大气的压强讲义

知识讲解
考点/易错点1大气压强
1. 大气对处于其中的物体产生压强，这个压强叫大气压。
2. 产生原因
① 受到重力
② 流动性
3. 马德堡半球实验有力的证明了大气压强的存在
4. 覆杯实验

5. 压强变化规律
与海拔关系：海拔越高，气压越低
与天气关系：晴天气压高，阴雨天气压低
与体积关系：等质量气体，温度不变的前提下，体积越大压强越低，体积越小压强越高
与沸点关系：压强越高沸点越高，压强越低沸点越低
考点/易错点2 大气压强的应用
1. 利用二力平衡计算大气压
2. 气压计
3. 高压锅
4. 水泵 ①离心式 ②活塞式
考点/易错点3 流体压强和流速关系
★考纲：
（1）说出流体压强与流速的定性关系
（2）能用流体压强与流速的定性关系解释有关的现象
★相同时间内，路程长的，气体流速快
流速快的一侧，则压强小
物体会产生压力差
三、例题精析（20min）
【例题1】大气压强的存在
【题干】如图所示为医用注射器(针筒)做实验的示意图,其中能说明存在大气压的实验是( )
A ③ B ④⑤ C ①③ D ①③⑤
【例题2】大气压强的应用
① 利用二力平衡计算大气压强
【题干】在测量大气压的实验中，针筒活塞的面积为5×10-5m2，轮轴间的摩擦和细线重不计．为消除活塞与针筒间的摩擦力对实验的影响，小明采用了图示装置，将注射器筒固定在水平桌面上，把活塞推至注射器筒底端，用橡皮帽封住注射器的小孔，活塞通过水平细线与烧杯相连，向烧杯中缓慢加水，当活塞刚开始向左滑动时，测得杯与水的总质量为0.69kg；然后从烧杯中向外缓慢抽水，当抽出0.42kg 水时，活塞又开始向右滑动，则活塞与注射器筒之间的摩擦力为 N，所测大气压的值应为 Pa。
② 高压锅
【题干】如图所示是高压锅的示意图，锅盖上有一个竖直空心柱为排气孔，空心柱上配有一个限压阀，当高压锅内的气体压强超过安全值时，锅内气体就会冲开限压阀，放出一部分水蒸气，使锅内气体压强减小．现有一个直径为22cm，空心柱小孔的横截面积为10㎜2，限压阀的质量为100g的高压锅，用它来煮饭，若当时的大气压为1.0×105Pa．问：
（1）此高压锅内气体的最大压强是多少？
（2）经商品质量检测部门检测，此高压锅气体的最大压强不能超过1.8×105Pa，要使此高压锅能继续安全使用，原来的限压阀还能使用吗？若不能，应再配一个质量为多大的限压阀（g取10N/kg）
【例题3】流体压强和流速的关系
【题干】学习了“流体压强与流速的关系”后，为了解决“H”形地下通道中过道的通风问题，同学们设计了如下几种方案。如图所示，黑色部分为墙面凸出部分，“M”为安装在过道顶的换气扇，其中既有效又节能的是 ( )
【例题4】压强综合计算
【题干】如图所示，质量为1kg的圆柱玻璃管倒放在水中，横截面积为50cm2（玻璃管壁排开水的体积不计）求（1）玻璃管内气体压强是多少；（2）H为多少米？
四、课堂练习
【基础】
(2016·衢州)在验证大气压存在的覆杯实验中，小柯认为：“实验中纸片不掉落完全是因为纸片被杯口的水粘住了，而与大气压无关”。下列能帮助小柯改变这种想法的实验是(　　)
A．如图甲，换用不同种类的纸片做覆杯实验，纸片都不掉落
B．如图乙，覆杯实验中将杯口朝向不同方向，纸片均不掉落
C．如图丙，将一张湿纸覆盖在空杯子的杯口，倒转杯子纸片不掉落
D．如图丁，在密闭钟罩内做覆杯实验，抽出钟罩内空气的过程中纸片掉落
