9.3 大气压强（解析版）

课时93 大气压强（帮课堂）（解析版） 【学习目标】 1 了解大气压强的存在； 2 认识托里拆利实验，知道大气压强的大小； 3 知道大气压强特点； 4 了解大气压强与社会生活中的应用。 【知识导图】 【基础知识】 知识点一、大气压强的存在 1 实验探究：大气压强的存在 示意图 过程和现象 原因原因分析 加热装有水的易拉罐，水开后 密封易拉罐，冷却后易拉罐变 瘪 用嘴吸去管内的空气，就能喝 到饮料 盛满水的杯子紧盖一个硬纸 片，倒置后，纸不掉，水也流 不出来 【探究归纳】 人们生活中地球大气中，大气对浸在其中的物体有压强。 2 大气压强：像液体一样，大气压强对浸在它里面的物体产生的压强叫大气压强，简 称大气压或气压。 3 大气压强产生的原因：地球周围的空气因为受到地球的吸引而具有重力，因此对浸 入大气的物体产生压强，同时因为大气具有流动性，因而大气内部向各个方向都有压强。 4 大气压强的特点 （1）大气向各个方向都有压强； （2）在同一高度向各个方向的压强相等。 5 平时感受不到大气压存在的原因 大气压在我们周围时刻存在着，但我们却没有感受到，这是因为人身体内外空气相通， 身体各部位内外所受的压力相同，内外平衡。 ▲拓展培优 最早证明大气压存在的实验 1654 年，在德国马德堡市的广场上曾经做过一个著名的马德堡半球实验。人们把两个铜制的空心 半球合在一起，抽去里面的空气，用两只马队向相反的方向拉两个半球。当两队的马匹共达到16 匹时，才将两个半球拉开。马德堡半球实验不仅最早证明了大气压的存在，而且说明了大气压强很 大。 【典例1】下列生活中的现象均与气压有关，其中一个利用的原理与另外三个不同的 是（ ）。 ． 吸饮料 B． 拔火罐 ． 高压锅煮饭 D． 吸盘紧贴在墙面 【答】。 【解析】(1)用吸管吸饮料时，嘴内的气压小于外界大气压，在大气压力的作用下被压 入嘴中。 (2)拔火罐时，罐内的气压小于罐外的大气压，大气压就将罐紧紧地压在皮肤上。 (3)高压锅密封好，锅内气压高于外面大气压，而液体的沸点与气压有关，气压越高沸 点越高，所以高压锅内水的沸点高于100℃，高压锅与大气压无关。 (4)先赶出吸盘内的空气，使吸盘内的气压小于吸盘外的大气压，外界大气压将吸盘紧 紧压在墙壁上。 吸饮料、拔火罐、吸盘吸在墙上这三项都是利用了大气压来完成的，而高压锅是根据 气压越高沸点越高来工作的。 故选。 知识点二、大气压强的测量 1 托里拆利实验 测量方法 将一个约1m 长、一端封闭的玻璃管里灌满水银，用手指将管口堵住（如图甲所 示），然后倒插在水银槽中（如图乙所示）。放开手指，管内水银面下降到一定高 度时不再下降，这时管内外水银面高度差约为760mm，水银处于静止状态（如图 丙所示）。 实验过程 丁图，玻璃管倾斜，水银柱长度变长，但竖直高度差不变 实验分析 玻璃管上端为真空，没有大大气压，管外水银面的上方是空气，玻璃管内的水银面 之所以能够高于水银槽内的水银面，是因为大气压支撑管内这段水银柱使它不会落 下 实验结论 大气压的数值等于它支撑的这段水银柱产生的压强，即p 大气=p 水银=ρ 水银g 交流讨论 我们通常把760mm 高的水银柱产生的压强叫做标准大气压，用字母p0表示。 p0=ρ 水银g=136×103kg/m3×98/kg×076m=1013×105P。 这个实验最早是由意大利科学家托里拆利完成的，所以该实验被称为托里拆利实 验。 2 对托里拆利实验的认识 （1）玻璃管中要充满水银，不能混有气泡。若玻璃管内混入少量空气，由于这部分空 气也有压强，管内水银面的高度差会变小，使测得的大气压强值会偏小。 （2）水银柱的高度是指管内外水银面的竖直高度差，不是指管内水银柱的长度，所以 实验过程中，只要测量正确（测量高度差），玻璃管是否倾斜不影响实验结果。 （3）做托里拆利实验时，不易选用粗管，原因是：①耗用水银多；②不容易堵住玻璃 管口，易漏气。 （4）管内水银柱的高度与大气压的大小有关，而与管的粗细、长度、形状等无关。 （5）玻璃管管口在水银槽内的深度不影响实验结果，稍微向上提或向下按玻璃管，只 能改变管内水银柱上方真空部分的体积，而水银柱的高度不变。 （6）若在管的顶端开一小孔，则玻璃管和水银槽构成连通器，管中液面会下降，最终 管内外液面相平。 材深挖 托里拆利实验用水银而不用其他液体的原因 水银在常温下是密度最大的液体，在同样的大气压下，需要的玻璃管较短，如果换用其他液体，加 入用水来做托里拆利实验，由实验原理可得ρ 水银g 水银=ρ 水g 水，则 h水= ρ水银h水银 ρ水 =1.36×104kg/m3×0.76m 1.0×103kg/m3 =10.336m 。可见，实验时需要约11m 的玻璃管，这 是很难操作的。 【典例2】如图所示，小雪用放在水平面上的两个实验装置来观察并研究大气压的变 化，下列说法正确的是（ ）。 ．甲图中大气压变大时，玻璃管内的液面会上升； B．乙图中大气压变小时，玻璃管内的液面会下降； ．把乙装置从高山脚下拿到高山顶上，玻璃管内外液面高度差一定变小； D．乙装置更能准确地测量出大气压的值 【答】。 【解析】．甲图中水银柱产生的压强，就是大气压强，大气压变大时，玻璃管内的液 面会上升，压强就越大，故正确； B．乙图中大气压变小时，由于瓶内气压大于外界大气压，玻璃管内的液面会上升， 故B 错误； ．由于气压随高度的升高而减小，把乙装置从高山脚下拿到高山顶上，玻璃管内外液 面高度差一定大，故错误； D．因为玻璃瓶内外气压不等，乙装置更能大概显示气压随高度变化的情况，不能准 确地测量出大气压的值，故D 错误。 故选。 3 气压计 （1）定义：测量大气压的仪器叫做气压计。 （2）分类：水银气压计和无液气压计（金属盒气压计等）。 ①水银气压计：在托里拆利实验中，如果玻璃管旁竖立一个刻度尺，读出水银柱的高 度即可知道当时的大气压，这就是一个简单的水银气压计。水银气压计比较准确，但携带 不便，常用于气象站和实验室。 ②金属盒气压计：又叫无液体气压计。如图所示，其核心部分是一个抽成真空的金属 盒及一个与盒中央相连的弹性钢片。盒的表面是波纹状的，大气压变化时，金属盒受力发 生变化，与盒体相连的钢性弹片的弯曲程度也发生变化，固定在弹性钢片末端的拉杆就通 过传动结构放大这种形变，如果刻度盘上标的是高度差，该仪器就成了登山用的高度计。 金属盒气压计及其工作原理示意图 （3）生活中的气压计：除测量大气压外，汽车轮胎、氧气瓶、灭火器、飞机机舱及太 空站内的气体压强的测量都用到了气压计。 ▲拓展培优 测量大气压的其他方法 方法一 方法二 方法三 器材 弹簧测力计、刻度尺、吸 盘、玻璃板 弹簧测力计、刻度尺、注射 器 弹簧测力计、刻度 尺、吸盘、小桶、玻 璃板 示意图 测量的 物理量 刚好将吸盘拉离玻璃板时 弹簧测力计的示数F、吸 盘直径D 注射器活塞刚被拉动时测力 计的示数F、注射器的全部 刻度长度L 小直径D、吸盘刚好 脱离玻璃板时吸盘、 小桶和沙的总重力G 具体步 骤 （1）用弹簧测力计测出从 光滑玻璃板上刚好能拉下 吸盘所用的力F； （2）将吸盘底面圆形画在 纸上，用刻度尺测出吸盘 的直径D，用S=πr2计算 出吸盘与玻璃板的接触面 积 S= πD2 4 ； （3）用压强公式 p= F S 即 可计算出大气压强的值 （1）把注射器活塞注射器筒 的底端，用一个橡皮帽封住 注射器的小孔； （2）用细绳拴住注射器活塞 推柄的颈部，并使绳与固定 在墙上的测力计的挂钩相 连，然后水平向右慢慢地拉 动注射器筒。