9.3 大气压强
学习目标
1.通过观察、实验,证实大气压的存在。能通过实例说出大气压在生产生活中的应用。
2.能简单描述托里拆利实验,能根据公式计算大气压的大小。
3.知道大气压随高度变化的规律。能说出液体沸点跟气压的关系。
4.了解活塞式抽水机的工作过程和原理。
学习重难点
【学习重点】
1.认识大气压强的存在。 2.知道测量大气压强的方法。
【学习难点】
1.了解生活中利用大气压强的现象。 2.了解抽水机的工作原理
学习过程
【自主预习】
1.大气压:因为空气有重力,对浸在其中的物体有压力,所以对浸没在它里面的物体有压强。因为空气具有流动性,所以空气像液体一样,向各个方向都有压强。把大气对浸在它里面的物体产生的压强叫做大气压强,简称大气压或气压。
2. 最早证明大气压强存在的实验是马德堡半球实验,最早测出大气压强值的实验是托里拆利实验。
标准大气压等于_1.013×105Pa,在粗略计算时,标准大气压取值_1.0×105_Pa。
3.大气压随高度的增加而减小.大气压强的大小除了与高度有关外,还与温度、空气湿度有关。人们生活中可以通过观察大气压强的变化来预报天气。
【合作探究】
探究一:大气压强的存在
问题:地球被大气层笼罩着,我们就生活在大气海洋的底部,大气是否对我们也产生压强?
演示实验:“覆杯实验”
(1)将硬纸片平放在平口玻璃杯口,用手按住,并倒置过来,放手后,看到什么现象?
现象:硬纸片落下(“落下”或“不落下”)。
(2)将塑料杯装满水,仍用硬纸片盖住杯口,用手按住,并倒置过来,放手后看到什么现象?
现象:硬纸片没有落下来 (“落下”或“不落下”)
分析:硬纸片受重力作用,且受水向下的压力作用,没有下落,必须受向上的力的作用。这个力的施力物体只能是大气,证明大气存在压强。
(3)再慢慢把杯口向各个方向转一圈,又看什么现象?
现象:硬纸片不会(选填“会”或“不会”)落下.
说明:空气和液体一样,空气内部各个方向都有压强。
1.定义:大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强。简称为大气压或气压。
2.特点:空气内部向各个方向都有压强。
3.产生原因:空气受重力作用且具有流动性。
4.存在:最著名的证明大气压存在实验是马德堡半球实验。
5.应用:易拉罐变瘪、吸管吸饮料、滴管吸水、注射器吸取药液等。
大气压把塑料吸盘 大气压力使 大气压使注射器 吸盘利用大气压力来
压在光滑的墙上 饮料上升到嘴 吸入药液 把地板吸起
问题:大气压在我们周围时刻存在着,我们为什么感受不到?
平时感觉不到大气压存在的原因:大气压在我们周围时时存在,我们却没感觉到,是因为人身体内外空气相通,身体部位内外所受大气压强相同,身体部位内外所受大气压力相互平衡。
探究二:大气压强的测量
最早测定大气压的是意大利科学家托里拆利。
1.托里拆利实验
(1)实验器材:长约1m一端封闭的玻璃管、 水银、水银槽 、刻度尺
(2)实验步骤:
(1)玻璃管灌满水银, ⑵将管倒插到水 ⑶观察竖立(倾斜)管内水银面下降,
用手指将管口堵住. 银槽里,松开手指. 测量管内与槽内水银面高度差.
