生活中应用大气压强知识的情景试题

华庆富

如果你稍稍留意一下就会发现，生活中我们经常会在不知不觉之中应用物理知识解决实际问题，很多时候如果你问具体操作者这是什么原因时，他或许并不能说出个所以然.不过，对于学习过相关知识的我们，应该在面对生活中物理知识的应用事例时，准确地说出其中的道理.下面的两个事例你能给个完美的答案吗？

情景一：星期天，明明同学家的卫生间的马桶堵塞了，他看到爸爸拿着从楼下超市买来的吸盘，按在马桶下水口上下按压几下，很快就将马桶疏通了，如图1所示.

问题1.吸盘为什么能疏通马桶？

问题2.你能由此受到启发，选择合适的器材，设计实验方案测量你所在地方的大气压吗？

解析：问题1中，污物堵住下水道时，我们将吸盘放在下水道口，按下吸盘，吸盘中的空气被挤出一部分，此时吸盘与污物之间的气压变小，外界大气压大于吸盘内气压，于是将吸盘紧紧压在下水道口，使得内外空气不能流通.而污物以下的管道与外界是相通，因此污物以下管道的大气压等与外界大气压.此时形成了污物以下大气压大于污物与吸盘之间向下的大气压。因此当我们将洗盘向上提时，向上的压力差使得污物向上移动，污物与管道间形成空隙，于是水就可以顺利的流下去，随着水流的冲刷，污物也会解体，最终被一起冲走.

问题2中，我们根据P=F/S可知，测出压力F和受力面积S，就可计算出大气压.此时吸盘受到两个力的作用：一是大气作用在吸盘上的大气压力F大，其大小始终不变；另一个是对吸盘向上的拉力F拉，其大小随吸盘被缓慢上拉的同时逐渐增大，F大和F拉是同一直线上反方向的两个力，当F拉略大于F大时，（此时粗略认为F拉等于F大，即平衡）吸盘被拉离，读出此时弹簧测力计的示数F拉，便间接得出F大（F大=F拉），用尺测出吸盘的直径D，算出其面积S，即大气压的作用面积，借助压强公式P=F/S可以粗略算出大气压P.

答案：问题1.压强差所形成的压力差是吸盘疏通下水道的原因；

问题2.（1）用刻度尺测出吸盘的直径D，算出面积S=πD2/4；

（2）将吸盘四周沾上水，挤出里面的空气压在光滑的水平地面上；

（3）用弹簧测力计竖直往上拉吸盘柄，直到吸盘脱离地面，读出弹簧测力计的示数，就是拉力的大小F；

（4）计算出当地大气压强P=F/S=4F/πD2.

点拨：本实验是根据P=F/S的实验原理，结合二力平衡，利用转换法间接测出压力的大小；实验中主要有两个地方带来较大的误差：拉力的测量值稍大于实际值，吸盘内不是真空.

本实验的方案还有很多，关于吸盘面积的测量，我们还可以采用将细线在盘周绕一圈，测量出吸盘周长L，算出直径D=L/π，算出面积S=L2/4π；考虑到拉力比较大，甚至会超过弹簧测力计的量程，所以我们还可以这样测量拉力F：方法1，如图2所示，取一轻质杠杆（质量忽略不计），为使OA、OB分别为阻力臂L2和动力臂L1以方便测量，必须让杠杆处于水平位置，人手作用于玻璃板上向下缓慢拉动，读出拉开玻璃板时弹簧测力计的示数F1，根据杠杆平衡条件可算出F大=F2=F1L1/L2.方法2，如图3所示，取一轻质动滑轮，不计绳重和摩擦，缓慢向上拉动弹簧测力计，读出刚拉开玻璃板时弹簧测力计的示数F1，算出大气压力F大=2F1.最后根据P=F/S都可以算出大气压的值.

情景二：（改编自2012年南京中考17题）如图4所示，压强与浮力的复习课上，老师在一个盛水的玻璃杯内插入一根吸管A，用另一根吸管B对准A的管口上方吹气，看到A的管口有水喷出.老师说：大家不觉得奇怪吗？为什么对着A管口吹气，下面的水会跑上来流出来？难道“水往低处流”这句话是错的？

解析：我们在利用B管对着A管口吹气之前，吸管A和烧杯构成连通器，吸管内和烧杯内液面相平.利用B管对着A管口吹气时，因为流体中流速越大，压强越小，流速越小，压强越大，所以当用B管对着A管口吹气时，A管上方的空气流动速度增大，压强减小，A管下方水面的大气压强不变，于是A管下方水面向上的大气压强大于A管里面大气向下的压强，向上的压强差所形成的向上的压力差，使得A管内的水上升，最终从A管口喷出来.

答案：往B管中吹气，吸管A上方空气的流速增大，压强减小，A管中液体受到向上的压强大于向下的压强，液面上升.

点拨：上述情景中，是利用了流体压强与流速的关系.对于流体压强问题，要明确被研究的物体，物体的哪两个侧面流体流速不同，判断两个侧面的压强情况，进而判断物体在压强差作用下的运动情况.

生活中还会有类似的情景：①平行于岸边航行的船不能靠岸太近.因为平行于岸边航行的船若靠岸太近，此时船与岸间水的流速大、压强小；而另一侧水的流速小、压强大，故在内外压强差的作用下，船被压向岸，可能造成危险；

②用吸管把饮料吸进嘴里.用吸管吸饮料时，吸管内的空气变少，压强变小，管外的大气压大于管内的大气压，故饮料在外界大气压的作用下被压入嘴里；

③狂风会把一些不牢固的建筑物的屋顶掀翻.其原因是屋顶上方的空气流速大，压强小；而屋内的空气流速小，压强大，故在内外压强差的作用下将屋顶掀翻.

很显然，情形③与本题情景是一样的.

练习

1.如图5所示的现象中，能用流体压强与流速关系解释的是（ ）

图5

2.李老师经常引导学生利用身边的生活用品做实验，通过动手动脑，学习物理知识，揭示物理规律.下面图6的实验中不是揭示流体压强与流速关系的是（ ）

图6

3.如图7所示，四幅图对应的与气体压强有关的说法中，与实际不符的是（ ）

图7

4.如图8所示，在装有适量水的盘子中央，固定一支点燃的蜡烛，然后将一个透明的玻璃杯倒扣在蜡烛上，蜡烛火焰很快熄灭，盘中的水在_____的作用下进入杯中.这一过程中，杯中水柱产生的压强将___________.

参考答案

1.C 2.C 3.A 4.大气压 增大

（作者单位：江苏省金湖县实验中学）