資源簡(jiǎn)介

8.4 大氣壓強(qiáng)
【基礎(chǔ)知識(shí)清單】
1． 叫做大氣壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱 。
2．首先測(cè)出大氣壓的值的科學(xué)家是 。
3．托里拆利實(shí)驗(yàn)的原理是：用“ ”的原理，大氣壓強(qiáng) （選填“大于”、“等于”或“小于”）水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)。
4．大氣壓隨高度的增加而 。
【知識(shí)深層理解】
一、大氣壓
1．概念：在空氣內(nèi)部向各個(gè)方向的壓強(qiáng)叫做大氣壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱大氣壓。
2．大氣壓產(chǎn)生的原因：液體由于受到重力作用，且具有流動(dòng)性，所以在液體內(nèi)部有壓強(qiáng)。氣體和液體一樣，也受到重力作用，且具有流動(dòng)性，所以在氣體內(nèi)部也有壓強(qiáng)。
二、大氣壓的測(cè)定（托里拆利實(shí)驗(yàn)）
1．首先測(cè)出大氣壓值的科學(xué)家：首先測(cè)出大氣壓值的科學(xué)家是托里拆利，托里拆利首先用科學(xué)的實(shí)驗(yàn)測(cè)出了大氣壓的值。
2．托里拆利實(shí)驗(yàn)：
（1）實(shí)驗(yàn)裝置：如圖8-4-1所示。
（2）實(shí)驗(yàn)原理：用“大氣壓與液體壓強(qiáng)相比較”的原理。
(
真空
大氣壓
水銀槽
玻璃管
水銀
大氣壓
真空
大氣壓
大氣壓
圖
8-4-1
圖
8-4-2
)如圖8-4-2所示，當(dāng)玻璃管兩端都開口時(shí)，玻璃管與水銀槽形成連通器，水銀槽內(nèi)的液面上方有向下的大氣壓，玻璃管內(nèi)液面上方也有向下的大氣壓，玻璃管內(nèi)外液面相平。當(dāng)玻璃管上端封閉時(shí)，由于玻璃管上端是真空，沒(méi)有大氣壓，玻璃管內(nèi)水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)應(yīng)該等于大氣壓。所以大氣壓強(qiáng)一定等于水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)。
（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程： (
玻璃管中裝滿水銀
甲
將玻璃管倒立在水銀槽中
乙
真空
760mm
大氣壓
大氣壓
丙
圖
8-4-3
)如圖8-4-3所示，一只手握
住玻璃管中部，管口向上，在管
內(nèi)灌滿水銀，排出空氣，用另一
只手指緊緊堵住玻璃管開口端，
把玻璃管小心地倒插在盛有水銀
的槽里，待開口端全部浸入水銀
槽內(nèi)時(shí)放開手指，將管子豎直固
定，當(dāng)管內(nèi)外水銀液面的高度差
約為760mm時(shí)，它就停止下降，讀出水銀柱的豎直高度。
（4）計(jì)算大氣壓的值：如果玻璃管內(nèi)的水銀柱高度為760mm，水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)p為：
，因?yàn)榇髿鈮旱闹档扔谒y柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)，所以此時(shí)大氣壓的值應(yīng)為1.01×105Pa。
(
大氣壓較小
大氣壓較大
圖8-4-4
)三、影響水銀柱高度的因素
1．水銀柱的高度與外界大氣壓的關(guān)系：
如圖8-4-4所示，因?yàn)樗y柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與外界大氣壓的值相等，所以水銀柱的高度隨外界大氣壓的變化而變化，當(dāng)外界大氣壓較大時(shí)，托起的水銀柱較高，當(dāng)外界大氣壓較小時(shí)，托起的水銀柱就較低。
(
上提一些
下壓一些
圖
8-4-5
)2．玻璃管內(nèi)水銀柱的高度與玻璃管的上提、下壓的關(guān)系：
如圖8-4-5所示，因?yàn)樗y柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與外界大氣壓的值相等，當(dāng)外界大氣壓不變時(shí)，水銀柱的高度就不變的，上提玻璃管（但管口不能離開液面），只能使玻璃管上方的真空部分增加，下壓玻璃管（要保留一部分真空），只能使玻璃管上方的真空部分減少，但水銀柱的高度不變。所以玻璃管內(nèi)水銀柱的高度與玻璃管的上提、下壓無(wú)關(guān)。
