改进“估测大气压”实验

范钦林+印剑东

摘 要：苏科版物理八年级下第十章第三节估测大气压实验，实际操作与理论存在较大的差异.根据实际操作发现摩擦力对本实验的影响不可忽略，故从减小误差角度提出改进方法.

关键词：大气压；摩擦；实验改进

苏科版“估测大气压”实验的主要器材有：2mL注射器一个、弹簧测力计、刻度尺等.主要步骤：（1）将活塞推至注射器底部，排尽筒内空气，然后用橡皮帽封住小孔；（2）用细线拴住注射器活塞的颈部，使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连，然后水平向右慢慢地拉动注射器筒（克服重力影响）.当注射器中的活塞开始滑动时，读出弹簧测力计示数.此时弹簧测力计的示数就近似等于大气对活塞的压力（原理：二力平衡）（3）用刻度尺测出注射器刻度部分的长度，用注射器的容积除以注射器刻度部分的长度，得出活塞的横截面积；（4）用弹簧测力计的示数除以活塞的横截面积近似得到大气压值[1].

笔者和同事一直对这种估测方法存在较大疑问，我们从医院找来如图1所示的1mL注射器.注射器为保证良好的气密性，活塞与筒壁间存在较大的压力，活塞运动时，活塞与筒壁之间的摩擦力也很大，用弹簧测力计拉动活塞时所需的拉力较大.活塞水平方向受到大气压力、摩擦力、拉力，即此实验的原理应该是三力平衡.所以，此实验虽然是估测，但没有减小或消除摩擦力对实验的影响，就不能叫估测，应该是错测.为此，笔者进行过多次实验，认为此实验可做如下改进：

1.用1mL的注射器，因为1mL的注射器活塞横截面积较小，拉动活塞的力一般不超过弹簧测力计的量程（0-5N）.

2.在注射器中吸入少量水，再将活塞推至注射器底部，用手封住小孔（不要用橡皮帽，橡皮帽容易漏气），这样可以更好的防止装置漏气.

3.在活塞上涂一些润滑油，既可以减小活塞与筒壁间的摩擦，也可以增加气密性.

4.如图2水平方向慢慢拉动注射器筒时，等到活塞相对稳定运动时读出弹簧测力计的示数（F1）.因为活塞刚开始相对运动时，需要克服的是活塞与筒壁间的最大静摩擦力，这个最大静摩擦力比滑动摩擦力大得多，即活塞刚开始相对滑动时的拉力比活塞相对稳定运动时的拉力大得多，会造成测出的大气压比一标准大气压大得多.

5.为减小摩擦力对实验影响，可以作如下改进：a、在步骤4后不要堵住注射器的小孔，直接水平方向慢慢拉动注射器筒，当活塞相对稳定运动时读出弹簧测力计的示数（F2），即活塞受到的摩擦力大小等于F2，则大气对活塞的压力F=F1-F2.b、在测出F1后，慢慢松注射器筒，直至活塞向筒内相对滑动，读出此时的弹簧测力计的示数（F3），则大气对活塞的压力F=（F1+F3）/2.

6.如图3用刻度尺测出注射器刻度部分的长度，用注射器的容积除以长度，得出活塞的横截面积S，最后用P=F/S，可粗测出大气压值.

用此方法測量多次，最后测出的大气压与一标准大气压相差很小，各位同仁可以试着做做看，盼有改进意见.

参考文献：

[1]刘炳昇，李容.义务教育教科书物理八年级下册[M].江苏凤凰科学技术出版社，2012：3.·实验研究·