Question

如圖所示為某校物理興趣小組設計的一個玻璃管測力計，玻璃管豎直懸掛，上端封閉、下端開口，管內一個很薄的輕質活塞封閉了一定質量的空氣，活塞連接一輕質秤鉤．已知玻璃管長為10cm，橫截面積為1cm²，現將不同質量的鉤碼M掛在秤鉤上，穩定后用刻度尺測量出活塞與管頂之間的距離L，在實驗過程中氣體的溫度保持不變，四次實驗的數據記錄右面的表格內：

次數	1	2	3	4
M（kg）	0.000	0.100	0.250	0.400
L（cm）	4.00	4.44	5.32	6.62

（1）通過計算可得實驗時的大氣壓強p=______Pa．
（2）該玻璃管測力計的刻度是______（填：均勻，不均勻）的，它能測量的最大作用力不超過______N．
（3）通過實驗同學們發現用這種玻璃管測力計來測力，存在一些不足之處，請列舉兩點：
a______
b______．

Answer 1

【答案】分析：（1）由第1組數據可知，此時沒有掛秤鉤，根據活塞平衡，由力平衡條件求出封閉氣體的壓強的表達式，根據玻意耳定律求解大氣壓；
（2）根據玻意耳定律求出L=4.00cm時所掛鉤碼的重力，即為所測的作用力F．由鉤碼的重力表達式分析F是否均勻．
（3）用這種玻璃管測力計來測力，容易受外界環境的影響，比如大氣壓和溫度的變化引起測量不準確．
解答：解：（1）由力平衡條件得：所掛鉤碼的質量為M時，封閉氣體的壓強為P=P-．
封閉氣體的壓強分別：
狀態1：P₁=P，
狀態2：P₂=P-=P-10⁴（Pa）
根據玻意耳定律得：P₁L₁=P₂L₂，
代入解得，P=1.01×10⁵P_a
（2）由P₁L₁=（P-）L，可以看出F與L是非線性關系，故空氣柱長度L隨加在秤鉤上作用力F變化而不均勻變化．
玻璃管的長度為10cm，所以氣體的長度最大為10cm，此時的拉力最大，
當L=10.00cm時，由P₁L₁=P₃L=（P-）L，得
解得M₃g=6.06N，
（3）用這種玻璃管測力計來測力，容易受外界環境的影響，比如大氣壓強改變、環境溫度改變影響測量的準確性．
故答案為：
（1）1.01×10⁵；
（2）不均勻，6.06
（3）大氣壓強改變、手拿玻璃管會使得管內氣體溫度變化．
點評：本題是力平衡知識與玻意耳定律的綜合，考查分析和解決實際問題的能力．