(
較粗管
較細(xì)管
圖
8-4-6
)3．玻璃管內(nèi)水銀柱的高度與玻璃管粗細(xì)的關(guān)系：
如圖8-4-6所示，水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與外界大氣壓的值相等，當(dāng)外界大氣壓不變時(shí)，水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)就不變，而水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)只與水銀柱的高度有關(guān)，在水銀柱高度相同的情況下，粗管和細(xì)管里的液柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)是相同的。所以玻璃管內(nèi)水銀柱的高度與玻璃管的粗細(xì)無(wú)關(guān)。
(
高度
長(zhǎng)度
高度
圖
8-4-7
)4．玻璃管內(nèi)水銀柱的高度與玻璃管是否傾斜的關(guān)系：
如圖8-4-7所示，因?yàn)樗y柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與外界大氣壓的值相等，當(dāng)外界大氣壓不變時(shí)，水銀柱的高度就不變的。當(dāng)玻璃管傾斜時(shí)，水銀柱的長(zhǎng)度會(huì)變大，但要保持高度不變，才能使水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與大氣壓的值相等。所以當(dāng)玻璃管傾斜時(shí)，水銀柱的高度不變，但長(zhǎng)度變大。
(
大氣壓
大氣壓
圖
8-4-8
)5．氣泡對(duì)水銀柱高度的影響：
在向玻璃管中裝水銀時(shí)，如果不小心水銀中裝入氣泡，水銀柱的高度將會(huì)比正常值要低，測(cè)量結(jié)果會(huì)偏小。
(
圖
8-4-9
)如圖8-4-8所示，這是因?yàn)樗y中如果出現(xiàn)氣泡，當(dāng)玻璃管倒立在水銀槽中后，氣泡跑到真空部分，真空部分就不再是真空，而是氣體，要對(duì)水銀柱產(chǎn)生向下的壓強(qiáng)，從而使水銀柱的高度下降一點(diǎn)，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏小，大氣壓的值偏低。
四、大氣壓與高度的關(guān)系
我們知道，在液體內(nèi)部，越深的地方壓強(qiáng)越大。我們生活在大氣的最底層，就像在海洋的最底層，所以在地球表面氣壓最大，越往上大氣壓越小，山腳下的氣壓要大于山頂?shù)臍鈮骸Ｋ源髿鈮弘S高度的增加而減小。
五、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓
由于大氣壓的值不是固定不變的，大氣壓隨高度和天氣的變化而變化。在日常生活中，為了比較氣壓的方便，人們將等于760mm水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)叫做標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，用“atm”表示。在前面我們已經(jīng)算出了760mm水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)為1.01×105Pa，所以1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓等于
1.01×105Pa，即：1atm =1.01×105Pa。在日常生活中，當(dāng)氣壓較大時(shí)，我們通常不是用多少帕斯卡去表示，而是用多少個(gè)大氣壓去表示。
六、用水做托里拆利實(shí)驗(yàn)時(shí)，水柱的高度
當(dāng)外界大氣壓是1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，用水做托里拆利實(shí)驗(yàn)，那么水柱的高度應(yīng)是多少呢？
1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1.01×105Pa，水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)也應(yīng)該是1.01×105Pa。根據(jù)可知，水柱的高度h應(yīng)為：