做托里拆利实验时，对实验结果有影响的是（?? ）
A.玻璃管的粗细，越粗，测得的结果越小B.玻璃管的长短，越长，测得的结果越大C.稍倾斜，倾斜时不准确，只有竖直时才准确D.在山上和山下做，在山上测得的值小，在山下测得的值大
【巩固】
(2015·常州)为改善地铁地下车站的通风状况，小明设计了抽气管道，利用地面横风实现自动抽气。为提高抽气效果，管道上方遮雨盖的形状应设计成下列图中的(　)

如图所示，该装置是某医院内给病人输液的部分装置示意图，乙瓶内液体不断通过Q管输入病人体内，刚开始输液时，甲、乙两瓶内药液量相等，液面相平．过了一会儿，观察两个输液瓶时会发现（此时两个输液瓶内还有大量的溶液）（　　）
A． 甲瓶中的液面高 B． 乙瓶中的液面高
C． 甲、乙两瓶中的液面一样高 D． 以上三种情况均有可能
【拔高】
(2016·宁波)洗衣服时，小科发现肥皂泡在不断地破裂。小科觉得，肥皂泡的破裂可能与肥皂泡内气压大小有关，而肥皂泡内的气压大小可能与肥皂泡的半径大小有关。为此小科用如图所示的装置进行探究：
【实验步骤】
①闭合阀门3，打开阀门1和2，吹出较大的肥皂泡A，闭合阀门2；
②打开阀门3，用同一肥皂水吹出较小的肥皂泡B，闭合阀门1；
③打开阀门2，观察并记录实验现象。
【实验现象】肥皂泡A变大，肥皂泡B变小。
【实验结论】相同条件下，肥皂泡半径越大，肥皂泡内的气体压强越________。
【实验反思】如果上述结论同样适用于半径达到一定值后的气球，小科就能解释用嘴吹气球时，当吹到一定程度后，越吹所需要的力越________的原因。
高压锅是家庭厨房中常见的炊具，利用它可以将食物加热到100℃以上．它省时高效，深受消费者欢迎．
（1）请问高压锅的设计运用了哪些物理知识？
（2）小明在有关媒体上看到了由于出气孔堵塞，致使高压锅爆炸的报道后，给厂家提出了一个增加易熔片（熔点较低的合金材料）的改进建议．现在生产的高压锅已普遍增加了含有易熔片的出气孔（如图1）．试说明小明建议的物理道理
（3）小明测得家中高压锅出气孔的直径为4mm，压在出气孔上的安全阀的质量为80g．通过计算并对照图象（图2）说明利用这种高压锅烧水时，最高温度大约是多少？假若要把这种高压锅向西藏地区销售，你认为需要做哪方面的改进，如何改进？
课后作业
【 基础】
2017年1月，一段视频在YouTube上疯传，外国学生将鸡蛋壳敲碎后，将蛋黄蛋清放入烧杯中，后放入真空装置中，在装置抽气过程中，“鸡蛋”竟然沸腾了，以下说法正确的是
A.鸡蛋沸腾原因是因为热传递引起的。B.液体的沸点于气压有关，气压越高液体的沸点越低。C.若将鸡蛋换成热水，在抽气真空过程中，也能看到热水沸腾的现象。D.物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质,称为惯性，故沸腾的鸡蛋不具有惯性。
假如在“流体中流速越大的位置压强越大”。则不会出现的情况是（? ）
A.跑车尾翼的截面形状应该反过来B.两艘并列同向行驶的船只不会相撞C.地铁、火车站的站台安全线不必设置D.喷雾器再怎么用力吹也喷不出雾来
【巩固】
如图所示，把装水的大烧杯放在水平升降台上，将一轻质玻璃杯倒扣在水中，玻璃杯内封闭一些气体，玻璃杯底用支架固定，支架在水中部分的体积忽略不计，水面都是静止的．将升降台缓慢升起一定高度（玻璃杯口没有接触大烧杯底部），水面静止后，下列说法正确的是（?? ）