当注射器中的 活塞刚开始移动时，记下弹 簧测力计的示数F； （3）观察并记录注射器筒上 所表明的容积V，用刻度尺 测出注射器的全部刻度长度 L； （4）根据 p= F S 和V=LS 即 可测出大气压的值。 （1）测出吸盘和玻璃 板接触面的直径D， 用S=πr2计算出吸盘 与玻璃板的接触面积 S= πD2 4 ； （2）将吸盘按压在光 滑水平玻璃板下面， 挤出吸盘内的空气， 将装有适量沙的小桶 轻轻挂在吸盘下面的 塑料挂钩上，用小勺 慢慢地向筒内加细 沙，直到吸盘刚好脱 离玻璃板，测出此时 吸盘、小桶和沙的总 重力G； （3）根据 p= F S 即可 计算出大气压的值。 表达式 p= 4 F πD2 p= FL V p= F S = 4G πD2 评估交 流 因为吸盘或注射器内的空气不可能完全被挤出，所以三种方法测出的大气压值往往 比实际小一些。 ▲拓展培优 不能用p=ρg 求大气压强的原因 因为大气层没有很明显的分界线，所以不能确定，且大气的密度不均匀，随高度的变化而变化， 所以ρ 不能确定，故大气压强不能通过公式p=ρg 计算出来，只能通过测量来确定。 4 大气压强的变化 影响因素 具体描述 海拔 （1）海拔越高，气压越小，在海波3000m 内，每升高10m，大气压越减小 100P；（2）海平面附近的大气压越等于标准大气压。 气象 （1）晴天的大气压比阴雨天的高；（2）冬天的大气压比夏天的高。 材深挖 气体体积与压强的关系 气球被脚一踩，它的体积变小，球内气体的压强增大，甚至会将气球撑破；堵住打气筒出气口，当 打气筒的活塞下呀一些后，筒内的气体体积减小，压强增大，活塞越往下压越费力。大量实验表 明：温度不变时，一定质量的气体，体积减小、压强增大，体积增大，压强减小。 【典例3】如图所示的两种实验器材，图甲：一个玻璃瓶，瓶中装满水，把一细玻璃 管通过带孔的橡皮塞插入瓶中，用手捏玻璃瓶时，发现玻璃管中液面升高，说明______， 图乙是自制气压计，从乙管子上端吹入少量气体，水会沿管子______（选填“上升”或 “下降”）。 【答】力可以改变物体的形状；上升。 【减小】[1]用手捏玻璃瓶时，给瓶子施加了力的作用，使瓶子的容积变小，所以会观 察到细玻璃管内的液面升高，这一现象说明力可以改变物体的形状。 [2]自制气压计的工作原理是瓶内封闭气体的压强等于大气压与管内外液柱高度差产生 的压强之和。从管子上端吹入少量气体，瓶内气压增大，而外界大气压不变，所以水会沿 管子上升。 知识点三、大气压的应用 1 活塞式抽水机的工作原理 活塞式抽水机是利用大气压工作的，通过活塞在圆筒中往复运动不断地将水抽取上来。 2 生活中的“吸力” 日常生活中的吸盘挂物中的“吸”、钢笔吸墨水中的“吸”、吸管吸饮料的中的 “吸”，都不是“吸力”的作用，“吸力”是不存在的，实际上是大气压强的作用。 【典例4】下列现象中利用了大气压强的是（ ）。 ．雪橇做的比较宽大 B．拦河坝做的下宽上窄 ．用吸管喝饮料 D．刀口磨的很锋利 【答】。 【解析】．雪橇做的比较宽大是在压力一定时，通过增大受力面积来减小压强，没有 利用大气压，故不符合题意； B．拦河坝修成上窄下宽的形状是因为液体的压强随深度的增加而增大，这样可承受 更大的压强，不是利用大气压，故B 不符合题意； ．用吸管吸饮料时，吸出吸管中的部分空气，使吸管内的气压减小，瓶中饮料在大气 压的作用下，上升通过吸管进入口中，故利用了大气压的作用，故符合题意； D．刀口磨的很锋利是在压力一定时，通过减小受力面积来增大压强，没有利用大气 压，故D 不符合题意。 故选。 【方法帮】 题型一：验证大气压强的存在 【典例5】下列现象中能说明大气压强存在的是（ ）。 ．医生推动注射器的活塞给病人注射药液； B．