Question

某科學(xué)興趣小組完成了下列兩個探究實驗：
（1）實驗桌上有細線若干、兩種規(guī)格的鉤碼（0.5N、2N）足夠多、彈簧測力計一只（量程為5N、分度值為0.2N）、三種規(guī)格的注射器A、B、C（量程分別為20ml、10ml和5ml）、滑輪一只以及刻度尺一把．要求利用現(xiàn)有器材粗略測量大氣壓強．甲同學(xué)設(shè)計的方案如圖甲所示，乙同學(xué)設(shè)計的方案如圖乙所示．請回答下列問題：

①兩種設(shè)計方案，計算大氣壓強的公式是：

p=

F

S

．
②實驗中，應(yīng)該在

剛開始滑動

時，讀取彈簧測力計的示數(shù)（或鉤碼的重力）；
③甲同學(xué)在實驗時發(fā)現(xiàn)，彈簧測力計被拉到5N時，活塞仍沒有移動．欲仍然采用此方案完成實驗，需作的改進是：

換用小量程的注射器

．
④請你幫他把乙同學(xué)設(shè)計的數(shù)據(jù)記錄表格補充完整，標有“-----”符號的空格不需要填寫．

鉤碼的個數(shù)	大氣對活塞的壓力F/N	注射器的刻度部分容積V/ml	注射器的全部刻度的長度L/m	活塞的橫截面積S/m2	大氣壓強的值P/Pa
------	-------	-------	-------	-------	------

⑤按乙方案實驗時，在增減鉤碼時無法達到實驗要求，還需要的操作是：

加掛一定鉤碼后，再用彈簧測力計向下拉，當觀察到剛開始滑動時讀數(shù)．

（2）如圖所示，壓縮彈簧，彈簧可以將小球彈起．彈簧將小球彈起的高度與哪些因素有關(guān)呢？（以下所有彈簧被壓縮后都未超過其彈性限度）．

次    數(shù)	1	2	3
彈簧被壓縮的長度（cm）	△l1	△l2	△l3
小球被彈起的高度（cm）	h1	h2	h3

①小明利用一根彈簧、一個小球和刻度尺進行了三次實驗，得出的三組不同數(shù)據(jù)如表所示（均不相等）：由表可得出的初步結(jié)論是：

彈簧被壓縮的長度不同，彈簧將小球彈起的高度不同

．
②小紅猜想：彈簧將小球彈起的高度可能與被壓縮彈簧的材料有關(guān)．她設(shè)計的探究方案如下：
Ⅰ．將A、B兩根外形完全相同，材料不同的彈簧分別置于水平桌面上；
Ⅱ．將小球置于彈簧A的上端，按下小球，使彈簧被壓縮的長度為5cm，松手后小球被彈起，記下小球彈起的高度H₁；
Ⅲ．再將同一小球置于彈簧B的上端，按下小球，使彈簧被壓縮的長度為6cm，松手后小球被彈起，記下小球彈起的高度H₂；
Ⅳ．比較H₁、H₂的大小，就可初步得出彈簧將小球彈起的高度是否與被壓縮彈簧的材料有關(guān)了．小紅探究方案中存在的一個問題是：

沒有控制彈簧兩次被壓縮的長度相等（或沒有將彈簧壓縮相同的長度）

．
③影響彈簧將小球彈起的高度的因素可能還有

彈簧的粗細

（說出一個影響因素即可）．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)公式p=

F

S

，用彈簧測力計或鉤碼來求F，根據(jù)注射器容積和刻度的長來求面積，這就是這一實驗的基本設(shè)計思路．
②注射器內(nèi)的空氣我們要事先排凈，拉動活塞滑動時的拉力就約等于大氣對活塞的壓力；
③壓力的大小跟活塞的作用面積有關(guān)，在大氣壓強一定時，面積越小，壓力會越小，所以應(yīng)選擇較小的注射器；
④測橫截面積時，根據(jù)公式S=

V

L

，我們還要量一個注射器刻度的長；
⑤因為很難保證拉力的大小正好是鉤碼重的整數(shù)倍，所以借助彈簧測力計還是很有必要的．
（2）①分析表中三組實驗數(shù)據(jù)中的彈簧被壓縮的長度和小球彈起的高度，得出初步結(jié)論；
②物理學(xué)中對于多因素的問題，常常采用控制變量的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題．每一次只改變其中的某一個因素，而控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法，根據(jù)控制變量法的思想解答此題；
③結(jié)合我們的生活經(jīng)驗解答．

解答：解：（1）①用彈簧測力計或鉤碼來求F，根據(jù)注射器容積和刻度的長來求面積，利用公式p=

F

S

計算；
②當活塞剛開始滑動時，說明拉力正好克服了大氣的壓力，是一對平衡力，此時彈簧測力計的示數(shù)就等于大氣產(chǎn)生的壓力；
③因為大氣的壓強是一定的，根據(jù)公式F=pS，受力面積越小，壓力也會越小，所以當彈簧測力計量程不夠時，可換用小量程注射器；
④要想得到活塞的橫截面積S，根據(jù)公式S=

V

L

，我們必須還要量出注射器所有刻度的長L，見表格：

的個數(shù)	大氣對活塞的壓力F/N	注射器的刻度部分容積V/ml	注射器的全部刻度的長度L/m	活塞的橫截面積S/m2	大氣壓強的值P/Pa
------	-------	-------	-------	-------	-------

⑤因為鉤碼的重力已經(jīng)固定，缺少靈活性，所以加掛一定鉤碼后，再用彈簧測力計向下拉，當觀察到剛開始滑動時讀數(shù)．
（2）①比較三組實驗中彈簧被壓縮的長度和小球彈起的高度可知：彈簧被壓縮的長度不同，彈簧將小球彈起的高度不同；
②要想研究彈簧將小球彈起的高度是否與被壓縮彈簧的材料有關(guān)時，沒有控制彈簧兩次被壓縮的長度相等（或沒有將彈簧壓縮相同的長度）；
③影響彈簧將小球彈起的高度的因素可能還有彈簧的粗細．
 故答案為：（1）①p=

F

S

； ②剛開始滑動；③換用小量程的注射器；④注射器的全部刻度的長度L/m；⑤加掛一定鉤碼后，再用彈簧測力計向下拉，當觀察到剛開始滑動時讀數(shù)．
（2）①彈簧被壓縮的長度不同，彈簧將小球彈起的高度不同；
②沒有控制彈簧兩次被壓縮的長度相等（或沒有將彈簧壓縮相同的長度）；
③彈簧的粗細．

點評：（1）此類實驗依據(jù)了p=

F

S

，彈簧測力計測出的拉力正好是大氣對活塞的壓力，活塞的橫截面積就是力的作用面積，這樣就可以求出大氣壓強了．兩種方案對比，甲方案更直接，但需要一支量程足夠大的測力計，乙方案鉤碼的重固定，無法保證讀數(shù)為整數(shù)，也需要借助測力計來測量．
（2）本題為探究彈性勢能與哪些因素有關(guān)的實驗，考查了分析實驗?zāi)芰�、考查了學(xué)生對控制變量法、轉(zhuǎn)換法的了解與掌握，屬于難題．