介紹：
2017年至2019年，連續兩年，借助注射器檢測大氣浮力的試題出現在各地高考數學題中。 關于何時記錄測功機的讀數，三張試卷一致認為：應該是在活塞剛剛被驅動時。 目前網上的答案都是一樣的。 此時的讀數存在兩個問題：一是首次驅動時序難以確定，狀態不穩定，操作不可行； 另外一個是此時殘余二氧化碳的浮力最大，對測試結果影響最大，所以我認為答案是錯誤的。 為了研究我的猜測是否正確，我通過實驗操作確認了最佳閱讀時機，并在網上找到了專業論文。 理論和實驗都證明，當活塞處于注射器中后位置時，測功機讀數比較準確，即試題答案是錯誤的。 而且，有了這樣的觀點，我也不知道該請教誰來判斷我的推論是否正確。 如果我的觀點是錯誤的，我錯在哪里？ 今日頭條大神，派幾位前輩賜教吧！ ！ ！
詳細實驗分析過程如下：
1.找到問題
大氣浮力可以借助注射器和測力計來檢測。 該實驗原理簡單，操作方便，檢測結果比較準確。 并且作者在做題的時候，對于實驗過程中何時記錄彈簧測力計的讀數，形成了與現有答案不一致的意見。 這道填空題出現在2017年廣東期中考試題中。 答案是：記下活塞剛被驅動時的測功機指示。 試卷如下：
(2017·四川)借助體積為的注射器、彈簧測力計和秤，可以簡單地測量出大氣壓的值。
(1)實驗原理是_____；
(2)將注射器柱塞推至注射器筒底部，其目的是_____，然后用橡皮帽堵住注射器小孔；
(3)如圖所示，以輕柔勻速水平向左驅動注射器筒。 當注射器活塞_____時，記錄彈簧測力計讀數為19N；
(4)用刻度尺測量注射器的寬度_____為5cm，這樣就可以計算出活塞的橫截面積，而無需測量活塞的外徑；
(5) 大氣壓值為；
【答】將筒內的空氣排出，密封注射器剛剛被9.5×104的刻度部分驅動，小活塞上涂有蜂蠟或其他潤滑油等。
“當活塞剛開始滑動時，將彈簧測力計的讀數記為F”這句話也出現在2018年江蘇省中考題干中。 2019年湖南省揚州市的一道填空題和2017年成都的一樣，只能在網上找到的答案是一樣的。 原因是，當活塞第一次被驅動時，大氣壓力和拉力是平衡的。
2 理論分析
1.根據現有知識進行推理
對此，筆者首先從兩個角度進行分析，都認為現有的答案存在問題。 第一個觀點是從實際操作的角度來看。 驅動活塞時，外力必須克服活塞與針頭之間的最大靜摩擦力以及活塞與針頭后端之間的分子重力。 啟動后突然被驅動，此時滑動摩擦力將大于最大靜摩擦力。 因此，剛開車后，測功機的讀數不穩定，很難準確讀取數值。 第二個角度是從注射器內殘留空氣的角度來看的。 活塞被驅動后，注射器內封閉的殘余空氣體積變大，浮力變小。 因此，理論上，活塞被拉出越多，對大氣浮力檢測的影響越小。 基于以上考慮，筆者認為在本次實驗中，測功機的讀數時間宜晚而不宜早。
2、數據查詢
為了獲得理論支持，筆者通過知網檢索了一些專業文獻。 華西師范大學數學與空間科學學院周亞梅撰寫的論文《用一次性注射器測量大氣浮力》中，明確標明了力測量的時間點。 本實驗中，采用減速電機驅動活塞保證勻速，并采用拉力傳感器記錄數據（如圖1所示）。
圖1 拉力值
圖1中的Y值是拉力的值。 實驗中選取穩定一段時間后拉力的平均值。 從傳感器記錄的數據圖像可以看出，張力在初始階段逐漸減小，而在后期逐漸趨于恒定。 因此，中試題選擇活塞剛驅動時的讀數是不科學的，數據處于不穩定狀態。 同時，初始階段的拉力值明顯高于穩定讀數，這正是由于殘余空氣的影響。
3.實驗驗證
你紙上得到的總是膚淺的，你永遠不知道你必須認真去做。 進行實驗是為了證明測功機讀數何時最有說服力。 這個實驗的設備很容易買到，在家就可以完成實驗。
1、實驗設備：
威恒電子秤（偏差大于5g）、注射器（1ml、2.5ml、5ml、10ml各）、線組、秤
圖2 實驗設備
實驗過程中，電子秤應水平使用，通過秤本身的校準功能很難去除掛鉤重力的影響，所以在實驗前用鑷子將掛鉤取下。 電子秤的一個優點是，在使用過程中，只有當張力數據在一定時間內達到穩定時，數據才會被鎖定。 該功能相當于后面論文中使用張力傳感器檢測數據并取平均值。 因此，電子秤的偏差比彈簧測力計的偏差更小，更準確。
