大氣壓強隨濕度溫度變化的解釋商榷

覆蓋在地球周圍的大氣對浸在其中物體的壓強受各種因素的影響，其中濕度#65380;溫度是兩個重要因素，大氣壓強的知識出現在初中物理教材中的固體液體壓強之后，筆者總結同行的研究結果，提出一些自己的觀點#65377;

一#65380; 教材中大氣壓強的主要知識點

1.大氣的壓強

(1)大氣壓強的定義:大氣對浸在它里面的物體的壓強叫做大氣壓強，簡稱大氣壓#65377;(2)大氣壓強產生的原因:地球對空氣的引力產生的#65377;(3)大氣壓強存在事例:馬德堡半球實驗，兩個皮碗口對口擠壓，然后兩手用力往外拉，發現要用較大的力才能拉開;“瓶吞蛋”實驗;“覆杯實驗”#65377;(4)大氣壓強的特點:大氣向各個方向都有壓強#65377;

2.大氣壓強的大小

托里拆利實驗證明:大氣壓強跟760mm高水銀柱產生的壓強相等

P_大氣=P_水銀=ρ_水銀gh=13.6×10³×9.8×0.76=1.01×10⁵帕

3.大氣壓強的變化

(1)大氣壓強隨高度減小:越到高空大氣越稀薄，那里的大氣壓強越小;在海平面至3千米高度之間，每升高1千米，大氣壓值約減小104帕;3千米以上，每升高1千米，大氣壓值減小量逐漸變小#65377;(2)標準大氣壓:1標準大氣壓=1.01325×10⁵帕#65377;(3)當大氣壓降低時，常伴有多云天氣#65377;

二#65380; 當前對大氣壓隨濕度溫度變化的解釋

教材中指出當大氣壓降低時常伴有多云天氣，意指大氣壓降低與多云天氣相伴;從物理上講即空氣中水蒸汽含量大，氣壓低#65377;針對新舊版本教材，很多參考資料中出現了考查晴天大氣壓與陰天大氣壓#65380;冬天大氣壓與夏天大氣壓關系的題目，甚至出現在考題中#65377;這類題目實際上是考查大氣壓隨濕度#65380;溫度變化的規律，學生往往不易作答，只能在教師的指導下記住結果，但處于求知欲旺盛的初中學生往往會問為什么?教師雖然可以給出解釋但往往不能使學生滿意，甚至有些解釋細究起來不妥甚至是錯誤的，歸納起來大致有以下幾種解釋#65377;

1.直觀地解釋

陰天地區水蒸汽分子多，將一部分空氣分子“擠”到其他地區，由于水蒸汽分子量小于空氣分子量，所以混合氣體密度減小，壓在地面或物體單位面積上的力變小——壓強減小;夏天空氣中水蒸汽分子含量多，與上面的理由相同，所以夏天壓強比冬天小#65377;

2.用分子運動論的觀點進行解釋

氣體對浸在其中物體的壓強是由于大量氣體分子不斷撞擊的結果，每一個分子撞擊力的大小是偶然的，但大量分子對物體表面形成一個穩定持續的壓力，單位面積上的壓力就是壓強#65377;總的來說壓強的大小與分子的質量#65380;分子運動的平均速率#65380;單位時間打到單位面積上的分子數有關:分子質量大#65380;平均速率大壓強就大，而分子的平均速率決定于溫度，溫度越高，分子運動的平均速率越大;單位時間打到單位面積上的分子數決定于氣體分子的數密度#65377;由于陰天地區水蒸汽分子多于晴天地區，平均分子量小，壓強就小;冬天溫度降低空氣收縮，空氣分子數密度增大，單位時間打到單位面積上的分子數增多所以壓強比夏天大(此種解釋回避了冬天溫度低使壓強減少的因素)#65377;

3.分子“浮#65380;沉”解釋

陰天地區由于多了大量的水分子而空氣分子被擠到了高空，地面附近的空氣平均分子量減小，根據撞擊理論，壓強減小;夏天溫度高，空氣遇熱膨脹，存在于高空的分子數增多，地面附近分子數密度減少，根據撞擊理論，壓強減小#65377;

4.空氣流動解釋

陰天地區由于多了大量的水分子而空氣分子被擠到了其他地區，地面附近的空氣平均分子量減少，根據撞擊理論，壓強減小;夏天溫度高空氣遇熱膨脹，空氣分子被擠到了處于冬季的南半球，地面附近分子數密度減少，根據撞擊理論，壓強減小#65377;

三#65380; 解釋物理現象應遵從的原則及對以上解釋的討論

1.科學性

這是解釋任何現象所必須遵從的原則，如果失去科學性任何華麗的詞句都是無用的#65377;決定一個物理量的因素很多，在解釋時必須從實際出發找出主要因素#65377;

2.簡單性

對物理現象的解釋應遵從簡單明了的原則，這樣既便于學習者理解，又容易使初學者產生學習興趣#65377;

3.與現有知識的銜接性

對于初學物理的學生來講，最忌諱用他們從未有過的經驗#65380;從未學過的知識解釋目前的知識，這樣會使得他們無所適從，感到在云里霧里#65377;

用分子運動論的理論解釋雖然是根本的解釋，但根據以上原則顯然是不恰當的，由于分子運動論在高中才詳細學習，在初中讓學生應用是不現實的;況且以上的解釋也有牽強之處，它只指出了冬天空氣分子的數密度增大，而沒有涉及溫度降低分子速率減小的因素#65377;分子“浮#65380;沉”的解釋也有不妥#65377;有人做過估算，分子浮沉對大氣壓的影響不超過0.3%，遠小于冬#65380;夏的氣壓差;北京地區一年平均氣溫和平均壓強見表一，由表中的數字可以看出，1月份平均溫度最低，而平均壓強最大為1.021帕，7月份平均溫度最高，而平均壓強最小為0.9960帕，二者相差2.5%，比0.3%大一個數量級#65377;

表一 北京地區一年中各月的平均溫度及平均壓強觀測的數據

如何解釋既不違反以上原則，又有說服力呢?我們認為用空氣流動解釋法附以空氣因受重力而產生壓強進行綜合解釋是合適的#65377;即:陰天地區的空氣中由于多了大量的水蒸汽分子而空氣分子被擠到了其他地區，陰天地區的空氣平均密度減少，空氣柱的質量減少，所以壓在地面或物體單位面積上的力變小壓強減小;夏天溫度高空氣遇熱膨脹，部分空氣分子遷移到了處于冬季的南半球，空氣柱的質量減少，壓強減小#65377;

以上的說法是符合實際的，同時也是初中生在現有知識的基礎上能夠接受的#65377;陰天地區由于存在水蒸氣分子，導致空氣分子向其他地區擴散而使陰天地區的空氣平均密度減少;溫度高的地區熱空氣上升而形成低壓區，冷空氣下降而形成高壓區，這是教材第66頁圖10-4-9所描述的;在地面空氣由高壓區流向低壓區，在高空由低壓區流向高壓區而形成貿易風#65377;氣體壓強的實質雖是碰撞，但重力即地球引力是使空氣分子存在于地球周圍的原因，稍精確的計算表明地球表面所受到的壓力就是所有空氣分子的重力#65377;

(責任編輯 孫曉雯)