所以，當(dāng)外界大氣壓是1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，用水做托里拆利實(shí)驗(yàn)，水柱的高度應(yīng)是10.3m。
七、氣體體積與氣壓的關(guān)系
(
圖
8-4-10
)如圖8-4-10所示，當(dāng)用力壓氣球時(shí)，氣球的體積會(huì)變小，氣球會(huì)變硬，球內(nèi)的壓強(qiáng)會(huì)變大；用打氣筒給自行車打氣時(shí)，用力壓縮氣體體積，使筒內(nèi)氣體體積減小，壓強(qiáng)增大，從而使氣體進(jìn)入輪胎內(nèi)部。所以在溫度不變的條件下，一定質(zhì)量的氣體，體積減小，它的壓強(qiáng)就增大；體積增大，壓強(qiáng)就減小。
(
圖
8-4-11
)八、容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系
當(dāng)容器內(nèi)溫度升高時(shí)，內(nèi)部氣體膨脹，從而使內(nèi)部氣體壓強(qiáng)增大，夏天汽車的輪胎容易爆胎就是這個(gè)原因。所以體積不變時(shí)，容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)隨溫度的升高而增大。
九、大氣壓與生活
(
圖
8-4-12
) (
大氣壓
大氣壓
圖
8-4-13
)如圖8-4-12所示，當(dāng)我們用注射器吸藥水、用鋼筆吸墨水、用吸管吸飲料時(shí)，之所以能把液體“吸”進(jìn)去，是因?yàn)楫?dāng)我們沒(méi)有用力吸時(shí)，管內(nèi)外的大氣壓相等，當(dāng)用力吸時(shí)，使管內(nèi)氣體體積增大，壓強(qiáng)減小，小于外界大氣壓，從而在外界大氣壓的作用下，使液體沿管上升，把液體“壓”入口中或鋼筆內(nèi)。所以，實(shí)際上液體是被大氣壓“壓”進(jìn)去的，而不是“吸”進(jìn)去的。
十、抽水機(jī)的工作原理
1．工作原理：大氣壓
2．工作過(guò)程：如圖8-4-13所示，當(dāng)下壓抽水機(jī)的手柄時(shí)，活塞向上運(yùn)動(dòng)，抵消了一部分向下的大氣壓，水面在大氣壓的作用下把水“壓”上去，從而起到“抽水”效果。
十一、離心式水泵
(
葉輪
出水口
大氣壓
大氣壓
壓水揚(yáng)程
汲水揚(yáng)程
實(shí)際揚(yáng)程
圖
8-4-14
)離心式水泵使用前，要先灌滿水，隔絕上面的空氣，水泵啟動(dòng)后，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，把泵殼里的水高速甩出水管，水被甩出水管時(shí)，就像抽水機(jī)的活塞向上運(yùn)動(dòng)一樣，抵消了出水口處一部分向下的大氣壓，在井內(nèi)大氣壓的作用下，把井里的水“壓”進(jìn)抽水管里，從而把水抽出。
壓水揚(yáng)程是由電動(dòng)機(jī)的功率決定的，電動(dòng)機(jī)的功率越大，把水抽得越高。
汲水揚(yáng)程是由大氣壓決定的，汲水揚(yáng)程是由大氣壓“壓”上去的，汲水揚(yáng)程一定小于10.3m，因?yàn)榇髿鈮鹤疃嗫梢酝衅?0.3m的水柱。
實(shí)際揚(yáng)程等于壓水揚(yáng)程與汲水揚(yáng)程的和。
十二、大氣壓與天氣的關(guān)系（拓展）
大氣壓的變化跟天氣有密切的關(guān)系，一般地說(shuō)，空氣的密度越大，大氣壓越大。
1．氣溫對(duì)大氣壓的影響：對(duì)于密閉的空間，比如容器內(nèi)的氣體，溫度升高，內(nèi)部氣壓增加。但對(duì)于開放的空間卻相反。大氣處于一個(gè)開放的空間，氣溫升高，氣體膨脹，密度減小，所以大氣壓降低；溫度降低，氣體收縮，密度增大，大氣壓增加。所以溫度越高，氣壓越低；溫度越低，氣壓越高。
2．冬天的大氣壓比夏天高：因?yàn)槎鞙囟鹊停諝饷芏却螅瑲鈮焊撸幌奶鞙囟雀撸諝饷芏容^小，氣壓低。所以冬天的大氣壓比夏天高。
3．晴天的大氣壓比陰天高：大氣除了含有氮?dú)狻⒀鯕饧岸趸嫉榷喾N氣體外，還含有水蒸氣和塵埃。我們把含水蒸汽很少（即濕度小）的空氣稱“干空氣”，而把含水蒸汽較多（即濕度大）的空氣稱“濕空氣”。其實(shí)，干空氣的分子量是28.966，而水汽的分子量是18.016，干空氣要比水汽的密度大。所以晴天的大氣壓比陰天高。
十三、馬德堡半球?qū)嶒?yàn)