A.玻璃杯内的气体压强逐渐变小
B.玻璃杯外、内水面高度差不变
C.大烧杯底部内表面受到的压强变大
D.支架对玻璃杯的压力变小
烧瓶内有一定质量的水，用火加热至沸腾，然后撤去火使瓶内的水停止沸腾。迅速用橡皮塞盖住瓶口后倒置，再向瓶底浇冷水，如下图所示，瓶中的水又会沸腾，这是因为(?? )
A、瓶内气体温度升高，压强增大，水的沸点降低
B、瓶内气体温度降低，压强减小，水的沸点降低
C、瓶内气体温度降低，压强减小，水的沸点升高
D、瓶内气体温度升高，压强增大，水的沸点升高
(2016·福建)物理老师在实验室做“流体压强与流速关系”的演示实验：图甲所示的是由粗细不同的三节塑料管A、B、C连接而成的装置，三节管中分别接有三个相同传感器的探头，传感器与电脑相连。老师将抽气机与C管右端相连后开始抽气，电脑绘制出的三节管中的气体压强随时间变化的p－t图像如图乙所示。则下列描述正确的是(　　)
A．抽气过程中，三节管中的气体流速相同
B．实验室的大气压为101.0kPa
C．0～4s，C管中的气体压强变化最大
D．图像③是A管中的气体压强随时间变化的图像
【拔高】
一根试管竖直放置，5cm长水银柱封住一部分气体，那么气体的压强为（? ）
A. 81cm水银柱
B. 71cm水银柱
C. 76cm水银柱
D. 86cm水银柱
（2017?衢州）小柯设计了一个“不用绳子扎口的气球”，如图所示，先将气球放入玻璃瓶中，再将球口紧套在玻璃瓶口，从抽气口抽气，观察到气球变大；停止抽气后，马上用橡皮套封住抽气口，此时气球不用绳子扎，也能保持膨胀状态。假设抽气前后气球内的气压分别是P1、P2 ， 瓶内的气压分别是P3、P4 ， 则下列关系正确的是（?? ）
A、P1B、P1=P2?
C、P3D、P3=P4
知识讲解
考点/易错点1大气压强
1. 大气对处于其中的物体产生压强，这个压强叫大气压。
2. 产生原因
① 受到重力
② 流动性
3. 马德堡半球实验有力的证明了大气压强的存在
4. 覆杯实验

5. 压强变化规律
与海拔关系：海拔越高，气压越低
与天气关系：晴天气压高，阴雨天气压低
与体积关系：等质量气体，温度不变的前提下，体积越大压强越低，体积越小压强越高
与沸点关系：压强越高沸点越高，压强越低沸点越低
考点/易错点2 大气压强的应用
1. 利用二力平衡计算大气压
2. 气压计
3. 高压锅
4. 水泵 ①离心式 ②活塞式
考点/易错点3 流体压强和流速关系
★考纲：
（1）说出流体压强与流速的定性关系
（2）能用流体压强与流速的定性关系解释有关的现象
★相同时间内，路程长的，气体流速快
流速快的一侧，则压强小
物体会产生压力差
三、例题精析（20min）
【例题1】大气压强的存在
【题干】如图所示为医用注射器(针筒)做实验的示意图,其中能说明存在大气压的实验是( )
A ③ B ④⑤ C ①③ D ①③⑤
【答案】C
【解析】
①图中活塞内形成真空,在大气压的作用下,钩码不会掉落,符合题意;
②图中气体在密闭的空间内,不能说明存在大气压强,不合题意;
③图中注射器向外抽气,外面的水在大气压的作用下,向瓶内喷出,形成喷泉状,符合题意;
④图中是帕斯卡球的实验,证明了液体压强的存在,不合题意;
⑤图中的实验可以说明沸点与气压的关系,但不能说明大气压的存在,不合题意.
