大氣壓的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用

劉建國

地球周圍被厚厚的空氣包圍著.我們生活在大氣層的底部，會受到大氣壓強(qiáng)的作用，但我們并沒有感受到大氣壓強(qiáng)的作用，大氣壓也沒有給我們帶來任何的不適感.那么人們是如何發(fā)現(xiàn)大氣壓的.大氣壓的特點是什么，大氣壓強(qiáng)是多少呢？

大氣壓是怎么被發(fā)現(xiàn)的

在17世紀(jì)中葉，意大利的礦工們發(fā)現(xiàn)了一個奇特的現(xiàn)象：一臺抽水機(jī)至多能把水抽到距水面10m高處，無論怎樣改進(jìn)抽水機(jī)，也不能把水抽得更高了.意大利科學(xué)家托里拆利反復(fù)分析了這一現(xiàn)象后猜想：空氣可能是有質(zhì)量的，會對浸在它里面的物體產(chǎn)生壓強(qiáng)，而這個壓強(qiáng)有一定的大小，迫使水所能達(dá)到的高度有一個限度，它還可以使密度不同的液體上升到不同的高度.他想到水銀的密度是水的13.6倍，猜想在同樣的壓力條件下，水銀上升的高度應(yīng)該是水的13.6.于是，他把一支Im長、一端封閉的玻璃管灌滿水銀，用手指堵住管口，倒過來放進(jìn)水銀槽里，放開手指，發(fā)現(xiàn)無論這個管子是粗還是細(xì)，是長還是短，是斜放還是直放，最后水銀柱都停留在距離槽內(nèi)水銀表面76cm高的地方，正好是抽水機(jī)所抽水的高度的13.6.托里拆利實驗不但揭示了大氣壓的存在，而且測出了大氣壓的值.

例1 我們生活的空間存在著大氣壓，只是我們平時沒有在意它的存在.現(xiàn)提供下列器材：A.塑料吸盤兩個；B.玻璃片一塊；C.玻璃杯一個；D.帶吸管的紙盒飲料一盒；E.水.請你選擇所需器材，設(shè)計一個小實驗來證明大氣壓的存在.

（1）寫出你所選用的器材，并簡述你的實驗方法及觀察到的現(xiàn)象.

（2）請舉出一個在生活中應(yīng)用大氣壓的例子.

解析：證明大氣壓存在的現(xiàn)象很多，例如選擇A、E，將兩個吸盤沾一下水，將它們正對并擠壓在一起，結(jié)果用很大的力才能把它們拉開，因為經(jīng)過擠壓.吸盤里的氣體被擠出，吸盤外的大氣壓就把它們緊緊地壓在了一起.我們平時用吸管喝牛奶、醫(yī)生用針筒抽藥水等都是應(yīng)用大氣壓的例子.

答案：（1）實驗器材：A、E.實驗方法：將兩個吸盤沾一下水，將它們正對并擠壓在一起，然后用力將它們拉開.實驗現(xiàn)象：用很大的力才能把它們拉開.（2）醫(yī)生用針管抽藥水時，先要排出針管內(nèi)的空氣，才能將藥水抽入針管中.

大氣壓的特點

空氣有質(zhì)量，對浸在它里面的任何物體都會產(chǎn)生壓強(qiáng).空氣像液體一樣具有流動性，因此空氣內(nèi)部向各個方向都有壓強(qiáng)，大氣壓強(qiáng)隨高度的增加而減小.

例2周末，小明在家里利用礦泉水瓶做了有關(guān)大氣壓強(qiáng)的實驗.在礦泉水瓶中裝滿水.用紙片蓋住瓶口后倒置，紙片不會落下：再將礦泉水瓶瓶口朝左、朝右等方向放置，紙片都不會落下，如圖1.該現(xiàn)象說明了___.

解析：大氣對浸在它里面的物體有壓強(qiáng)，將礦泉水瓶倒置，水不流出，紙片不會落下，說明紙片始終受到大氣壓的作用，將瓶口朝左、朝右等方向放置，紙片也不會落下.水不會流出，說明了大氣內(nèi)部向各個方向都有壓強(qiáng).

答案：大氣有壓強(qiáng)且朝各個方向都有壓強(qiáng)

例3如圖2所示是小明同學(xué)自制的水氣壓計，現(xiàn)在讓他拿著這個裝置從教學(xué)樓的一樓走上六樓，則玻璃管中的水柱高度變化是（）.

