大氣壓強與高度的關(guān)系

人教版初中《物理》（九年級）中關(guān)于大氣壓強隨高度變化的論述有這樣一段話：不同高度的大氣壓不一樣，天氣的變化也會影響大氣壓.在海拔3 000 m以內(nèi)，大約每升高10 m，大氣壓減小100 Pa.以上對于大氣壓強隨高度減小的原因并沒有準(zhǔn)確地說出.同學(xué)們都知道，海拔越高的地方，空氣越稀薄，再加上有“天氣的變化也會影響大氣壓”這句話，所以很多同學(xué)錯誤地認為：不同高度的大氣壓強不同是由于空氣密度的分布不均勻造成的.果真如此嗎？

由于氣體壓強產(chǎn)生的原因和液體壓強產(chǎn)生的原因類似，為了說明問題的方便，我們從液體壓強入手分析這個問題.如圖1所示，容器內(nèi)裝有兩種液體，密度分別是ρ1、 ρ2（當(dāng)然ρ1< ρ2），A點位于兩種液體的交界面上，距上表面的距離為h1，B點是交界面下的一點，距交界面的高度為h2.

A點的液體壓強是由于該點上方的液體產(chǎn)生的，則A點的液體壓強為

pA = ρ1 g h1.

B點的液體壓強由兩部分相加，即

pB = ρ1 gh1+ ρ2 g h2.

比較以上兩式，不難發(fā)現(xiàn)：無論ρ1、 ρ2的關(guān)系如何，B點的液體壓強pB均大于A點的液體壓強pA.由此可見，A、B兩點壓強大小不同的原因不是由于密度不同，而是由于深度的不同造成的.

實際上，人就生活在大氣層的底部，相當(dāng)于圖1中的B點，海拔越高的地方（距離大氣層上表面的h越小），則那里的大氣壓強就越小.所以，造成不同高度的兩點大氣壓強大小不同的原因不是由于空氣密度的不均勻造成的，而是由于高度的不同造成的.

那么密度的不同造成了哪些變化呢？下面我們利用函數(shù)圖象來研究這個問題.

假如空氣的分布是均勻的，如圖2所示，設(shè)大氣層的厚度為L，則距離地面為h的某點的大氣壓強為

p= ρ空氣 g（L-h）

=- ρ空氣 gh + ρ空氣gL.

由此可見，p與h之間的函數(shù)關(guān)系是一次函數(shù)，其圖象如圖3所示.而實際的大氣壓強隨高度的變化曲線卻如圖4所示.

兩圖的主要區(qū)別是：圖3中的圖象為直線，圖4中的圖象為曲線.也就是說圖3中大氣壓強隨高度的增加而減小的幅度是均勻的，而圖4中大氣壓強隨高度的增加而減小的幅度卻越來越小.造成這種差別的原因是圖3中空氣的密度分布是均勻的，圖4中空氣的密度分布是不均勻的.

綜上所述，高度的不同決定了大氣壓強變化的趨勢，空氣密度的分布決定了大氣壓強變化的幅度，也就是說大氣壓強隨高度變化的規(guī)律是密度和高度共同作用的結(jié)果.

同學(xué)們，讀了此文后，你們是否理解了教材上說的“海拔3 000 m以內(nèi)，大約每升高10 m，大氣壓減小100 Pa”，為什么加上“大約”這個詞呢？

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文