因为我们生活在大气中,对大气浮力的存在及大小感知不深,虽然我们借助身边的器材,有多种方式能测出大气浮力的大小。
一、利用托里拆利装置检测
例1.在做托里拆利实验时,测得水银柱的竖直高度是76cm,真空部份宽度为24cm,则下述说法中正确的是()
A.若改用一根2m长的管子做实验,则真空部份宽度为48cm
B.若用一根粗细不均匀的管子做实验,则水银柱高度不再是76cm
C.若将管子倾斜放置,这么液柱的高度将小于76cm
D.若用别的液体取代水银,这么液柱的高度将不再是76cm
解析:在托里拆利实验中,因为水银柱的竖直高度为76cm,则当地的大气浮力就是76cm高水银柱形成的浮力。A中玻璃管厚度变了,但大气浮力托起的水银高度是不变的,故水银柱的高仍是76cm,这么真空柱的宽度就是200cm-76cm=124cm;B中液体形成的浮力只与液体的密度、深度有关,而与底面积无关,所以粗细是否均匀,不会影响到水银柱的高度;C上将管子倾斜,因为大气压托起水银柱的高度是指其竖直高度,要保证竖直高度仍是76cm,则水银柱在管中会上升,如图1所示;D中若用别的液体代替水银,因为液体的浮力与密度有关,所以液柱的高度也将发生变化。故D是正确的。
二、利用玻璃吸盘检测
例2.市场上有一种方形软塑胶吸盘,把它摆在玻璃上测量大气压强的方法,挤出它和玻璃之间的空气,它就可以“吸”在玻璃上。请你用这样的吸盘、弹簧秤和刻度尺,在家里穿衣橱玻璃上做实验,来估测大气压的数值。
(1)写出实验步骤;(2)写出大气压的估算式。
剖析:因为大气浮力等于压力除面积,当把矩形软塑胶吸盘“吸”在玻璃上拉开时,拉力就等于大气压对它的压力;吸盘的面积可用刻度尺测其半径,之后再将大气浮力估算得出。
解:(1)实验步骤:①将吸盘“吸”在竖直的穿衣橱玻璃上,用弹簧秤沿水平方向拉它,直到吸盘被拉得脱离玻璃,读出弹簧秤的示数,记为F;②用刻度尺测出吸盘的半径测量大气压强的方法,记为D。(2)因为圆盘的面积为S=π(D/2)2,则大气压为p=4F/πD2。
三、利用注射器检测
例3.某学习小组借助注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材粗测大气压值。
(1)图甲是按1:1的比列拍摄的注射器上的全部刻度线,注射器的最大可读体积为,用刻度尺检测注射器全部刻度的总长为,可算得活塞的横截面积为。
(2)实验时,小华把注射器的活塞推至注射器底端,排尽筒内空气,之后用橡皮帽挡住注射器的小孔,按图乙所示安装好器材,水平往右渐渐地带动注射器筒,当弹簧测力计的示数减小到F=28.0N时,注射器中的活塞刚开始滑动,则测得大气压值p=Pa。
(3)实验时若筒内空气没有排尽,将造成测得大气压值;若活塞与注射器内壁间的磨擦较大,将造成测得大气压值。(均选填“偏大”、“偏小”或“不变”)
解析:(1)注射器的最大可读体积就是它的阻值,为20mL;用刻度尺直接检测注射器下端至20刻度线间的总宽度为5cm,则可估算活塞的面积为:
S=V/h=4cm2。
(2)大气浮力P=F/s=28N/4×10-4m2=0.7×105Pa
(3)筒内空气若没有排尽,所测拉力会变小,故得出的大气压值会变小;若注射器内壁间的磨擦较大,所测拉力都会变大,得出的大气压值都会变大。
点评:该题融合了厚度检测、压强估算、误差剖析等多方面的知识,完全可以在家能够进行检测。