A.升高

B.降低

C.不變

D.無法確定

解析：由圖2可知，瓶內(nèi)氣壓等于外界大氣壓p大與水氣壓計中液柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)pgh之和，即p內(nèi)=p大+pgh.由于大氣壓隨高度的增加而減小，所以將水氣壓計從一樓拿到六樓，大氣壓減小了，而瓶內(nèi)的空氣壓強(qiáng)保持不變，所以pgh會增大，由于水的密度不變，故水柱h會升高.

答案：A

大氣壓的測量方法

初巾階段接觸到的測量大氣壓的方法有四種：第一種是托里拆利實驗，這是人們第一次精確測量出大氣壓的方法；第二種是利用p=F/S測出大氣壓的大小，這種方法產(chǎn)生的誤差較大：第三種是自制氣壓計，它只能看出大氣壓的變化，不能精確測出大氣壓的值；第四種是現(xiàn)在用得最多的無液氣壓計，同學(xué)們可以了解一下，

例4 已知1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的值約為lo5Pa.小明同學(xué)想通過實驗探究大氣壓究竟有多大，他設(shè)計的實驗方案是：將沾水的塑料掛鉤的吸盤按在光滑的水平玻璃板上，擠出里面的空氣：用彈簧測力計鉤著掛鉤緩慢往上拉，直到吸盤脫離玻璃板，如圖3：記錄剛剛拉脫吸盤時彈簧測力計的讀數(shù)，這就是大氣對吸盤的壓力；量出吸盤與玻璃板的接觸面積，即可算出大氣壓值.他選擇的實驗器材是：量程為5N的彈簧測力計，塑料掛鉤的吸盤底面積為5cm2.

（1）這種通過測量拉力和接觸面積來計算大氣壓強(qiáng)的方法是否可行？

（2）如果上述實驗方案可行，小明同學(xué)選擇的實驗器材能否測出大氣壓的值？請你進(jìn)行分析和評估.

解析：（1）塑料掛鉤的吸盤是靠大氣壓緊緊地壓在玻璃板上的，用彈簧測力計拉塑料掛鉤的吸盤時，若拉力小于大氣壓力，吸盤不能被拉開；若拉力大干大氣壓力，吸盤能被拉開.因此，剛剛拉脫吸盤時的拉力等于大氣對吸盤的壓力，若知道吸盤的面積，根據(jù)p=等即可算出大氣壓的大小，已知1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的值約為losPa，根據(jù)F=pS可以算出實驗中的拉力約為多少.如果算出的拉力小于5N，就可以用量程為SN的彈簧測力計測出大氣壓力：若算出的拉力大干5N，因為超出了彈簧測力計的量程，則用量程為SN的彈簧測力計無法測出大氣壓力，也就無法測出大氣壓的值.

答案：（1）方法可行.（2）不能，根據(jù)l標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的值可算出大氣壓力F=pS=lO5Pax5xlO-4 m2=50N>5N，所以不能用量程為SN的彈簧測力計測I葉1大氣壓的值.

大氣壓的應(yīng)用

我們的生活是與大氣壓息息相關(guān)的，日常牛活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對大氣壓的利用非常多.

例5自來水筆吸墨水時，把筆上的彈簧片按下后松開，墨水即可被吸進(jìn)橡皮管內(nèi)，原因是（）.

A.彈簧片彈力作用的結(jié)果

B.橡皮管有吸引力

C.手對橡皮管有壓力

D.管外墨水面上的大氣壓大于橡皮管內(nèi)的氣壓

解析：當(dāng)把自來水筆上的彈簧片按下后，擠出了橡皮管內(nèi)的一部分空氣，松開彈簧片后，橡皮管內(nèi)的氣體壓強(qiáng)減小，小于管外墨水面上的大氣壓，管外大氣壓將墨水壓進(jìn)自來水筆的橡皮管內(nèi).

答案：D

例6 中醫(yī)常用“拔火罐”治療風(fēng)濕等病癥，其方法是將一酒精棉球點燃放人廣口瓶中燒一會兒后，立刻將廣口瓶瓶口扣在痛處，廣口瓶就會吸在皮膚上，這是為什么？

解析：將一酒精棉球點燃放入廣口瓶中，廣口瓶中的空氣受熱膨脹，有一部分空氣跑到瓶外，使瓶內(nèi)空氣變得稀薄，當(dāng)將廣口瓶瓶口扣在皮膚上的痛處后，瓶內(nèi)氣體溫度降低，氣壓減小，外界大氣壓大于瓶內(nèi)氣壓.廣口瓶就會吸在皮膚上了.

答案：見解析。endprint