下載地址

資源介紹

第19講 大氣壓強(qiáng) 壓強(qiáng)的研究
19.1 學(xué)習(xí)提要
19.1.1 大氣壓強(qiáng)
地球周圍包圍著厚厚的空氣層（大氣層），這些空氣同樣受到地球的吸引。同時(shí)空氣是可以流動(dòng)的，因此對(duì)浸在空氣中的物體表面就產(chǎn)生了壓強(qiáng)，并且與液體一樣，在大氣層內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，如圖19-1所示的覆杯實(shí)驗(yàn)就證明存在著向各個(gè)方向的大氣壓強(qiáng)。
19.1.2 液體內(nèi)部壓強(qiáng)
托里拆利實(shí)驗(yàn)測(cè)出了大氣壓強(qiáng)的具體數(shù)值。如圖19-2所示，在長(zhǎng)約1m、一端封閉的玻璃管里灌滿水銀，將管口堵住，然后倒插在水銀槽中，放開堵管口的手指時(shí)，管內(nèi)水銀面下降一些就不再下降，這時(shí)管內(nèi)外水銀面的高度差為760mm。管內(nèi)留有760mm高水銀柱的原因正是因?yàn)橛写髿鈮旱拇嬖凇Ｓ梢后w壓強(qiáng)的特點(diǎn)可知，水銀槽內(nèi)液體表面的壓強(qiáng)與玻璃管內(nèi)760mm水銀柱下等高處的壓強(qiáng)應(yīng)是相等的。水銀槽液體表面的壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)，由于玻璃管內(nèi)水銀柱上方是真空的，不受大氣壓力的作用，管內(nèi)的壓強(qiáng)只能由760mm高的水銀柱產(chǎn)生。因此，大氣壓強(qiáng)與760mm高水銀產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等，則有大氣壓強(qiáng)
p0=ρ水銀gh=13.6×103kg/m3×9.8N/kg×0.76m=1.013×105Pa
這是歷史上第一個(gè)測(cè)定大氣壓強(qiáng)數(shù)值大小的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)必須保證玻璃管內(nèi)沒有氣體，這樣內(nèi)外液體壓強(qiáng)差才等于外部大氣壓強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與玻璃管的粗細(xì)、形狀無(wú)關(guān)，只與水銀柱的豎直高度有關(guān)，當(dāng)管子歪斜時(shí)，管內(nèi)水銀柱長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化，但豎直高度不會(huì)變化。由于大氣壓值受多種因素影響，因此通常規(guī)定能支持760mm水銀柱的大氣壓強(qiáng)叫標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即大小為1.013×105Pa，約105Pa。
19.1.3 氣體壓強(qiáng)的常用單位
通常情況下，表示氣體壓強(qiáng)的常用單位有帕斯卡（簡(jiǎn)稱帕）、毫米水銀柱（毫米汞柱）、厘米水銀柱（厘米汞柱）、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，它們的符號(hào)分別是Pa、mmHg、cmHg、atm。
19.1.4 大氣壓的值受高度影響
由于高度越高，大氣越稀薄，即大氣密度越小，因此，大氣壓隨高度增加而減小，隨高度降低而增大。如高山頂與高山腳下的氣壓不相等。海平面附近的大氣壓接近于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即760mmHg。
如果找出了大氣壓隨高度變化的關(guān)系，就可以根據(jù)對(duì)氣壓的測(cè)定推算出所在位置的高度。航空、登山用的高度計(jì)，就是根據(jù)這個(gè)道理制成的。
19.1.5 大氣壓與沸點(diǎn)的關(guān)系
實(shí)驗(yàn)表明，隨著大氣壓的增大，同種液體的沸點(diǎn)也隨之升高，反之就降低。通常說(shuō)水的沸點(diǎn)是100℃，是指1atm下的沸點(diǎn)。氣壓不同時(shí)，水的沸點(diǎn)也不同。如在我國(guó)西藏地區(qū)，水的沸點(diǎn)僅80℃左右。家用高壓鍋內(nèi)水的沸點(diǎn)超過(guò)105℃。
19.2 難點(diǎn)釋疑
19.2.1 大氣壓強(qiáng)
1、大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因解釋
大氣壓產(chǎn)生的原因可以從兩方面解釋。
第一，空氣受重力的作用，空氣又有流動(dòng)性，因此向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)。得細(xì)致一些，由于地球?qū)諝獾奈饔茫諝鈮涸诘孛嫔希鸵康孛婊虻孛嫔系钠渌矬w來(lái)支持它，這些支持著大氣的物體和地面，就要受到大氣壓力的作用。單位面積上受到的大氣壓力，就是大氣壓強(qiáng)。
第二，可以用分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)解釋。因?yàn)闅怏w是由大量做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子組成，而這些分子必然要對(duì)浸在空氣中的物體不斷發(fā)生碰撞。每次碰撞，空氣分子都要給物體表面一個(gè)沖擊力，大量空氣分子持續(xù)碰撞的結(jié)果就體現(xiàn)為大氣對(duì)物體表面的壓力，從而形成大氣壓。若單位體積中含有的分子數(shù)越多，則相同時(shí)間內(nèi)空氣分子對(duì)物體表面單位面積上碰撞的次數(shù)就多，因而產(chǎn)生的壓強(qiáng)也就越大。
2、人們?yōu)楹胃惺懿坏酱髿鈮?br /> 地球周圍包圍著一層厚厚的空氣，通常把這層空氣的整體稱為“大氣”。它上疏下密地分布在地球的周圍，總厚度達(dá)1000km，所有浸在大氣里的物體都要受到大氣作用于它的壓強(qiáng)，就像浸在水中的物體都要受到水的壓強(qiáng)一樣，人在大氣層內(nèi)并不感受到大氣的壓力，這是因?yàn)槿梭w的內(nèi)外部同時(shí)受到氣壓的作用且恰好都相等的緣故。
德國(guó)馬德保市市長(zhǎng)奧托?格里克做的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)證實(shí)了大氣壓的存在，如圖19-3所示。
3、活塞式抽水機(jī)的工作原理
如圖19-4所示為活塞式抽水機(jī)的工作原理示意圖。活塞式抽水機(jī)利用活塞的移動(dòng)來(lái)排出空氣，造成內(nèi)外氣壓差而使水在氣壓作用下上升抽水，當(dāng)活塞提上時(shí)，排氣閥門A關(guān)閉，進(jìn)水閥門B打開，在外界大氣壓的作用下，水從進(jìn)水管通過(guò)進(jìn)水閥門進(jìn)入圓筒中。當(dāng)活塞壓下時(shí)，進(jìn)水閥門B被水壓住關(guān)閉而排氣閥門A打開，水進(jìn)入到活塞上面。再提起活塞，水壓住閥門A，只能從測(cè)管排出。這樣活塞在圓筒中上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷地把水抽出來(lái)。

