大气压的发现与应用

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  地球周围被厚厚的空气包围着.我们生活在大气层的底部,会受到大气压强的作用,但我们并没有感受到大气压强的作用,大气压也没有给我们带来任何的不适感.那么人们是如何发现大气压的.大气压的特点是什么,大气压强是多少呢?
  大气压是怎么被发现的
  在17世纪中叶,意大利的矿工们发现了一个奇特的现象:一台抽水机至多能把水抽到距水面10m高处,无论怎样改进抽水机,也不能把水抽得更高了.意大利科学家托里拆利反复分析了这一现象后猜想:空气可能是有质量的,会对浸在它里面的物体产生压强,而这个压强有一定的大小,迫使水所能达到的高度有一个限度,它还可以使密度不同的液体上升到不同的高度.他想到水银的密度是水的13.6倍,猜想在同样的压力条件下,水银上升的高度应该是水的13.6.于是,他把一支Im长、一端封闭的玻璃管灌满水银,用手指堵住管口,倒过来放进水银槽里,放开手指,发现无论这个管子是粗还是细,是长还是短,是斜放还是直放,最后水银柱都停留在距离槽内水银表面76cm高的地方,正好是抽水机所抽水的高度的13.6.托里拆利实验不但揭示了大气压的存在,而且测出了大气压的值.
  例1 我们生活的空间存在着大气压,只是我们平时没有在意它的存在.现提供下列器材:A.塑料吸盘两个;B.玻璃片一块;C.玻璃杯一个;D.带吸管的纸盒饮料一盒;E.水.请你选择所需器材,设计一个小实验来证明大气压的存在.
  (1)写出你所选用的器材,并简述你的实验方法及观察到的现象.
  (2)请举出一个在生活中应用大气压的例子.
  解析:证明大气压存在的现象很多,例如选择A、E,将两个吸盘沾一下水,将它们正对并挤压在一起,结果用很大的力才能把它们拉开,因为经过挤压.吸盘里的气体被挤出,吸盘外的大气压就把它们紧紧地压在了一起.我们平时用吸管喝牛奶、医生用针筒抽药水等都是应用大气压的例子.
  答案:(1)实验器材:A、E.实验方法:将两个吸盘沾一下水,将它们正对并挤压在一起,然后用力将它们拉开.实验现象:用很大的力才能把它们拉开.(2)医生用针管抽药水时,先要排出针管内的空气,才能将药水抽入针管中.
  大气压的特点
  空气有质量,对浸在它里面的任何物体都会产生压强.空气像液体一样具有流动性,因此空气内部向各个方向都有压强,大气压强随高度的增加而减小.
  例2周末,小明在家里利用矿泉水瓶做了有关大气压强的实验.在矿泉水瓶中装满水.用纸片盖住瓶口后倒置,纸片不会落下:再将矿泉水瓶瓶口朝左、朝右等方向放置,纸片都不会落下,如图1.该现象说明了___.
  解析:大气对浸在它里面的物体有压强,将矿泉水瓶倒置,水不流出,纸片不会落下,说明纸片始终受到大气压的作用,将瓶口朝左、朝右等方向放置,纸片也不会落下.水不会流出,说明了大气内部向各个方向都有压强.
  答案:大气有压强且朝各个方向都有压强
  例3如图2所示是小明同学自制的水气压计,现在让他拿着这个装置从教学楼的一楼走上六楼,则玻璃管中的水柱高度变化是().
  A.升高
  B.降低
  C.不变
  D.无法确定
  解析:由图2可知,瓶内气压等于外界大气压p大与水气压计中液柱产生的压强pgh之和,即p内=p大 pgh.由于大气压随高度的增加而减小,所以将水气压计从一楼拿到六楼,大气压减小了,而瓶内的空气压强保持不变,所以pgh会增大,由于水的密度不变,故水柱h会升高.
  答案:A
  大气压的测量方法
  初巾阶段接触到的测量大气压的方法有四种:第一种是托里拆利实验,这是人们第一次精确测量出大气压的方法;第二种是利用p=F/S测出大气压的大小,这种方法产生的误差较大:第三种是自制气压计,它只能看出大气压的变化,不能精确测出大气压的值;第四种是现在用得最多的无液气压计,同学们可以了解一下,
  例4 已知1标准大气压的值约为lo5Pa.小明同学想通过实验探究大气压究竟有多大,他设计的实验方案是:将沾水的塑料挂钩的吸盘按在光滑的水平玻璃板上,挤出里面的空气:用弹簧测力计钩着挂钩缓慢往上拉,直到吸盘脱离玻璃板,如图3:记录刚刚拉脱吸盘时弹簧测力计的读数,这就是大气对吸盘的压力;量出吸盘与玻璃板的接触面积,即可算出大气压值.他选择的实验器材是:量程为5N的弹簧测力计,塑料挂钩的吸盘底面积为5cm2.
  (1)这种通过测量拉力和接触面积来计算大气压强的方法是否可行?
  (2)如果上述实验方案可行,小明同学选择的实验器材能否测出大气压的值?请你进行分析和评估.
  解析:(1)塑料挂钩的吸盘是靠大气压紧紧地压在玻璃板上的,用弹簧测力计拉塑料挂钩的吸盘时,若拉力小于大气压力,吸盘不能被拉开;若拉力大干大气压力,吸盘能被拉开.因此,刚刚拉脱吸盘时的拉力等于大气对吸盘的压力,若知道吸盘的面积,根据p=等即可算出大气压的大小,已知1标准大气压的值约为losPa,根据F=pS可以算出实验中的拉力约为多少.如果算出的拉力小于5N,就可以用量程为SN的弹簧测力计测出大气压力:若算出的拉力大干5N,因为超出了弹簧测力计的量程,则用量程为SN的弹簧测力计无法测出大气压力,也就无法测出大气压的值.
  答案:(1)方法可行.(2)不能,根据l标准大气压的值可算出大气压力F=pS=lO5Pax5xlO-4 m2=50N>5N,所以不能用量程为SN的弹簧测力计测I叶1大气压的值.
  大气压的应用
  我们的生活是与大气压息息相关的,日常牛活和工农业生产中对大气压的利用非常多.
  例5自来水笔吸墨水时,把笔上的弹簧片按下后松开,墨水即可被吸进橡皮管内,原因是().
  A.弹簧片弹力作用的结果
  B.橡皮管有吸引力
  C.手对橡皮管有压力
  D.管外墨水面上的大气压大于橡皮管内的气压
  解析:当把自来水笔上的弹簧片按下后,挤出了橡皮管内的一部分空气,松开弹簧片后,橡皮管内的气体压强减小,小于管外墨水面上的大气压,管外大气压将墨水压进自来水笔的橡皮管内.
  答案:D
  例6 中医常用“拔火罐”治疗风湿等病症,其方法是将一酒精棉球点燃放人广口瓶中烧一会儿后,立刻将广口瓶瓶口扣在痛处,广口瓶就会吸在皮肤上,这是为什么?
  解析:将一酒精棉球点燃放入广口瓶中,广口瓶中的空气受热膨胀,有一部分空气跑到瓶外,使瓶内空气变得稀薄,当将广口瓶瓶口扣在皮肤上的痛处后,瓶内气体温度降低,气压减小,外界大气压大于瓶内气压.广口瓶就会吸在皮肤上了.
  答案:见解析。
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