综上所述,能说明存在大气压的实验是①③.所以C选项是正确的.
【选题目的】
本题考查大气压的有关实验和利用；在物理学习的过程中，要多注意观察身边的物理现象，尽可能的用我们所学过的知识去试着解释．
【例题2】大气压强的应用
① 利用二力平衡计算大气压强
【题干】在测量大气压的实验中，针筒活塞的面积为5×10-5m2，轮轴间的摩擦和细线重不计．为消除活塞与针筒间的摩擦力对实验的影响，小明采用了图示装置，将注射器筒固定在水平桌面上，把活塞推至注射器筒底端，用橡皮帽封住注射器的小孔，活塞通过水平细线与烧杯相连，向烧杯中缓慢加水，当活塞刚开始向左滑动时，测得杯与水的总质量为0.69kg；然后从烧杯中向外缓慢抽水，当抽出0.42kg 水时，活塞又开始向右滑动，则活塞与注射器筒之间的摩擦力为 N，所测大气压的值应为 Pa。
【答案】2.1N；0.96×105Pa
【解析】当注射器中的活塞开始向左滑动时，G1=0.69kg×10N/kg=6.9N，对活塞受力分析：F+f=G1=6.9N；当注射器中的活塞开始向右滑动时，G2=（0.69kg﹣0.42kg）×10N/kg=2.7N，对活塞受力分析：F-f=G2=2.7N；两式联立解得：F=4.8N，f=2.1N，压强：p=0.96×105Pa
【选题目的】利用注射器测量大气压时，用到的公式是p=F/S，所以要分别得出大气压力F和活塞的横截面积S．利用二力平衡可得出大气压力，并知道活塞的面积S，便可求出大气压的值了。
② 高压锅
【题干】如图所示是高压锅的示意图，锅盖上有一个竖直空心柱为排气孔，空心柱上配有一个限压阀，当高压锅内的气体压强超过安全值时，锅内气体就会冲开限压阀，放出一部分水蒸气，使锅内气体压强减小．现有一个直径为22cm，空心柱小孔的横截面积为10㎜2，限压阀的质量为100g的高压锅，用它来煮饭，若当时的大气压为1.0×105Pa．问：
（1）此高压锅内气体的最大压强是多少？
（2）经商品质量检测部门检测，此高压锅气体的最大压强不能超过1.8×105Pa，要使此高压锅能继续安全使用，原来的限压阀还能使用吗？若不能，应再配一个质量为多大的限压阀（g取10N/kg）
【答案】2.5×105Pa；80g
【解析】
【选题目的】此题涉及到大气压强的综合应用，重力计算，压强大小及其计算等知识点。这是一道数学与物理的综合题目，要求学生具备一定的科学综合能力，计算式还要注意单位的统一。
【例题3】流体压强和流速的关系
【题干】学习了“流体压强与流速的关系”后，为了解决“H”形地下通道中过道的通风问题，同学们设计了如下几种方案。如图所示，黑色部分为墙面凸出部分，“M”为安装在过道顶的换气扇，其中既有效又节能的是 ( )
【答案】C
【解析】：要想让风经过过道，过道左右两端的气压应该不同，所以过道左右两端的通风道中的空气流动速度不同。如A图，过道左右两端的通风道相同，所以过道左右两端的通风道中的空气流动速度相同，不合理，如图B，过道左右两端的通风道相同，所以过道左右两端的通风道中的空气流动速度相同，不合理。如图C，过道右端的通风道有凸起，所以相同时间风经过过道右端的通风道时的路程长，则风速较快，所以过道右端的气压小于左端的气压，所以空气会从过道的左端流向右端，过道中有风通过．此方案不需要消耗其他能量，既有效又节能．此方案合理。如图D，过道中有电动机，电动机工作时过道中空气流动速度加快，气压减小，空气会从过道口流进来而通风，但需要消耗电能，故此方案虽有效但不节能，不合理。故选C。