19.2.2 柱形固體壓強(qiáng)的計(jì)算
柱形固體（如長(zhǎng)方體、正方體、圓柱體等）的重力G=mg=ρVg=ρShg，當(dāng)它放在水平地面上時(shí)，它對(duì)水平地面的壓強(qiáng)p=F/S=G/S=ρShg/S=ρgh。所以，一個(gè)或多個(gè)實(shí)心均勻柱形固體放在水平地面上的壓強(qiáng)問題，可以通過(guò)p=F/S和p=ρgh聯(lián)合求解。
19.2.3 液體對(duì)容器底部的壓力、壓強(qiáng)與容器對(duì)水平桌面的壓力、壓強(qiáng)的計(jì)算
液體對(duì)容器底部的壓力、壓強(qiáng)問題：通常先用p=ρgh計(jì)算壓強(qiáng)，再用F=pS計(jì)算壓力；容器對(duì)水平桌面的壓力、壓強(qiáng)問題，其實(shí)是固體對(duì)水平桌面的壓力、壓強(qiáng)問題：通常先用F=G=mg計(jì)算壓力，再用p=F/S計(jì)算壓強(qiáng)。
19.2.4 什么是“液柱”
對(duì)于非柱形容器中液體對(duì)容器底部的壓力大小等于“液柱”的重力大小，“液柱”是以液體底面面積為“液柱”底面面積大小，以液體的深度為“液柱”高度的一個(gè)設(shè)想的柱形體，如果容器本身是柱形的，則“液柱”等于液體的實(shí)際形狀，如圖19-5（a）所示，ABCD是該容器中的液柱；如圖19-5（b）所示，EFGH是該容器中的液柱。
19.3 例題精析
19.3.1 大氣壓強(qiáng)
例1 在物理實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量大氣壓的儀器是（ ）
A、天平 B、彈簧測(cè)力計(jì) C、氣壓計(jì) D、量筒
【解析】測(cè)量大氣壓的儀器叫做氣壓計(jì)。氣壓計(jì)有水銀氣壓計(jì)和金屬盒氣壓計(jì)。水銀氣壓計(jì)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，但攜帶不方便。
【答案】C