巨大的冰山在水上漂浮； ．塑料吸盘能“贴”在光滑的墙面上； D．高压锅能更快地煮熟食物 【答】。 【解析】．注射时，医生用力将针筒内的药水推入病人肌肉中，不是大气压的作用， 不能说明大气压强存在，故不符合题意； B．巨大的冰山在水上漂浮，是因为冰山受到的重力等于浮力，不能说明大气压强存 在，故B 不符合题意； ．将塑料吸盘紧压在光滑的墙面上，把吸盘内的空气排出，大气压就把吸盘紧压在了 墙上，在钩上可以挂衣服，利用了大气压，能说明大气压强存在，故符合题意； D．高压锅能更快地煮熟食物，是因为锅内气压增大、沸点升高，不能说明大气压强 存在，故D 不符合题意。 故选。 题型二：托里拆利实验 【典例6】如图所示。小明利用托里拆利实验测量大气压强的值。则以下判断正确的 是（ ）。 ．此时大气压强等于760mm 高水银柱所产生的压强； B．若将玻璃管稍微倾斜，则管内外水很面的高度差将变大； ．若某栋观光大厦共95 层，若把此装器从大厦首层乘电梯带到95 层楼顶，则管外水 银面的高度差将增大； D．若换用密度比水银小的液体做实验，则大气压能支撑液柱的高度会大于水银柱的 【答】D。 【解析】．读图可知，玻璃管内水银面到水银槽中水银面的垂直高度为750mm，因 此，当时的大气压强等于750mm 高水银柱产生的压强，故错误； B．若将玻璃管稍稍倾斜，但不能改变大气压的大小，又不能改变水银柱的压强，故 管内外水银面的高度差将不变，故B 错误； ．若把此装置从天塔首层乘电梯带到顶层，由于气压跟海拔有关，海拔越高，气压越 低，则顶层大气压小，能支持的水银柱高度也就变小，故错误； D．由于大气压不变，若换用密度比水银小的液体做实验，根据公式 可以知道， 大气压能支撑的液柱高度会增大，故D 正确。 故选D。 题型三：大气压的测量 【典例7】某科学实验小组利用注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材测量大气压强的 值，实验步骤如下： （1）把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽堵住注射器的小孔，这样 做的目的是 。如图1 所示，用细尼龙绳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，然后水平向右慢慢拉动注射器筒，当注射器中的活塞刚被拉动时， 记下弹簧测力计的示数为30。 （2）如图2 所示，用刻度尺测出注射器全部刻度的长度为 m，计算出活塞的横 截面积。 （3）计算得到大气压强的数值为 P。 （4）同学们发现实验误差较大，请分析，该实验过程中导致误差的因素有（请写出 两条） ① ； ② 。 【答】（1）排尽注射器内空气；（2）600；（3）9×104；（4）①空气没有排尽， ②活塞与筒壁之间有摩擦。 【解析】（1）将活塞推至底部并用橡皮帽堵住小孔，这样做的目的是为了排尽注射 器内的空气。 （2）从图中可以看出，注射器可容纳的药水容积为20ml＝20m3，这20m3的刻度 长度由刻度尺可看出为600m， 故活塞的横截面积为S＝ ＝ ＝ m2。 （3）可计算出大气压强的值为：p 大气＝ ＝ ＝9×104P。 （4）从实验结果看，测量结果小于一标准大气压，造成误差的主要原因是由于注射 器内的空气没有排尽或橡皮帽密封不好、拉力和长度读数不准确等；拉动活塞时活塞和筒 壁间有摩擦这会造成最终测量的结果偏大。 故答为：（1）排尽注射器内空气；（2）600；（3）9×104；（4）①空气没有排 尽，②活塞与筒壁之间有摩擦。 题型四：大气压的变化 液体的沸点跟气压有关。气压增大，沸点升高；气压降低，沸点降低。 