(3)实验现象:管内水银面下降到一定高度停止下降;改变管子倾斜度,其高度不变。
(4)实验分析:作用在水银槽液面上的大气压强,能大小不变地在水银内向各个方向传递.则该截面下方受到向上的压强作用,大小等于大气压强。另一方面.该截面上方是76 cm高的水银柱.水银柱上方又是真空的。因为该截面此时静止不动.所以它受到上、下方向的压力相平衡,而截面上、下面的面积相等,故此大气压强在数值上恰好等于76 cm高的水银柱所产生的压强.由二力平衡可知大气压强等于水银柱液体压强,运用等效替代法。
(5) 实验结论:
大气压支持760mm高的水银柱,即大气压等于760mm水银柱产生的压强:
p大气 = p水银=ρ水银gh= =13.6×103 kg/m3×9.8 N/kg×0.76 m=1.013×105 Pa
通常把这样大小的大气压叫做标准大气压:1标准大气压 p0= 1.013×105 Pa=760mmHg
讨论交流
(1)将玻璃管中灌满水银,目的排出玻璃管内的空气。
(2)将玻璃管倒插在水银槽中,放开手指后,玻璃管中的水银会下降,其上方形成_真空_。
(3) 当大气压不变,玻璃管倾斜、上提下压、粗细不同等时,水银柱竖直高度不变。
(4) 测量高度时,要测水银槽内水银液面到玻璃管中水银柱液面的竖直高度。
(5) 玻璃管内装水银,而不用水。原因是水的密度太小,水柱太高,使用不方便。(标准大气压下,水柱约10.34m) (6)若玻璃管内混有少量空气,水银柱的高度会偏小,则测量的结果比实际大气压小。
2.气压计
大气压强可用气压计来测量。常用的气压计有两种:
(1)水银气压计:根据托里拆利实验制成的水银气压计,这是一种精密的气压计,常用在实验室中;
(2)无液气压计:用它可直接读出大气压强的值,它的内部有一个抽成真空的薄金属盒,靠弹簧支撑而不至于被压扁,大气压强的变化会引起盒厚度的微小形变,然后通过杠杆放大后显示出来(图)。
水银气压计 无液气压计 自制气压计
想想做做 用自制气压计,观察大气压随高度的变化
(1). 取一个瓶子,装入适量带颜色的水
(2). 取一根玻璃管,画上刻度,通过橡皮塞插入水中。
(3). 向管中吹入少量气体,使水沿玻璃管上升到瓶口以上。
此时,瓶内气体压强大于大气压。
拿着自制气压计和水银气压计从楼下走到楼上,观察玻璃管内液柱高度的变化。
实验现象:随着高度的增加,自制气压计管内液面上升。
实验表明:大气压随高度增加而减小。
探究三:大气压的变化
1.大气压与高度的关系:大气压随海拔高度增加而减小,但两者不成正比。海拔3000 m内,每上升10m,大气压约降低100Pa。
不同高度处的大气压强值
2.其它因素有天气、温度、体积等。
(1)天气:通常晴天比阴天气压高,冬天比夏天气压高。
(2)温度:当质量和体积不变时,气体温度越高,气压越大。
(3)体积:当质量和温度一定时,体积越小,气压越大。
3.气压影响沸点:
液体的沸点在气压减小时降低 ,在气压增大时升高 。
高压锅的原理:高压锅密封,提高锅内气压,从而升高水的沸点,使食物易熟。
4.大气压的应用:
大气压强在我们生活中被广泛应用。活塞式抽水机是利用大气压工作的,吸水扬程最高不超过10.34m(g取9.8N/kg)。
活塞式抽水机的工作原理:
甲:提起活塞时,A阀门关闭, 乙:压下活塞时,B阀门关闭, 丙:再次重复之后,水位上
大气压将阀门B压开,水进入机内。 A阀门打开,水从A上至活塞上。 升至出水管,水从出水管流出
【精讲点拨】1.除去托里拆利实验外,还可以利用p=粗略测量大气压.利用弹簧测力计、吸盘、玻璃板、刻度尺,将吸盘紧贴玻璃板,挤压吸盘,用弹簧测力计拉住吸盘,缓慢向上拉,至吸盘脱离板面时,记录弹簧测力计的示数F;测量冰计算出吸盘与玻璃板的接触面积S;算出大气压强p=
