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4. 新趋势 新情境实验（2024·无锡滨湖区期末）小明在家利用吸盘、拉力传感器、小桶、米等器材估测大气压强，传感器连接电脑，实时记录挂钩上的拉力F随时间t的变化关系，操作如下：①将吸盘紧压在光滑玻璃餐桌下表面；②在吸盘下方挂上传感器，并开始记录数据；③在传感器下方轻轻挂上小桶；④将米慢慢装入小桶直至吸盘和桌面脱离.传感器记录的拉力F与时间t的关系如图丁所示(不考虑吸盘自身重力，g取10N/kg，π取3.14).
(1)由图乙可知，吸盘的直径为______cm，由图丁可知，该传感器自身的重力为______N.
(2)小桶的质量为______.
(3)大气压强的值为______.
(1)由图乙可知，吸盘的直径为______cm，由图丁可知，该传感器自身的重力为______N.
(2)小桶的质量为______.
(3)大气压强的值为______.
答案
(1)2.00 2 (2)0.1kg (3)$1×10^{5}$Pa
解析:(1)由图可知,刻度尺分度值为0.1cm,吸盘的直径为2.00cm.由实验操作和丁图可知，传感器自身的重力为2N.
(2)由实验操作和丁图可知,小桶加传感器自重为3N,所以小桶重力为$G_{桶}=G_{总}-G_{传}=3N - 2N = 1N$，所以小桶质量为$m = \frac{G}{g}=\frac{1N}{10N/kg}=0.1kg$.
(3)由圆的面积公式可知$S = \pi r^{2}=\pi(\frac{d}{2})^{2}=\frac{\pi d^{2}}{4}=\frac{3.14×(2×10^{-2})^{2}}{4}m^{2}=3.14×10^{-4}m^{2}$，由图丁可知拉力最大时为31.4N，此时的拉力等大气压强对吸盘向上的压力，所以大气压强的值为$p = \frac{F}{S}=\frac{31.4N}{3.14×10^{-4}m^{2}}=1×10^{5}Pa$.
解析:(1)由图可知,刻度尺分度值为0.1cm,吸盘的直径为2.00cm.由实验操作和丁图可知，传感器自身的重力为2N.
(2)由实验操作和丁图可知,小桶加传感器自重为3N,所以小桶重力为$G_{桶}=G_{总}-G_{传}=3N - 2N = 1N$，所以小桶质量为$m = \frac{G}{g}=\frac{1N}{10N/kg}=0.1kg$.
(3)由圆的面积公式可知$S = \pi r^{2}=\pi(\frac{d}{2})^{2}=\frac{\pi d^{2}}{4}=\frac{3.14×(2×10^{-2})^{2}}{4}m^{2}=3.14×10^{-4}m^{2}$，由图丁可知拉力最大时为31.4N，此时的拉力等大气压强对吸盘向上的压力，所以大气压强的值为$p = \frac{F}{S}=\frac{31.4N}{3.14×10^{-4}m^{2}}=1×10^{5}Pa$.
5. 新趋势 开放性设问 小明利用图示标有2.5mL的一次性注射器、弹簧测力计、细绳、橡皮帽等器材，对大气压的值进行测量.
(1)该实验还缺少的器材是______.
(2)小明应该采用图示装置中的______（填“甲”或“乙”）装置来估测大气压的值，不采用另一个装置的理由是______.
(3)如表是小明记录实验情况的表格，表中①是____________________；②是______.
(4)为减小摩擦力对实验结果的影响，小虎对小明同学所做实验进行改进：在原实验基础上，将活塞推到注射器底端后，取下小孔上的橡皮帽，再次水平向右慢慢匀速拉动注射器筒，记下弹簧测力计的示数为1.0N，小虎同学计算出的大气压强是______Pa.
(5)若实验中发现注射器损坏，实验室另有A、B两个注射器，活塞的横截面积分别为0.5cm²和2cm²，若弹簧测力计量程为10N，实验时应选用______注射器，不选用另一注射器的理由是______.
(1)该实验还缺少的器材是______.
(2)小明应该采用图示装置中的______（填“甲”或“乙”）装置来估测大气压的值，不采用另一个装置的理由是______.
(3)如表是小明记录实验情况的表格，表中①是____________________；②是______.
(4)为减小摩擦力对实验结果的影响，小虎对小明同学所做实验进行改进：在原实验基础上，将活塞推到注射器底端后，取下小孔上的橡皮帽，再次水平向右慢慢匀速拉动注射器筒，记下弹簧测力计的示数为1.0N，小虎同学计算出的大气压强是______Pa.
(5)若实验中发现注射器损坏，实验室另有A、B两个注射器，活塞的横截面积分别为0.5cm²和2cm²，若弹簧测力计量程为10N，实验时应选用______注射器，不选用另一注射器的理由是______.