2. 實驗步驟
① 將繩套套在活塞一端，另一端系在電子秤拉力環上。
②將測力計活塞推至針頭頂部，用右手堵住針頭后端的小孔。
③水平緩慢驅動電子秤（或反向驅動指針）直至讀數穩定并鎖定。
④ 將實驗數據填入表中，估算大氣浮力。
⑤ 更換不同的注射器完成上述步驟。
實驗過程中，用手機記錄實驗全過程。
圖3 實驗視頻截圖
作者在用5ml注射器進行的多次實驗中選取了一段實驗視頻，并借助軟件每隔1s截圖一次，清晰地顯示拉力的變化。 從截圖中可以看出，中后期電子秤驅動活塞時，數據逐漸穩定并記錄下來。
3、實驗數據
表1 實驗數據記錄表
注：電子秤檢測到的數據來自吊鉤上的拉力，呈現的數據單位為kg。 我們可以估算出鉤子上的拉力（g為9.8N/kg）。 輕輕駕駛時，感覺活塞上的受力是平衡的。 在忽略摩擦力的情況下注射器的原理是大氣壓強嗎，大氣壓強和拉力相等。 注射器的滿刻度標有體積V，滿刻度的寬度L用刻度尺測量。 通過公式可以估算出活塞的橫截面積，然后借助公式可以估算出大氣浮力的值。
從實驗數據可以發現，使用1ml注射器的實驗偏差最大。 主要原因是實驗時所需的拉力較小，實驗中摩擦力較大導致的檢測值過大。 經測試，10ml注射器的摩擦阻力約為5ml注射器的2倍，因此檢測值偏差較大。 相比之下，較為常見的5ml注射器是最理想的實驗設備。
4. 實驗擴展和數據處理
使用5ml注射器繼續擴增實驗。
⑥將適量的水吸入注射器中，將活塞推至頂部，排出空氣。 重復以上實驗步驟。 將數據輸入表格 2。
⑦ 在不堵塞小孔的情況下驅動電子秤，重復幾次，滑動摩擦力的平均讀數為0.145kg。 估計的摩擦值為 1.421N。 將步驟⑥測得的拉力除以摩擦力，即可得到修正后的大氣壓值，并將數據記錄于表2中。
表2 擴展實驗數據記錄表
從表中數據可以看出，注射器內殘留空氣會使檢測值變小，修正后的檢測值為1.15E+05，檢測值變大； 摩擦力的存在會使檢測值變大，修正值為1.03E+05，檢測值變小。 最后的結果就是加鹽排出空氣后除以摩擦力得到的浮力。 與天津市平均大氣浮力1.002E+05Pa相比，偏差不超過3%，這在中學化學實驗中是相當高的。
5.實驗推論
①實驗過程中發現，活塞驅動后拉力逐漸減小，然后逐漸穩定，讀數被鎖定。 實驗情況與論文《使用一次性注射器測量大氣浮力》中的情況一致，也與作者初步分析一致。 最佳讀數時間應為活塞移動到針中后位置時。
②當空氣隨水從注射器后端排出時，測力計的讀數變大，說明只有空氣才會導致測試形成小測試結果的系統偏差。 使用這些方法可以有效減少偏差。
③摩擦力的存在會導致檢測到的大氣壓過高，這也是系統偏差。 通過實驗數據可以發現，這是影響實驗結果的最重要因素。 測量的拉力值等于注射器未關閉時的滑動摩擦力，并從大氣壓值中減去校正數據，檢測結果更接近真實值。 這是減少偏見最有效的方法。
四。 概括
通過理論分析和實驗驗證注射器的原理是大氣壓強嗎，證明在用注射器測量大氣浮力的實驗中，測力計的讀數應在活塞拉至中后位置時讀取，而不是在剛被驅動時讀取。 近兩年的期中考試題答案在這一點上都出現了錯誤。 其次，實驗中提高準確性的方法，2017年浙江期中考試題中給出的答案是“小活塞上涂蜂蠟或其他潤滑油”，理論上可以降低針的氣密性，減少摩擦。 從實用角度來看，以下兩種方法更為有效、方便。 一是先測量滑動摩擦力，然后除以摩擦力法，得到的數據更準確。 二是用水排出注射器頂部的空氣。 這兩種操作對于提高實驗的準確性有顯著的效果，并且簡單可行。
對于實驗題，無論是寫題還是做題，都不能忽視數學是一門以實驗為基礎的科學這一基本特征。 充分利用身邊的實驗室資源和設備，多做動手實驗，對于激發中學生學習化學的興趣，提高數學成績有很好的作用。 作為一名班主任，要引導中學生解決實際問題。 這也是培養中學生綜合能力和創新能力的有效途徑。
參考：
周亞梅等. 一次性注射器測量大氣浮力[J]. 大學化學實驗，2019，32(2)：45～46。