2 .随高度的变化而变化,大气压是由于大气层受到重力作用而产生的,离地面越高的地方,上面的大气层越薄,空气的密度也越小,那里的大气压强越小。
3.切液体的沸点都是气压增大时升高,气压减小时降低。 通常说的沸点,都是指在1标准大气压下。说水的沸点是100 摄氏度,必须强调是在1 标准大气压下。
【归纳整理】
导学检测
1.图所示的现象中,没有利用大气压的是( )
【答案】B
【解析】A.吸盘挂钩是靠空气压力固定的,把吸盘里的空气压出来,靠大气压力固定,故A不符合题意;
B.用注射器将药液注入肌肉,是靠手的推力而不是大气压,故B符合题意;
C.用吸管吸饮料时,吸管内气压减小,小于外界大气压,在大气压的作用下饮料被压入吸管,故C不符合题意;
D.因为大气压对纸压力大于杯中水对纸的压力,所以水流不出来,故D不符合题意。故选B。
2.下列实例中利用大气压强工作的是( )
A.用钓鱼竿钓鱼 B.用吸管吸饮料
C.用硬棒撬石块 D.用温度计测温
【答案】B
【解析】AC.钓鱼竿钓鱼,硬棒撬石块是杠杆原理,AC不符合题意;
B.用吸管吸饮料时,是利用大气压强工作,B符合题意;
D.温度计是利用水银的热胀冷缩工作的,D不符合题意。故选B。
3.用空易拉罐来体验大气压强的存在,下列操作能达到目的的是( )
A.用手捏易拉罐,易拉罐变瘪
B.用重物压易拉罐,易拉罐变瘪
C.让易拉罐从高处下落撞击地面,易拉罐变瘪
D.用注射器抽取密封易拉罐中空气,易拉罐变瘪
【答案】D
【解析】A、用手捏易拉罐,易拉罐变瘪,是手给易拉罐一个力,改变了易拉罐的形状,故A错误。
B、用重物压易拉罐,易拉罐变瘪,是重物给易拉罐一个力,改变了易拉罐的形状,故B错误。
C、让易拉罐从高处下落撞击地面,易拉罐变瘪,是地面给易拉罐一个力,改变了易拉罐的形状,故C错误。
D、用注射器抽取密封易拉罐中空气,易拉罐内的气压减小,易拉罐外面大气压大于易拉罐内部压强,所以易拉罐受到向内的压力大于向外的压力,这两个力的合力把易拉罐压瘪,可以证明大气压的存在,故D正确。故选:D。
4.在烧瓶中注入刚刚沸腾的水,塞紧瓶塞,将烧瓶倒置,再用冷水浇烧瓶的底部,可以看到水又重新沸腾起来。该实验现象说明了( )
A.沸腾过程需要吸热
B.沸腾过程需要放热
C.水的沸点与环境温度有关
D.水的沸点与水面上方气压有关
【答案】D
【解析】在烧瓶中注入刚沸腾的水,塞紧瓶塞,将烧瓶倒置,再用冷水浇时,烧瓶中的水蒸气液化,瓶内气压降低,水的沸点降低,所以会看到水重新沸腾,故D正确、ABC错误。故选:D。
5.下列现象不是利用大气压的是( )
【答案】C
【解析】A、活塞式抽水机工作时,是使其内部气压小于外界大气压,在外界大气压的作用下将水压入抽水机内,进而实现把水从低处压到高处的目的,利用了大气压。故A不合题意;
B、盆景的自动给水装置上端不开口,底部虽然相互连通,它是利用大气压来工作的。故B不合题意;
C、茶壶的壶盖上有小孔,壶嘴上端有口,壶身和壶嘴底部相连通,是连通器,故C符合题意;
D、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,利用了大气压。故D不合题意。故选:C。
6.如图所示,装有常温水的玻璃瓶中密封部分空气,细玻璃管插入瓶中,玻璃管与瓶塞接触部分不漏气,下列关于细管中水柱桂液面升降情况,描述错误的是( )
A.用力挤压玻璃瓶,液面上升
B.将玻璃瓶放入热水中,液面上升
C.在细管管口水平吹气,液面下降
D.提着玻璃瓶从十楼走到一楼,液面下降
【答案】C
【解析】A.用力挤压玻璃瓶,瓶变扁容积变小,细管中水面高度上升,故A正确,不符合题意;