答案
(1)刻度尺 (2)甲 避免活塞重力对实验的影响 (3)针筒有刻度部分的长度$l/cm$ $1.2×10^{5}$ (4)$1.0×10^{5}$ (5)A 作用在B注射器活塞上的大气压力的大小超出了测力计的量程
解析:(1)实验中借助弹簧测力计匀速拉动活塞，测出活塞受到的拉力大小，由二力平衡得，活塞受到的大气压力大小等于拉力F;再借助刻度尺测量针筒有刻度部分的长度l,由$S = \frac{V}{l}$得到活塞的横截面积S,最后由$p = \frac{F}{S}$得到大气压的值，所以该实验还缺少的器材是刻度尺.
(2)由于活塞重力对实验的影响，若实验中采用图乙的装置，测得的大气压力会偏大，导致测得的大气压强偏大，则小明应该采用图甲装置来估测大气压的值.
(3)实验中要记录的数据有大气压力F、注射器容积V、注射器有刻度部分的长度l、活塞面积S、大气压强p,注射器有刻度部分的长度约5cm,则表中①是注射器有刻度部分的长度$l/cm$.活塞的横截面积为$S = 0.5cm^{2}=5×10^{-5}m^{2}$，大气压强$p = \frac{F}{S}=\frac{6.0N}{5×10^{-5}m^{2}}=1.2×10^{5}Pa$，②是$1.2×10^{5}$.
(4)依题意得，活塞受两头的大气压的作用、摩擦力、拉力作用水平向右慢慢匀速运动，两头大气压方向相反，大小相等，则大气压的合力为0,则受到的摩擦力大小为$f = F' = 1.0N$，表格中记录的大气压力实际是大气压力和摩擦力的合力大小，则活塞受到的大气压力大小为$F'' = F - F' = 6.0N - 1.0N = 5.0N$，小虎同学计算出的大气压强是$p' = \frac{F''}{S}=\frac{5.0N}{5×10^{-5}m^{2}}=1.0×10^{5}Pa$.
(5)由$p = \frac{F}{S}$得,当选用活塞的横截面积为$0.5cm^{2}$时，活塞受到的大气压力约为$F_{1}=pS_{1}=1.0×10^{5}Pa×0.5×10^{-4}m^{2}=5N$，当选用活塞的横截面积为$2cm^{2}$时，活塞受到的大气压力约为$F_{2}=pS_{2}=1.0×10^{5}Pa×2×10^{-4}m^{2}=20N＞10N$，即选用B注射器时活塞受到的大气压力大小超出了弹簧测力计的量程，不能选用，所以实验中应选用A注射器.
解析:(1)实验中借助弹簧测力计匀速拉动活塞，测出活塞受到的拉力大小，由二力平衡得，活塞受到的大气压力大小等于拉力F;再借助刻度尺测量针筒有刻度部分的长度l,由$S = \frac{V}{l}$得到活塞的横截面积S,最后由$p = \frac{F}{S}$得到大气压的值，所以该实验还缺少的器材是刻度尺.
(2)由于活塞重力对实验的影响，若实验中采用图乙的装置，测得的大气压力会偏大，导致测得的大气压强偏大，则小明应该采用图甲装置来估测大气压的值.
(3)实验中要记录的数据有大气压力F、注射器容积V、注射器有刻度部分的长度l、活塞面积S、大气压强p,注射器有刻度部分的长度约5cm,则表中①是注射器有刻度部分的长度$l/cm$.活塞的横截面积为$S = 0.5cm^{2}=5×10^{-5}m^{2}$，大气压强$p = \frac{F}{S}=\frac{6.0N}{5×10^{-5}m^{2}}=1.2×10^{5}Pa$，②是$1.2×10^{5}$.
(4)依题意得，活塞受两头的大气压的作用、摩擦力、拉力作用水平向右慢慢匀速运动，两头大气压方向相反，大小相等，则大气压的合力为0,则受到的摩擦力大小为$f = F' = 1.0N$，表格中记录的大气压力实际是大气压力和摩擦力的合力大小，则活塞受到的大气压力大小为$F'' = F - F' = 6.0N - 1.0N = 5.0N$，小虎同学计算出的大气压强是$p' = \frac{F''}{S}=\frac{5.0N}{5×10^{-5}m^{2}}=1.0×10^{5}Pa$.
(5)由$p = \frac{F}{S}$得,当选用活塞的横截面积为$0.5cm^{2}$时，活塞受到的大气压力约为$F_{1}=pS_{1}=1.0×10^{5}Pa×0.5×10^{-4}m^{2}=5N$，当选用活塞的横截面积为$2cm^{2}$时，活塞受到的大气压力约为$F_{2}=pS_{2}=1.0×10^{5}Pa×2×10^{-4}m^{2}=20N＞10N$，即选用B注射器时活塞受到的大气压力大小超出了弹簧测力计的量程，不能选用，所以实验中应选用A注射器.