【选题目的】本题的解题关键是了解气体压强与流速的关系及各方案的形状、特点，注意“既有效又节能”的条件。
【例题4】压强综合计算
【题干】如图所示，质量为1kg的圆柱玻璃管倒放在水中，横截面积为50cm2（玻璃管壁排开水的体积不计）求（1）玻璃管内气体压强是多少；（2）H为多少米？
【答案】1.03×105Pa；0.2m
【解析】
【选题
目的】本题考查了固体压强和液体压强公式、重力公式的灵活应用，关键是会对圆柱玻璃管正确的受力分析，这也是本题的难点。
四、课堂练习
【基础】
(2016·衢州)在验证大气压存在的覆杯实验中，小柯认为：“实验中纸片不掉落完全是因为纸片被杯口的水粘住了，而与大气压无关”。下列能帮助小柯改变这种想法的实验是(　　)
A．如图甲，换用不同种类的纸片做覆杯实验，纸片都不掉落
B．如图乙，覆杯实验中将杯口朝向不同方向，纸片均不掉落
C．如图丙，将一张湿纸覆盖在空杯子的杯口，倒转杯子纸片不掉落
D．如图丁，在密闭钟罩内做覆杯实验，抽出钟罩内空气的过程中纸片掉落
答案：D
做托里拆利实验时，对实验结果有影响的是（?? ）
A.玻璃管的粗细，越粗，测得的结果越小B.玻璃管的长短，越长，测得的结果越大C.稍倾斜，倾斜时不准确，只有竖直时才准确D.在山上和山下做，在山上测得的值小，在山下测得的值大
答案：D
【巩固】
(2015·常州)为改善地铁地下车站的通风状况，小明设计了抽气管道，利用地面横风实现自动抽气。为提高抽气效果，管道上方遮雨盖的形状应设计成下列图中的(　)

答案：B
如图所示，该装置是某医院内给病人输液的部分装置示意图，乙瓶内液体不断通过Q管输入病人体内，刚开始输液时，甲、乙两瓶内药液量相等，液面相平．过了一会儿，观察两个输液瓶时会发现（此时两个输液瓶内还有大量的溶液）（　　）
A． 甲瓶中的液面高 B． 乙瓶中的液面高
C． 甲、乙两瓶中的液面一样高 D． 以上三种情况均有可能
答案：B
【拔高】
(2016·宁波)洗衣服时，小科发现肥皂泡在不断地破裂。小科觉得，肥皂泡的破裂可能与肥皂泡内气压大小有关，而肥皂泡内的气压大小可能与肥皂泡的半径大小有关。为此小科用如图所示的装置进行探究：
【实验步骤】
①闭合阀门3，打开阀门1和2，吹出较大的肥皂泡A，闭合阀门2；
②打开阀门3，用同一肥皂水吹出较小的肥皂泡B，闭合阀门1；
③打开阀门2，观察并记录实验现象。
【实验现象】肥皂泡A变大，肥皂泡B变小。
【实验结论】相同条件下，肥皂泡半径越大，肥皂泡内的气体压强越________。
【实验反思】如果上述结论同样适用于半径达到一定值后的气球，小科就能解释用嘴吹气球时，当吹到一定程度后，越吹所需要的力越________的原因。
答案：小；小
高压锅是家庭厨房中常见的炊具，利用它可以将食物加热到100℃以上．它省时高效，深受消费者欢迎．
（1）请问高压锅的设计运用了哪些物理知识？
（2）小明在有关媒体上看到了由于出气孔堵塞，致使高压锅爆炸的报道后，给厂家提出了一个增加易熔片（熔点较低的合金材料）的改进建议．现在生产的高压锅已普遍增加了含有易熔片的出气孔（如图1）．试说明小明建议的物理道理
