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我们生活在一个被空气包围的世界里。这些空气虽然看不见摸不着,但它们却对我们施加着巨大的压力,这就是大气压强!大气压强有多大呢?今天,我们就用一个简单的注射器实验来估测一下它的大小!
首先,我们来理解实验原理。压强等于压力除以受力面积。当注射器内部是真空时,大气压强对活塞产生一个向内的压力,这个压力等于大气压强乘以活塞的横截面积。当我们向外拉活塞时,需要施加一个拉力。当拉力刚好等于大气压力时,活塞开始移动。根据力的平衡,我们就可以通过测量拉力和活塞面积来计算大气压强了。
现在我们来看具体的实验步骤。首先将活塞推到底部排出空气,然后用水滴密封注射器嘴防止漏气。接着将注射器竖直悬挂,活塞杆朝下。用细线连接钩码,逐渐增加重量。当活塞刚好开始向下移动时,记录此时的拉力值。最后用尺子测量注射器的内径,为计算做准备。
现在我们来记录数据并进行计算。假设我们测得拉力为15牛顿,注射器内径为2厘米。首先计算活塞的横截面积,面积等于π乘以半径的平方,得到3.14平方厘米。然后用压强公式计算,大气压强等于拉力除以面积,得到约4.78乘以10的4次方帕斯卡。这个结果与标准大气压1.01乘以10的5次方帕斯卡相比,存在一定误差,这是正常的。
这个实验存在几个主要的误差来源。首先是漏气误差,如果注射器密封不严,外部空气会进入,导致内外压强差减小,测量值偏小。其次是摩擦误差,活塞与筒壁之间的摩擦会使测量值偏大。还有测量误差,包括读数不准确等。为了减小误差,我们可以选择密封性好的注射器,涂抹润滑剂减小摩擦,并进行多次测量取平均值。通过这些改进,可以提高实验的准确性。