【典例8】如图所示，用酒精灯给烧瓶中的水加热直到沸腾，撤去酒精灯，用橡皮塞 塞紧瓶口，将烧瓶倒置，向瓶底浇冷水，瓶内水再次沸腾。关于实验中的现象，下列说法 正确的是（ ）。 ．瓶口出现的“白气”是汽化形成的； B．水沸腾过程中，吸收热量，温度升高； ．水再次沸腾说明水的沸点与水面上方气压大小有关； D．沸腾是只发生在液体内部的一种剧烈的汽化现象 【答】。 【解析】．瓶口出现的“白气”是瓶内的水汽化冒出的水蒸气在瓶口附近遇冷液化形 成的，故错误； B．水沸腾过程中，吸收热量，温度保持不变，故B 错误； ．向瓶底浇冷水，导致瓶内气体遇冷体积变小，气压下降，引起液体的沸点降低，水 就可以再次沸腾，表明液体的沸点与液面上方气压有关，故正确； D．沸腾是同时发生在液体内部和表面的一种剧烈的汽化现象，故D 错误。 故选。 题型五：有关大气压的计算 （1）先算出限压阀的重力，然后算出气孔的面积，最后根据公式 p= F S 计算限压阀产 生的最大压强； （2）锅内最大气压是标准大气压强与限压阀产生的压强之和，知道了锅内最大气压， 就可以找出锅内可达到的最高温度。 【典例9】如图为高压锅的示意图，锅盖上有一个空心柱为排气孔，空心柱上戴着一 个帽子为限压阀，当高压锅内气体的压强超过安全值时，锅内气体就会冲开限压阀，气体 跑出一部分，使锅内气体减小．现有一个直径为24m，空心柱小孔横截面积为10mm2， 限压阀的质量为100g 的高压锅，要用它来煮饭，若当时的大气压为 ． （1）用高压锅煮饭，可以增大锅内气体的压强，使水的沸点____________（“升 高”或“降低”），从而使饭菜熟得更快； （2）高压锅是一种实用的厨具，登山队很喜欢使用它，因为在高原上，气压_______ _____（填“高于”或“低于”）一个标准大气压，水在未达到100℃时开始沸腾．若如 图某型号的高压锅的锅盖面积为 ，当锅内水蒸气的压强达到16 个当时大气压时， 锅内气体对锅盖的作用力（压力）为___________。 （3）此高压锅内气体达到的最大压强为多少______？（写出计算过程） （4）下表为不同气压下水的沸点：根据（3）的计算，锅内水的最高温度能达到____ _______℃．经商品质量检验部门检测，此高压锅内气体的最大压强不能超过 ， 如果要使此高压锅能继续安全使用，原来的限压阀不能使用，应重新配一个质量为_______ ___g 的新限压阀。 098 101 113 129 148 169 180 200 t/℃ 99 100 103 107 111 115 117 120 【答】升高；低于； ； P；120；80。 【解析】(1)[1]液体的沸点与气压有关，气压越大，水的沸点越高，高压锅煮饭就是 利用了这一原理；故用高压锅煮饭，可以增大锅内气体的压强，使水的沸点升高； (2)[2]大气压与海拔高度有关，海拔越高，气压越低，沸点越低；在高原上，气压低 于一个标准大气压，所以，水的沸点低于100℃，水在未达到100℃时开始沸腾； [3]根据 可知锅内气体对锅盖的作用力： (3)[4]原来的限压阀对出气孔的压力： 空心柱小孔的横截面积 ，当时的大气压 ，原来的限 压阀对出气孔的压强： 高压锅内气体能达到的最大压强： (4)[5]高压锅内气体达到的最大压强为2×105P 时，对照表格数据可知，锅内水的最 高温度能达到120℃； [6]因为： 所以不能继续使用，要使此高压锅能继续安全使用，应减小锅内气体达到的最大压强， 此时限压阀对出气口的压强： 由 可得，此时作用在出气口的压力： 此时限压阀的重力： 配制的限压阀的质量： 。 题型六：大气压的应用 利用大气压的现象的共性 一般利用大气压的现象，都是通过某种方法，使设备内的气压小于外界大气压，然后 在外界大气压的作用下出现某种人们期望见到的现象。 【典例