改進“估測大氣壓”實驗

范欽林+印劍東

摘 要：蘇科版物理八年級下第十章第三節估測大氣壓實驗，實際操作與理論存在較大的差異.根據實際操作發現摩擦力對本實驗的影響不可忽略，故從減小誤差角度提出改進方法.

關鍵詞：大氣壓；摩擦；實驗改進

蘇科版“估測大氣壓”實驗的主要器材有：2mL注射器一個、彈簧測力計、刻度尺等.主要步驟：（1）將活塞推至注射器底部，排盡筒內空氣，然后用橡皮帽封住小孔；（2）用細線拴住注射器活塞的頸部，使繩的另一端與彈簧測力計的掛鉤相連，然后水平向右慢慢地拉動注射器筒（克服重力影響）.當注射器中的活塞開始滑動時，讀出彈簧測力計示數.此時彈簧測力計的示數就近似等于大氣對活塞的壓力（原理：二力平衡）（3）用刻度尺測出注射器刻度部分的長度，用注射器的容積除以注射器刻度部分的長度，得出活塞的橫截面積；（4）用彈簧測力計的示數除以活塞的橫截面積近似得到大氣壓值[1].

筆者和同事一直對這種估測方法存在較大疑問，我們從醫院找來如圖1所示的1mL注射器.注射器為保證良好的氣密性，活塞與筒壁間存在較大的壓力，活塞運動時，活塞與筒壁之間的摩擦力也很大，用彈簧測力計拉動活塞時所需的拉力較大.活塞水平方向受到大氣壓力、摩擦力、拉力，即此實驗的原理應該是三力平衡.所以，此實驗雖然是估測，但沒有減小或消除摩擦力對實驗的影響，就不能叫估測，應該是錯測.為此，筆者進行過多次實驗，認為此實驗可做如下改進：

1.用1mL的注射器，因為1mL的注射器活塞橫截面積較小，拉動活塞的力一般不超過彈簧測力計的量程（0-5N）.

2.在注射器中吸入少量水，再將活塞推至注射器底部，用手封住小孔（不要用橡皮帽，橡皮帽容易漏氣），這樣可以更好的防止裝置漏氣.

3.在活塞上涂一些潤滑油，既可以減小活塞與筒壁間的摩擦，也可以增加氣密性.

4.如圖2水平方向慢慢拉動注射器筒時，等到活塞相對穩定運動時讀出彈簧測力計的示數（F1）.因為活塞剛開始相對運動時，需要克服的是活塞與筒壁間的最大靜摩擦力，這個最大靜摩擦力比滑動摩擦力大得多，即活塞剛開始相對滑動時的拉力比活塞相對穩定運動時的拉力大得多，會造成測出的大氣壓比一標準大氣壓大得多.

5.為減小摩擦力對實驗影響，可以作如下改進：a、在步驟4后不要堵住注射器的小孔，直接水平方向慢慢拉動注射器筒，當活塞相對穩定運動時讀出彈簧測力計的示數（F2），即活塞受到的摩擦力大小等于F2，則大氣對活塞的壓力F=F1-F2.b、在測出F1后，慢慢松注射器筒，直至活塞向筒內相對滑動，讀出此時的彈簧測力計的示數（F3），則大氣對活塞的壓力F=（F1+F3）/2.

6.如圖3用刻度尺測出注射器刻度部分的長度，用注射器的容積除以長度，得出活塞的橫截面積S，最后用P=F/S，可粗測出大氣壓值.

用此方法測量多次，最后測出的大氣壓與一標準大氣壓相差很小，各位同仁可以試著做做看，盼有改進意見.

參考文獻：

[1]劉炳昇，李容.義務教育教科書物理八年級下冊[M].江蘇鳳凰科學技術出版社，2012：3.·實驗研究·