例2 兩位同學(xué)分別在甲、乙兩地同時(shí)做托里拆利實(shí)驗(yàn)，兩地的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖19-6（a）和（b）所示，則兩地海拔高度h甲和h乙相比較（ ）
A、h甲>h乙 B、h甲 C、h甲=h乙 D、無(wú)法比較
【解析】大氣壓主要是由于大氣層受到重力作用產(chǎn)生的，離地面越高的地方，上面的大氣層越稀薄，那里的大氣壓就越小。由圖19-6可知，p甲>p乙，所以乙地海拔高度比甲地海拔高度大。
【答案】B。

例3 如圖19-7所示，有一球形容器A，里面裝有某種氣體，與一個(gè)水銀壓強(qiáng)計(jì)相連，測(cè)得液面之差h為100mm。若外界大氣壓強(qiáng)為760mmHg，則A中氣體的壓強(qiáng)為 mmHg。
【解析】選OO’平面為參考平面。這時(shí)水銀處于靜止?fàn)顟B(tài)，A中氣體的壓強(qiáng)應(yīng)等于外界大氣壓強(qiáng)與h高度水銀柱壓強(qiáng)之和。A中氣體壓強(qiáng)pA=p0+ph=760mmHg+100mmHg=860mmHg。
【答案】860。

例4 如圖19-8（a）所示，玻璃管內(nèi)的水銀柱高36cm，當(dāng)大氣壓為多少時(shí)，管頂內(nèi)側(cè)A點(diǎn)的壓強(qiáng)大小為40cmHg？

【點(diǎn)撥】本題關(guān)鍵是對(duì)玻璃管內(nèi)液片CC’進(jìn)行受力分析，如圖19-8（b）所示。36cm高水銀柱的壓力F水銀=p水銀S=ρ水銀ghS，管內(nèi)側(cè)A點(diǎn)對(duì)液片CC’的壓力為F0，大氣的壓力F0=p0S，由于液片靜止，即F0=F水銀+FA。
【解答】管內(nèi)側(cè)A點(diǎn)壓強(qiáng)與水銀柱的壓強(qiáng)之和應(yīng)等于大氣壓強(qiáng)p0（取OO’為參考平面），即有p0=pA+ph=40cmHg+36cmHg=76cmHg。
【反思】pA的壓強(qiáng)是由p0引起的，p0是原因，pA是結(jié)果。此題的思維過(guò)程是一種逆向思維。若已經(jīng)知道了結(jié)果或結(jié)論來(lái)分析產(chǎn)生這一結(jié)果的原因和條件，就叫做逆向思維。

19.3.2 正方體的壓強(qiáng)
例5 甲、乙、丙三個(gè)實(shí)心正方體分別放在水平地面上，它們對(duì)水平地面的壓強(qiáng)相等，已知ρ甲<ρ乙<ρ丙。若在甲、乙、丙三個(gè)正方體上分別放一個(gè)質(zhì)量相等的銅塊，則三個(gè)正方體對(duì)水平地面的壓強(qiáng)大小關(guān)系為（ ）
A、p甲 C、p甲>p乙>p丙 D、無(wú)法判斷
【解析】本題綜合運(yùn)用p=F/S和p=ρgh解題。
由題意可知，p甲=p乙=p丙，且ρ甲<ρ乙<ρ丙，
根據(jù)p=ρgh，可得h甲>h乙>h丙，
此可推得：S甲>S乙>S丙。
正方體上放上質(zhì)量相等的銅塊后，
p=F/S=(G0+G銅)/S=G0/S+G銅/S=p0+G銅/S
其中p0為p甲、p乙、p丙，且p甲=p乙=p丙，
S為S甲>S乙>S丙，所以，p甲 【答案】A。

19.3.3 液體壓強(qiáng)的比較
例6 如圖19-10（a）所示，盛有某種液體的密閉容器，上底面小，下底面大。此時(shí)，液體未裝滿。現(xiàn)將這個(gè)容器倒置過(guò)來(lái)，問液體對(duì)容器底面的壓力和壓強(qiáng)將怎樣變化？