1654年，當(dāng)時(shí)的馬德堡市長(zhǎng)奧托·馮·格里克于羅馬帝國(guó)的雷根斯堡（今德國(guó)雷根斯堡）進(jìn)行的一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，目的是為了證明大氣壓的存在，而此實(shí)驗(yàn)也因格里克的職銜而被稱為“馬德堡半球”實(shí)驗(yàn)。
1654年，他聽說(shuō)有許多人不相信大氣壓的存在，有人在嘲笑托里拆利，信與不信者雙方爭(zhēng)論得很激烈，互不相讓，針鋒相對(duì)。因此，格里克決心通過(guò)做實(shí)驗(yàn)證明大氣壓的存在，讓大家心服口服。
有一天，他和助手做成兩個(gè)半球，直徑14英寸，約37cm，并請(qǐng)來(lái)一大隊(duì)人馬，在市郊做起“大型實(shí)驗(yàn)”。這年5月8日的這一天，美麗的馬德堡市風(fēng)和日麗，晴空萬(wàn)里，十分爽朗，一大批人圍在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)上，熙熙攘攘十分熱鬧。有的說(shuō)這樣，有的說(shuō)那樣；有的支持格里克，希望實(shí)驗(yàn)成功；有的斷言實(shí)驗(yàn)會(huì)失敗。人們?cè)谧h論著，在爭(zhēng)論著，在預(yù)言著，還有的人一邊在大街小巷里往實(shí)驗(yàn)場(chǎng)跑，一邊高聲大叫：“市長(zhǎng)演馬戲了！市長(zhǎng)演馬戲了！”
(
馬德堡半球
)格里克和助手當(dāng)眾把這兩個(gè)黃銅的半球殼中間墊上橡皮圈，再把兩個(gè)半球殼灌滿水后合在一起，然后把水全部抽出，使球內(nèi)形成真空，最后把氣嘴上的龍頭擰緊封閉，這時(shí)，周圍的大氣把兩個(gè)半球緊緊地壓在一起。
格里克一揮手，四個(gè)馬夫牽來(lái)十六匹高頭大馬，在球的兩邊各先拴四匹，格里克一聲令下，四個(gè)馬夫揚(yáng)鞭催馬，背道而拉，好像在“拔河”似的。
“加油！加油！”實(shí)驗(yàn)場(chǎng)上黑壓壓的人群一邊整齊地喊著，一邊打著拍子。
4個(gè)馬夫，8匹大馬，都搞得渾身是汗，但是，銅球仍是原封不動(dòng)。格里克只好搖搖手暫停一下，然后，左右兩隊(duì)，人馬倍增，馬夫們喝了些水，擦擦額頭上的汗水，又在準(zhǔn)備著第二次實(shí)驗(yàn)。
格里克再一揮手，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)上更是熱鬧非常，16匹大馬，使勁拉，八個(gè)馬夫在大聲吆喊，揮鞭催馬……
實(shí)驗(yàn)場(chǎng)上的人群，更是伸長(zhǎng)脖子，一個(gè)勁兒地看著，不時(shí)地發(fā)出“嘩！嘩！”的響聲。
突然，“啪！”的一聲巨響，銅球分開成原來(lái)的兩半，格里克舉起這兩個(gè)重重的半球自豪地向大家高聲宣告：
“先生們！女士們！市民們！你們?cè)撓嘈帕税桑〈髿鈮菏谴嬖诘模髿鈮簭?qiáng)是大得這樣厲害！這么驚人！……”
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，仍有些人不理解這兩個(gè)半球?yàn)槭裁蠢婚_，七嘴八舌地問(wèn)他，他又耐心地作著詳盡的解釋：“平時(shí)，我們將兩個(gè)半球緊密合攏，無(wú)須用力，就會(huì)分開，這是因?yàn)榍騼?nèi)球外都有大氣壓力的作用，相互抵消平衡了，好像沒(méi)有大氣作用似的。今天，我把它抽成真空后，球內(nèi)沒(méi)有向外的大氣壓力了，只有球外大氣緊緊地壓住這兩個(gè)半球……”。
通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，人們都終于相信有真空，有大氣，大氣有壓力，大氣壓大得很驚人。
【總結(jié)】首先測(cè)出大氣壓值的著名實(shí)驗(yàn)是托里拆利實(shí)驗(yàn)；證明大氣壓存在，并且很大的著名實(shí)驗(yàn)是馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。
【人生態(tài)度】
成功不在難易，而在于是否采取行動(dòng)。雖然行動(dòng)不一定能帶來(lái)滿意的結(jié)果，但是不行動(dòng)就絕對(duì)不會(huì)有滿意的結(jié)果。這個(gè)世界從來(lái)不缺乏機(jī)遇，而是缺少抓住機(jī)遇的手。如果你有想法就要趕緊付出行動(dòng)，別擔(dān)心失敗或者困難重重，只有在不停地實(shí)踐與追求中，你才能超越自我，創(chuàng)造屬于自己的輝煌。

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