Question

现有下列实验器材：毫米刻度的直尺（长约30cm）一根，内径为2-3mm的粗细均匀的直玻璃管一根（玻璃管内有一段长8-10cm的水银柱封闭一段长约12-15mm的空气柱），量角器，温度计，带有重锤线的铁支架．请用上述器材设计一个用图象法处理数据的测定实验室内大气压强的实验方案：
（1）实验原理

 

．
（2）请在右边的方框内画出实验装置简图
（3）实验步骤

 

．
（4）测量的物理量

 

（5）请简述你是如何用图象法处理数据的

 

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Answer 1

分析：先要知道使用这些器材测量大气压的原理，根据原理找出需测量的物理量和制定实验步骤．

解答：解：（1）实验原理：如下图中甲所示，设玻璃管内封闭空气柱长度为L，压强为p，根据玻意耳定律有pL=c（常量）．
设大气压强为p₀，水银柱产生的压强为p′，则p=p₀+p′，代入上式可得p=

c

L

-p0
设水银柱长度为L'，则p'=L'cosa．取若干个不同的a值，测出相应的空气柱长度，虽然c是未知量，不能直接计算出p₀，但可采用图象法，作出p′-

1

L

图象，图线的截距即为所求的大气压强

（2）请在右边的方框内画出实验装置简图
（3）实验步骤：①组装实验器材（如图甲）；
②将玻璃管倾斜放置，用量角器测出玻璃与垂錘线的夹角a₁，用直尺测出封闭空气柱长度L₁；
③多次改变玻璃管的倾角．
（4）测量物理量：分别测量和记录相就范的夹角a₂、a₃…和空气长度L₂、L₃
（5）数据处理方法：根据上述测量数据计算出相应的水银柱产生的压强p₁=Lcosα₁、p₂=Lcosα₂、
p₃=Lcosα₃…．以p'主纵轴，

1

L

为横轴，建立直角坐标系，根据记录的数据描点作图（如图乙），图线的截距就是所求的大气压强p．
故答案为：（1）设玻璃管内封闭空气柱长度为L，压强为p，根据玻意耳定律有pL=c（常量）．
设大气压强为p₀，水银柱产生的压强为p′，则p=p₀+p′，代入上式可得p=

c

L

-p0
设水银柱长度为L'，则p'=L'cosa．取若干个不同的a值，测出相应的空气柱长度，
虽然c是未知量，不能直接计算出p₀，但可采用图象法，作出p′-

1

L

图象，图线的截距即为所求的大气压强
（2）如图
（3）：①组装实验器材（如图甲）；
②将玻璃管倾斜放置，用量角器测出玻璃与垂錘线的夹角a₁，用直尺测出封闭空气柱长度L₁；
③多次改变玻璃管的倾角．
（4）分别测量和记录相就范的夹角a₂、a₃…和空气长度L₂、L₃
（5）根据上述测量数据计算出相应的水银柱产生的压强p₁=Lcosα₁、p₂=Lcosα₂、p₃=Lcosα₃…．以p'主纵轴，

1

L

为横轴，建立直角坐标系，根据记录的数据描点作图（如图乙），图线的截距就是所求的大气压强p．

点评：该类比较新颖的实验，首先要理解它们的实验原理，这是解决问题的关键与核心．