因為我們生活在大氣中,對大氣浮力的存在及大小感知不深,雖然我們借助身邊的器材,有多種方式能測出大氣浮力的大小。
一、利用托里拆利裝置檢測
例1.在做托里拆利實驗時,測得水銀柱的豎直高度是76cm,真空部份寬度為24cm,則下述說法中正確的是()
A.若改用一根2m長的管子做實驗,則真空部份寬度為48cm
B.若用一根粗細不均勻的管子做實驗,則水銀柱高度不再是76cm
C.若將管子傾斜放置,這么液柱的高度將小于76cm
D.若用別的液體取代水銀,這么液柱的高度將不再是76cm
解析:在托里拆利實驗中,因為水銀柱的豎直高度為76cm,則當?shù)氐拇髿飧×褪?6cm高水銀柱形成的浮力。A中玻璃管厚度變了,但大氣浮力托起的水銀高度是不變的,故水銀柱的高仍是76cm,這么真空柱的寬度就是200cm-76cm=124cm;B中液體形成的浮力只與液體的密度、深度有關,而與底面積無關,所以粗細是否均勻,不會影響到水銀柱的高度;C上將管子傾斜,因為大氣壓托起水銀柱的高度是指其豎直高度,要保證豎直高度仍是76cm,則水銀柱在管中會上升,如圖1所示;D中若用別的液體代替水銀,因為液體的浮力與密度有關,所以液柱的高度也將發(fā)生變化。故D是正確的。
二、利用玻璃吸盤檢測
例2.市場上有一種方形軟塑膠吸盤,把它擺在玻璃上測量大氣壓強的方法,擠出它和玻璃之間的空氣,它就可以“吸”在玻璃上。請你用這樣的吸盤、彈簧秤和刻度尺,在家里穿衣櫥玻璃上做實驗,來估測大氣壓的數(shù)值。
(1)寫出實驗步驟;(2)寫出大氣壓的估算式。
剖析:因為大氣浮力等于壓力除面積,當把矩形軟塑膠吸盤“吸”在玻璃上拉開時,拉力就等于大氣壓對它的壓力;吸盤的面積可用刻度尺測其半徑,之后再將大氣浮力估算得出。
解:(1)實驗步驟:①將吸盤“吸”在豎直的穿衣櫥玻璃上,用彈簧秤沿水平方向拉它,直到吸盤被拉得脫離玻璃,讀出彈簧秤的示數(shù),記為F;②用刻度尺測出吸盤的半徑測量大氣壓強的方法,記為D。(2)因為圓盤的面積為S=π(D/2)2,則大氣壓為p=4F/πD2。
三、利用注射器檢測
例3.某學習小組借助注射器、彈簧測力計、刻度尺等器材粗測大氣壓值。
(1)圖甲是按1:1的比列拍攝的注射器上的全部刻度線,注射器的最大可讀體積為,用刻度尺檢測注射器全部刻度的總長為,可算得活塞的橫截面積為。
(2)實驗時,小華把注射器的活塞推至注射器底端,排盡筒內空氣,之后用橡皮帽擋住注射器的小孔,按圖乙所示安裝好器材,水平往右漸漸地帶動注射器筒,當彈簧測力計的示數(shù)減小到F=28.0N時,注射器中的活塞剛開始滑動,則測得大氣壓值p=Pa。
(3)實驗時若筒內空氣沒有排盡,將造成測得大氣壓值;若活塞與注射器內壁間的磨擦較大,將造成測得大氣壓值。(均選填“偏大”、“偏小”或“不變”)
解析:(1)注射器的最大可讀體積就是它的阻值,為20mL;用刻度尺直接檢測注射器下端至20刻度線間的總寬度為5cm,則可估算活塞的面積為:
S=V/h=4cm2。
(2)大氣浮力P=F/s=28N/4×10-4m2=0.7×105Pa
(3)筒內空氣若沒有排盡,所測拉力會變小,故得出的大氣壓值會變小;若注射器內壁間的磨擦較大,所測拉力都會變大,得出的大氣壓值都會變大。
點評:該題融合了厚度檢測、壓強估算、誤差剖析等多方面的知識,完全可以在家能夠進行檢測。