（3）小明测得家中高压锅出气孔的直径为4mm，压在出气孔上的安全阀的质量为80g．通过计算并对照图象（图2）说明利用这种高压锅烧水时，最高温度大约是多少？假若要把这种高压锅向西藏地区销售，你认为需要做哪方面的改进，如何改进？
答案：（1）高压锅是密封的，锅内水汽化形成的水蒸气不能跑出去，使锅内水面上的气压增大，水的沸点升高；（2）最高温度大约是116℃；（3）增加限压阀的质量．
课后作业
【 基础】
2017年1月，一段视频在YouTube上疯传，外国学生将鸡蛋壳敲碎后，将蛋黄蛋清放入烧杯中，后放入真空装置中，在装置抽气过程中，“鸡蛋”竟然沸腾了，以下说法正确的是
A.鸡蛋沸腾原因是因为热传递引起的。B.液体的沸点于气压有关，气压越高液体的沸点越低。C.若将鸡蛋换成热水，在抽气真空过程中，也能看到热水沸腾的现象。D.物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质,称为惯性，故沸腾的鸡蛋不具有惯性。
答案：C
假如在“流体中流速越大的位置压强越大”。则不会出现的情况是（? ）
A.跑车尾翼的截面形状应该反过来B.两艘并列同向行驶的船只不会相撞C.地铁、火车站的站台安全线不必设置D.喷雾器再怎么用力吹也喷不出雾来
答案：C
【巩固】
如图所示，把装水的大烧杯放在水平升降台上，将一轻质玻璃杯倒扣在水中，玻璃杯内封闭一些气体，玻璃杯底用支架固定，支架在水中部分的体积忽略不计，水面都是静止的．将升降台缓慢升起一定高度（玻璃杯口没有接触大烧杯底部），水面静止后，下列说法正确的是（?? ）
A.玻璃杯内的气体压强逐渐变小
B.玻璃杯外、内水面高度差不变
C.大烧杯底部内表面受到的压强变大
D.支架对玻璃杯的压力变小
答案：D
烧瓶内有一定质量的水，用火加热至沸腾，然后撤去火使瓶内的水停止沸腾。迅速用橡皮塞盖住瓶口后倒置，再向瓶底浇冷水，如下图所示，瓶中的水又会沸腾，这是因为(?? )
A、瓶内气体温度升高，压强增大，水的沸点降低
B、瓶内气体温度降低，压强减小，水的沸点降低
C、瓶内气体温度降低，压强减小，水的沸点升高
D、瓶内气体温度升高，压强增大，水的沸点升高
答案：B
(2016·福建)物理老师在实验室做“流体压强与流速关系”的演示实验：图甲所示的是由粗细不同的三节塑料管A、B、C连接而成的装置，三节管中分别接有三个相同传感器的探头，传感器与电脑相连。老师将抽气机与C管右端相连后开始抽气，电脑绘制出的三节管中的气体压强随时间变化的p－t图像如图乙所示。则下列描述正确的是(　　)
A．抽气过程中，三节管中的气体流速相同
B．实验室的大气压为101.0kPa
C．0～4s，C管中的气体压强变化最大
D．图像③是A管中的气体压强随时间变化的图像
答案：D
【拔高】
一根试管竖直放置，5cm长水银柱封住一部分气体，那么气体的压强为（? ）
A. 81cm水银柱
B. 71cm水银柱
C. 76cm水银柱
D. 86cm水银柱
答案：A
（2017?衢州）小柯设计了一个“不用绳子扎口的气球”，如图所示，先将气球放入玻璃瓶中，再将球口紧套在玻璃瓶口，从抽气口抽气，观察到气球变大；停止抽气后，马上用橡皮套封住抽气口，此时气球不用绳子扎，也能保持膨胀状态。假设抽气前后气球内的气压分别是P1、P2 ， 瓶内的气压分别是P3、P4 ， 则下列关系正确的是（?? ）
A、P1B、P1=P2?
C、P3D、P3=P4
答案：B