【解析】顯然倒置過(guò)來(lái)后，h增大，所以p增大，即壓強(qiáng)將增大，應(yīng)用F=pS來(lái)比較液體對(duì)容器底面的壓力，倒置過(guò)來(lái)后，p增大，S減小，那么怎樣比較壓力F的大小呢？
根據(jù)F=pS=ρghS，其中hS表示以容器底面為底面、以液面的深度為高的柱狀液體的體積。也就是，無(wú)論什么容器底面受到的液體壓力大小都等于由底面積和液體深度決定的液柱的重力。即液體對(duì)地面的壓力分別為如圖19-10中圖（b）和圖（c）所示的柱狀A(yù)BCD和柱狀EFGH中液柱的重力，若容器中液體重力為G，那么GABCD>G，GEFGHGEFGH，即壓力變小了。
【答案】液體容器底面受到的壓強(qiáng)將增大，壓力將減小。
19.4強(qiáng)化訓(xùn)練
A卷
1、大氣對(duì)浸在它里面的物體的壓強(qiáng)叫做 。
2、用氣壓計(jì)測(cè)得某地大氣壓為7.9×104Pa，那么該地水的沸點(diǎn) 100℃（選填“大于”、“等于”或“小于”）。
3、人用吸管把飲料吸入口中是 作用的結(jié)果。
4、如圖19-11所示，杯中裝滿水，用紙片蓋嚴(yán)杯口，手按住紙片把杯子倒過(guò)來(lái)，放開手后，水不流出來(lái)，是 力把紙片和水給托住了。
5、高壓鍋是利用增大壓強(qiáng)，使沸點(diǎn) 的原理來(lái)更快地煮熟食物（選填“升高”或“降低”）。
6、意大利科學(xué)家 用實(shí)驗(yàn)首先測(cè)出了大氣壓的值。著名的表明大氣壓強(qiáng)存在的實(shí)驗(yàn)是 。
7、大氣壓強(qiáng)可以用 測(cè)量。1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為 mmHg，等于 Pa。
8、大氣壓隨高度增加而 。液體的沸點(diǎn)與液面上方氣壓有關(guān)，壓強(qiáng)增大，沸點(diǎn) ；壓強(qiáng)減小，沸點(diǎn) 。
9、香山主峰為540m高，山下大氣壓為750mmHg時(shí)，山頂大氣壓 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（選填“大于”、“等于”或“小于”）。
10、在做托里拆利實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)得水銀柱高755mm，若在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持玻璃管不離開水銀面：
（1）將玻璃管豎直上提10mm時(shí)，水銀柱高度為 mm；
（2）將玻璃管豎直壓下10mm時(shí)，水銀柱高度為 mm；
（3）將玻璃管稍微傾斜放置時(shí)，水銀柱高度為 mm。
11、如圖19-12所示的容器內(nèi)盛滿水，由圖19-12可知水對(duì)容器底部的壓強(qiáng)是 Pa。
12、如圖19-13所示，A、B兩容器裝有質(zhì)量相同的水，A容器的底面積較大，則水對(duì)A容器底面的壓強(qiáng) （選填“大于”、“小于”或“等于”）水對(duì)B容器底面的壓強(qiáng)。
13、如圖19-14所示，置于水平桌面上的A、B兩輕質(zhì)容器，底面積相等，注入同種液體，并且液面高度相同，則液體對(duì)A容器底部的壓力 液體對(duì)B容器底部的壓力；液體對(duì)A容器底部的壓強(qiáng) A容器對(duì)桌面的壓強(qiáng)（均選填“大于”、“小于”或“等于”）。
14、如圖19-15所示，瓶中裝有一定量的水，豎直放置時(shí)如圖19-15（a）所示，水對(duì)瓶底的壓強(qiáng)為pA，若將它豎直倒置，如圖19-15（b）所示，水對(duì)瓶蓋的壓強(qiáng)為pB，且pA
15、在如圖19-16所示的三個(gè)底面積相同、形狀不同的容器中裝入相同質(zhì)量的水，則容器底部受到液體壓力最大的是 容器；容器底部受到液體壓強(qiáng)最小的是 容器； 容器底面積上受到液體壓力與液體受到的重力相等。
16、做托里拆利實(shí)驗(yàn)時(shí)，可能使玻璃管中水銀柱豎直高度變小的情況是（ ）
A、使玻璃管向上提高一些（管口不離開水銀面）
B、玻璃管稍傾斜一些
C、在同一地區(qū)，把實(shí)驗(yàn)裝置由平地拿到高山上
D、把玻璃管向下按一些
17、如圖19-17所示，兩個(gè)U形管中裝有水銀，a管內(nèi)封閉端空氣的壓強(qiáng)為p1，b管內(nèi)封閉端空氣的壓強(qiáng)為p2，則（ ）
A、p1>p2 B、p1 C、p1=p2 D、無(wú)法確定
18、關(guān)于液體壓強(qiáng)和壓力的說(shuō)法正確的是（ ）
A、容器底面積一定時(shí)，液體受的重力大，液體對(duì)容器底的壓強(qiáng)就一定大
B、容器底面積一定時(shí)，液體受的重力大，液體對(duì)容器底的壓力就一定大
C、容器底部受到的液體的壓力可能大于它所裝入液體的重力
D、在水平面上放置的容器底部受到的液體的壓力就等于它所裝入的液體的重力
19、如圖19-18所示，豎直放置的試管內(nèi)裝有水，現(xiàn)使其與豎直方向成30°角放置，且將其傾斜時(shí)水不溢出，則在此變化過(guò)程中，水對(duì)試管底部的壓強(qiáng)（ ）
A、變大 B、變小
C、不變 D、不能確定

