實驗影響，可以作如下改進：a、在步驟4后不要堵住注射器的小孔，直接水平方向慢慢拉動注射器筒，當活塞相對穩(wěn)定運動時讀出彈簧測力計的示數(shù)（F2），即活塞受到的摩擦力大小等于F2，則大氣對活塞的壓力F=F1-F2.b、在測出F1后，慢慢松注射器筒，直至活塞向筒內(nèi)相對滑動，讀出此時的彈簧測力計的示數(shù)（F3），則大氣對活塞的壓力F=（F1+F3）/2.

6.如圖3用刻度尺測出注射器刻度部分的長度，用注射器的容積除以長度，得出活塞的橫截面積S，最后用P=F/S，可粗測出大氣壓值.

用此方法測量多次，最后測出的大氣壓與一標準大氣壓相差很小，各位同仁可以試著做做看，盼有改進意見.

參考文獻：

[1]劉炳昇，李容.義務教育教科書物理八年級下冊[M].江蘇鳳凰科學技術出版社，2012：3.·實驗研究·