用DIS實(shí)驗(yàn)精確測(cè)量大氣壓值

1、用 DIS 實(shí)驗(yàn)精確測(cè)量大氣壓值摘要：針對(duì)蘇科版八年級(jí)下冊(cè)的“估測(cè)大氣壓的值” 的實(shí)驗(yàn)中殘留氣體、摩擦力和彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)等因素導(dǎo)致測(cè) 量值偏差較大的特點(diǎn)，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上選用相對(duì)精 確的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的 DIS 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行大氣壓的測(cè)量 .關(guān)鍵詞：大氣壓測(cè)量； DIS 實(shí)驗(yàn)；優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 作者簡(jiǎn)介：戈曉燕，女，中學(xué)一級(jí)教師，致力于中考考 題研究，熟練掌握各種傳感器的使用，并致力于用 DIS 實(shí)驗(yàn) 改進(jìn)中學(xué)物理部分常規(guī)試驗(yàn) .吳彬彬（ 1982- ），男，江蘇宿遷，大學(xué)本科，中學(xué)一級(jí) 教師.蘇科版八年級(jí)下冊(cè)物理教科書(shū)第十章 “壓強(qiáng)和浮力” 第 三節(jié)“ 氣體的壓強(qiáng)”中，有一個(gè)“估測(cè)大氣壓的值”的

2、實(shí) 驗(yàn) .此實(shí)驗(yàn)中由于注射器中有殘留氣體、 摩擦力和彈簧測(cè)力計(jì) 讀數(shù)等因素導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值相差較大.如何減小實(shí)驗(yàn)誤差是一線教育工作者關(guān)心和研究的問(wèn)題 .由于教材中使用 的是彈簧測(cè)力計(jì)，且要求在活塞剛開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)度數(shù)，這點(diǎn)如 果在精確測(cè)量的要求下顯得難度太大，一方面彈簧的示數(shù)不 穩(wěn)定，另一方面還需要對(duì)示數(shù)進(jìn)行估讀，很難得到準(zhǔn)確的數(shù) 據(jù).但是 DIS 實(shí)驗(yàn)可以避開(kāi)這個(gè)問(wèn)題， 它可是實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理的環(huán)節(jié)中 能夠大大減小實(shí)驗(yàn)誤差，可以相對(duì)精確測(cè)量大氣壓的值 .1 理論分析11 減小殘留氣體對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響 在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，注射器內(nèi)的殘留氣體對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響是 實(shí)

3、驗(yàn)結(jié)果與準(zhǔn)確值相差較大的主要因素之一，所以應(yīng)該盡可 能地減小這個(gè)影響 .首先應(yīng)該減少注射器內(nèi)的殘留氣體， 方法 很簡(jiǎn)單，可以在注射器內(nèi)吸入一定量的水后慢慢地推動(dòng)活塞 排出多余水， 致使注射器前端的細(xì)管中幾乎充滿水.但是在操作中發(fā)現(xiàn)注射器前端的細(xì)管中始終存在一小個(gè)氣泡，無(wú)法消 除 .為了進(jìn)一步減小這個(gè)小氣泡對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知在不漏氣和溫度不變的情況下，氣體的體積越 大，壓強(qiáng)越小，對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響就越小，由于殘留氣體本身就 很少，當(dāng)空間接近注射器有刻度部分的容積時(shí)，幾乎可以看 成是真空，所以可以在注射器內(nèi)空間較大的時(shí)候記錄數(shù)據(jù) 時(shí)，幾乎不存在殘留氣體的影響 .12 減小摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)

4、的影響 在拉動(dòng)注射筒的過(guò)程中，活塞除了受到測(cè)力計(jì)的拉力 F 和大氣壓力F0外還會(huì)受到注射筒？ Z淶哪藝亮?Ff,受力分析 如圖 1 所示 .如果可以將摩擦力近乎消除， 則測(cè)力計(jì)的拉力便 極大限度地接近大氣壓力 .因?yàn)樽⑸淦鞯那岸朔馀c不封并不 影響活塞受到的摩擦力，所以可以在注射器不封口的情況下緩慢拉動(dòng)注射筒， 此時(shí)的拉力 F1 和摩擦力 Ff 大小相等 .然后 將注射器封口，緩慢拉動(dòng)注射筒，此時(shí)滿足（其中 F2 為封 口時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)） ，所以大氣壓力的測(cè)量值為 .2 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1、為了使得兩次試驗(yàn)中活塞受到的摩擦力大小相等， 應(yīng)該創(chuàng)造相同的實(shí)驗(yàn)條件，所以即使注射器不封口時(shí)也要吸 滿水后慢慢將水

5、排掉，以達(dá)到和封口時(shí)相同的潤(rùn)滑程度 .2、在電腦上連接好數(shù)據(jù)采集器，并將力傳感器連接好 后代替彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量 5mL 注射器不封口時(shí)的摩擦力大小 . 由于需要測(cè)出注射器內(nèi)空間較大時(shí)的測(cè)力計(jì)拉力，所以需要 截取此時(shí)圖像的后半段，且選擇可以擬合成斜率接近為 0 的 一段，此時(shí)的截距就為拉力 F1 的平均值，如圖 2 所示.3、注射器吸滿水再慢慢排掉水后，連接好力傳感器、 用手指封住注射器并緩慢拉動(dòng)，如圖 3 所示，得到如圖 4 所 示的 F2-t 圖像，從圖像中可以看出，前階段拉力越來(lái)越大， 后來(lái)幾乎不變，這也驗(yàn)證了殘留氣體的影響和當(dāng)殘留氣體體 積很大時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)幾乎沒(méi)有影響 .同樣截取圖像的后半段并

6、選 擇可以擬合成斜率接近為 0 的一段，如圖 5 所示，此時(shí)的截 距就為拉力 F2 的平均值 .4、換用 25mL 注射器重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)， 得到的圖像和數(shù)據(jù) 分別如圖 6和 7所示.5、將數(shù)據(jù)填入表格中，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理注射器規(guī)格 V/mL 不封口時(shí)的拉力 F1/N 封口時(shí)的拉力 F2/N 大氣壓力 F0/N 有刻度部分的長(zhǎng)度 L/cm 大氣壓pO/ x 105Pa25O9667396643O4OO1O296 、誤差分析查閱蘇州當(dāng)天的大氣壓值為1009x 105Pa,如圖8所示.用兩個(gè)注射器測(cè)量時(shí)的相對(duì)誤差分別為168%和 198%，均在誤差允許的范圍之內(nèi)， 測(cè)量相對(duì)精確 .但是兩次測(cè)量值均偏大 的原因可能是由于封口時(shí)拉動(dòng)費(fèi)力導(dǎo)致左右微小晃動(dòng)而使 得活塞與注射筒之間的壓力增大，摩擦力略大于未封口時(shí)的 摩擦力，所以大氣壓力的測(cè)量值F0略大于真實(shí)值.3 對(duì)該 DIS 實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)DIS 實(shí)驗(yàn)由于能實(shí)時(shí)、 精確地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并及時(shí)處理， 動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)物理變化過(guò)程，且能直觀得到結(jié)果在該實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn) 的淋漓盡致，其主要作用就是能夠準(zhǔn)確地測(cè)量和分析出測(cè)力 計(jì)的示數(shù)，這相對(duì)于讀取彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)時(shí)的偶然性大大提 高了精確度 .所以，在優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)方法的情況下，選用有效、 精確的實(shí)驗(yàn)器材能夠更好地、更加精確地完成