生活中應用大氣壓強知識的情景試題

華慶富

如果你稍稍留意一下就會發現，生活中我們經常會在不知不覺之中應用物理知識解決實際問題，很多時候如果你問具體操作者這是什么原因時，他或許并不能說出個所以然.不過，對于學習過相關知識的我們，應該在面對生活中物理知識的應用事例時，準確地說出其中的道理.下面的兩個事例你能給個完美的答案嗎？

情景一：星期天，明明同學家的衛生間的馬桶堵塞了，他看到爸爸拿著從樓下超市買來的吸盤，按在馬桶下水口上下按壓幾下，很快就將馬桶疏通了，如圖1所示.

問題1.吸盤為什么能疏通馬桶？

問題2.你能由此受到啟發，選擇合適的器材，設計實驗方案測量你所在地方的大氣壓嗎？

解析：問題1中，污物堵住下水道時，我們將吸盤放在下水道口，按下吸盤，吸盤中的空氣被擠出一部分，此時吸盤與污物之間的氣壓變小，外界大氣壓大于吸盤內氣壓，于是將吸盤緊緊壓在下水道口，使得內外空氣不能流通.而污物以下的管道與外界是相通，因此污物以下管道的大氣壓等與外界大氣壓.此時形成了污物以下大氣壓大于污物與吸盤之間向下的大氣壓。因此當我們將洗盤向上提時，向上的壓力差使得污物向上移動，污物與管道間形成空隙，于是水就可以順利的流下去，隨著水流的沖刷，污物也會解體，最終被一起沖走.

問題2中，我們根據P=F/S可知，測出壓力F和受力面積S，就可計算出大氣壓.此時吸盤受到兩個力的作用：一是大氣作用在吸盤上的大氣壓力F大，其大小始終不變；另一個是對吸盤向上的拉力F拉，其大小隨吸盤被緩慢上拉的同時逐漸增大，F大和F拉是同一直線上反方向的兩個力，當F拉略大于F大時，（此時粗略認為F拉等于F大，即平衡）吸盤被拉離，讀出此時彈簧測力計的示數F拉，便間接得出F大（F大=F拉），用尺測出吸盤的直徑D，算出其面積S，即大氣壓的作用面積，借助壓強公式P=F/S可以粗略算出大氣壓P.

答案：問題1.壓強差所形成的壓力差是吸盤疏通下水道的原因；

問題2.（1）用刻度尺測出吸盤的直徑D，算出面積S=πD2/4；

（2）將吸盤四周沾上水，擠出里面的空氣壓在光滑的水平地面上；

（3）用彈簧測力計豎直往上拉吸盤柄，直到吸盤脫離地面，讀出彈簧測力計的示數，就是拉力的大小F；

（4）計算出當地大氣壓強P=F/S=4F/πD2.

點撥：本實驗是根據P=F/S的實驗原理，結合二力平衡，利用轉換法間接測出壓力的大小；實驗中主要有兩個地方帶來較大的誤差：拉力的測量值稍大于實際值，吸盤內不是真空.

本實驗的方案還有很多，關于吸盤面積的測量，我們還可以采用將細線在盤周繞一圈，測量出吸盤周長L，算出直徑D=L/π，算出面積S=L2/4π；考慮到拉力比較大，甚至會超過彈簧測力計的量程，所以我們還可以這樣測量拉力F：方法1，如圖2所示，取一輕質杠桿（質量忽略不計），為使OA、OB分別為阻力臂L2和動力臂L1以方便測量，必須讓杠桿處于水平位置，人手作用于玻璃板上向下緩慢拉動，讀出拉開玻璃板時彈簧測力計的示數F1，根據杠桿平衡條件可算出F大=F2=F1L1/L2.方法2，如圖3所示，取一輕質動滑輪，不計繩重和摩擦，緩慢向上拉動彈簧測力計，讀出剛拉開玻璃板時彈簧測力計的示數F1，算出大氣壓力F大=2F1.最后根據P=F/S都可以算出大氣壓的值.

情景二：（改編自2012年南京中考17題）如圖4所示，壓強與浮力的復習課上，老師在一個盛水的玻璃杯內插入一根吸管A，用另一根吸管B對準A的管口上方吹氣，看到A的管口有水噴出.老師說：大家不覺得奇怪嗎？為什么對著A管口吹氣，下面的水會跑上來流出來？難道“水往低處流”這句話是錯的？

解析：我們在利用B管對著A管口吹氣之前，吸管A和燒杯構成連通器，吸管內和燒杯內液面相平.利用B管對著A管口吹氣時，因為流體中流速越大，壓強越小，流速越小，壓強越大，所以當用B管對著A管口吹氣時，A管上方的空氣流動速度增大，壓強減小，A管下方水面的大氣壓強不變，于是A管下方水面向上的大氣壓強大于A管里面大氣向下的壓強，向上的壓強差所形成的向上的壓力差，使得A管內的水上升，最終從A管口噴出來.

答案：往B管中吹氣，吸管A上方空氣的流速增大，壓強減小，A管中液體受到向上的壓強大于向下的壓強，液面上升.

點撥：上述情景中，是利用了流體壓強與流速的關系.對于流體壓強問題，要明確被研究的物體，物體的哪兩個側面流體流速不同，判斷兩個側面的壓強情況，進而判斷物體在壓強差作用下的運動情況.

生活中還會有類似的情景：①平行于岸邊航行的船不能靠岸太近.因為平行于岸邊航行的船若靠岸太近，此時船與岸間水的流速大、壓強小；而另一側水的流速小、壓強大，故在內外壓強差的作用下，船被壓向岸，可能造成危險；

②用吸管把飲料吸進嘴里.用吸管吸飲料時，吸管內的空氣變少，壓強變小，管外的大氣壓大于管內的大氣壓，故飲料在外界大氣壓的作用下被壓入嘴里；

③狂風會把一些不牢固的建筑物的屋頂掀翻.其原因是屋頂上方的空氣流速大，壓強小；而屋內的空氣流速小，壓強大，故在內外壓強差的作用下將屋頂掀翻.

很顯然，情形③與本題情景是一樣的.

練習

1.如圖5所示的現象中，能用流體壓強與流速關系解釋的是（ ）

圖5

2.李老師經常引導學生利用身邊的生活用品做實驗，通過動手動腦，學習物理知識，揭示物理規律.下面圖6的實驗中不是揭示流體壓強與流速關系的是（ ）

圖6

3.如圖7所示，四幅圖對應的與氣體壓強有關的說法中，與實際不符的是（ ）

圖7

4.如圖8所示，在裝有適量水的盤子中央，固定一支點燃的蠟燭，然后將一個透明的玻璃杯倒扣在蠟燭上，蠟燭火焰很快熄滅，盤中的水在_____的作用下進入杯中.這一過程中，杯中水柱產生的壓強將___________.

參考答案

1.C 2.C 3.A 4.大氣壓 增大

（作者單位：江蘇省金湖縣實驗中學）