20、開口的裝滿水的杯子放于水平桌面，若緩慢地將一個(gè)小木塊放入其中，使木塊放入后水面仍然與杯口相平，則水對(duì)杯子底部的（ ）
A、壓力和壓強(qiáng)都增大 B、壓力增大，壓強(qiáng)未變
C、壓力和壓強(qiáng)都未變 D、壓力未變，壓強(qiáng)增大
21、如圖19-19所示，置于桌面上的A、B兩容器重力相等、底面積相等。注入質(zhì)量相等的同種液體后，下列關(guān)于液體對(duì)兩容器底部的壓強(qiáng)和壓力的比較中，正確的是（ ）
A、pA C、pA>pB，F(xiàn)A>FB D、pAFB

22、如圖19-20所示是兩只容積相等、但高度和底面積都不相等的圓柱形容器，都盛滿水且放在水平桌面上，下列關(guān)于兩容器底面受到水的壓強(qiáng)p和壓力F的比較中，正確的是（ ）
A、pA>pB，F(xiàn)A=FB B、pA C、pA=pB，F(xiàn)A=FB D、pA 23、中華第一高樓金茂大廈的最高層距離底面約為440m。要將自來(lái)水從地面用泵壓上去，泵最小要用多大的壓強(qiáng)？（不考慮大氣壓，g取10N/kg）



24、如圖19-21所示，一只玻璃瓶重為6N，底面積為50cm2，內(nèi)裝9N的水，水面距瓶底30cm。求：（1）水對(duì)瓶底的壓強(qiáng)和壓力；（2）玻璃瓶對(duì)水平面的壓力和壓強(qiáng)。




25、油罐里裝著5.3m深的煤油，在罐壁上有2cm2的小孔，用塞子塞著，塞子中心距罐底0.3m，煤油的密度為0.8×103kg/m3。求：（1）煤油對(duì)塞子中心的壓強(qiáng)；（2）煤油對(duì)塞子的壓力。



26、有一圓桶，底面積為0.25m2，內(nèi)盛液體，桶和液體總的重力為1500N。為了減少對(duì)地面的壓強(qiáng)，先在水平地面上放一面積為1m2、重力為100N的正方形木板，然后把圓桶置于木板的中央。求（1）圓桶對(duì)木板的壓強(qiáng)p1；（2）木板對(duì)地面的壓強(qiáng)p1。




27、如圖19-22所示，市場(chǎng)上有一種圓形軟塑料吸盤，把它按在玻璃上，擠出它和玻璃之間的空氣，它就可以“吸”在玻璃上。請(qǐng)你利用這樣的吸盤、彈簧測(cè)力計(jì)和刻度尺來(lái)估測(cè)大氣壓強(qiáng)的數(shù)值。要求：（1）寫出操作步驟；（2）導(dǎo)出大氣壓強(qiáng)的計(jì)算式。





B卷
1、圓臺(tái)形容器中裝滿水，置于水平桌面上，如圖19-23（a）所示，此時(shí)水對(duì)容器底部的壓強(qiáng)為pA，水對(duì)容器底部的壓力為FA，將容器倒置于水平桌面上，如圖19-23（b）所示，此時(shí)水對(duì)容器底部的壓強(qiáng)為pB，水對(duì)容器底部的壓力為FB，則pA pB，F(xiàn)A FB。（均選填“>”、“=”或“<”）
2、如果圖19-23（a）的圓臺(tái)形容器中水沒有裝滿，置于水平桌面上，將容器倒置于水平桌面前后比較，則pA pB，F(xiàn)A FB。（均選填“>”、“=”或“<”）

3、如圖19-24所示，兩個(gè)完全相同的容器A和B，置于水平桌面上，分別倒入水和酒精，并使兩種液體液面相平，則此時(shí)液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)為pA pB，液體對(duì)容器底部的壓力為FA FB。（均選填“>”、“=”或“<”）
4、如果在圖19-24所示容器中，裝入質(zhì)量相等的水和酒精，則此時(shí)液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)為pA pB，液體對(duì)容器底部的壓力為FA FB。（均選填“>”、“=”或“<”）
5、如圖19-25所示，三個(gè)容器中分別裝入三種液體，它們對(duì)容器底部的壓力相等，則液體質(zhì)量最大的為 ，最小的為 。