B.将玻璃瓶放入热水中,瓶内气体受热体积增大,压强增大,外界压强不变,在瓶内液面上升,气压的作用下,会有一部分水被压入玻璃管,因此管内水柱的液面上升,故B正确,不符合题意;
C.在细管管口水平吹气,管上方空气的流速增大,压强减小,管中液体受到向上的压强大于向下的压强,液面上升,故C错误,符合题意;
D. 提着玻璃瓶从十楼走到一楼,瓶内空气的压强不变,而外界大气压随高度的减小而增大,在外界气压的作用下,液面下降,故D正确,不符合题意。故选C。
7.关于气体压强,下列说法错误的是( )
A.做托里拆利实验时,若将玻璃管由竖直变倾斜,管中水银柱的长度不变
B.能用吸管将杯中饮料吸进嘴里,是利用了大气压强
C.一标准大气压可托起约10.3m高的水柱
D.高空飞行的大型客机,机翼上方空气流速大、压强小
【答案】A
【解析】A.托里拆利实验中,玻璃管倾斜后,长度会随着变大,管内水银增多,但水银柱的高度不变,故A错误,符合题意;
B.用吸管将杯中的饮料吸入口中,是吸走了管中的空气,使气压减小,在外界大气压的作用下将饮料压入口中;故B正确,不符合题意;
C.1标准大气压的值是1.01×105Pa,由p=ρgh可得1标准大气压支持的水柱高为
h=≈10.3m
故C正确,不符合题意;
D.由流体压强和流速的关系可知,飞机飞行过程中,机翼上方空气流速大,向下的压强小,故D正确,不符合题意。故选A。
8.大气压随海拔高度的升高而______(选填“增大”、“减小”或“不变”),小娟同学拿着自制气压计从峨眉山脚的报国寺爬到山上的金顶时,发现玻璃管内水柱的高度h______(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】 (1). 减小 (2). 增大
【解析】[1]高度越大,上方大气层的厚度越小,空气越稀薄。所以,高度越大,大气压越小。
[2]瓶内的气体是封闭的。向上运动时,外界的气压减小,在里面气体压强的作用下,玻璃管内水柱会上升。
9.如图,茶壶的壶身和壶嘴构成了一个________,当壶中水深12cm时,A点受到水的压强是________Pa;若壶中装满水,用手指将壶盖上的小孔堵住,则壶中的水________ (选填“能”或“不能”)倒出来。
【答案】 (1). 连通器 (2) . 1200; (3). 不能
【解析】[1]茶壶的壶嘴和壶身构成了一个连通器,当里面的水不流动时,壶嘴和壶身内的水面保持相平。
[2]A点受到水的压强:p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.12m=1200Pa
[3]若壶中装满水,用手指将壶盖上的小孔堵住,由于外部的大气压大于壶内压强,壶中的水不能倒出。
10.如图甲所示,将一个塑料吸盘压在平板玻璃上,挤出里面的空气,在吸盘下的挂钩上挂上重物,吸盘不会掉下来,请你解释原因。如果把这套装置移入玻璃钟罩内,用抽气机抽出里面的空气,如图乙所示,请你预测发生的现象。
【答案】见解析
【解析】首先用力将塑料吸盘压在平板玻璃上,将塑料吸盘中的空气排出,松手后,由于吸盘内的空气减少,内部气压小于外界大气压,外界大气压将吸盘紧压在玻璃上,在吸盘下的挂钩上挂上重物,吸盘不会掉下来。把这套装置移入玻璃钟罩内,用抽气机抽出里面的空气,随着气体的减小,气体压强逐渐减小,在重力大于大气压力时,挂钩会掉下。
图1
A.“吸盘”挂钩贴在竖直墙面上
B.用注射器将药液注入肌肉
C.用吸管将饮料“吸"入口中
D.用硬纸片“托住”杯中的水
A.活塞式抽水机 B.盆景自动供水装置 C.茶壶 D.吸饮料
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