大气压的发现与应用

刘建国

地球周围被厚厚的空气包围着.我们生活在大气层的底部，会受到大气压强的作用，但我们并没有感受到大气压强的作用，大气压也没有给我们带来任何的不适感.那么人们是如何发现大气压的.大气压的特点是什么，大气压强是多少呢？

大气压是怎么被发现的

在17世纪中叶，意大利的矿工们发现了一个奇特的现象：一台抽水机至多能把水抽到距水面10m高处，无论怎样改进抽水机，也不能把水抽得更高了.意大利科学家托里拆利反复分析了这一现象后猜想：空气可能是有质量的，会对浸在它里面的物体产生压强，而这个压强有一定的大小，迫使水所能达到的高度有一个限度，它还可以使密度不同的液体上升到不同的高度.他想到水银的密度是水的13.6倍，猜想在同样的压力条件下，水银上升的高度应该是水的13.6.于是，他把一支Im长、一端封闭的玻璃管灌满水银，用手指堵住管口，倒过来放进水银槽里，放开手指，发现无论这个管子是粗还是细，是长还是短，是斜放还是直放，最后水银柱都停留在距离槽内水银表面76cm高的地方，正好是抽水机所抽水的高度的13.6.托里拆利实验不但揭示了大气压的存在，而且测出了大气压的值.

例1 我们生活的空间存在着大气压，只是我们平时没有在意它的存在.现提供下列器材：A.塑料吸盘两个；B.玻璃片一块；C.玻璃杯一个；D.带吸管的纸盒饮料一盒；E.水.请你选择所需器材，设计一个小实验来证明大气压的存在.

（1）写出你所选用的器材，并简述你的实验方法及观察到的现象.

（2）请举出一个在生活中应用大气压的例子.

解析：证明大气压存在的现象很多，例如选择A、E，将两个吸盘沾一下水，将它们正对并挤压在一起，结果用很大的力才能把它们拉开，因为经过挤压.吸盘里的气体被挤出，吸盘外的大气压就把它们紧紧地压在了一起.我们平时用吸管喝牛奶、医生用针筒抽药水等都是应用大气压的例子.

答案：（1）实验器材：A、E.实验方法：将两个吸盘沾一下水，将它们正对并挤压在一起，然后用力将它们拉开.实验现象：用很大的力才能把它们拉开.（2）医生用针管抽药水时，先要排出针管内的空气，才能将药水抽入针管中.

大气压的特点

空气有质量，对浸在它里面的任何物体都会产生压强.空气像液体一样具有流动性，因此空气内部向各个方向都有压强，大气压强随高度的增加而减小.

例2周末，小明在家里利用矿泉水瓶做了有关大气压强的实验.在矿泉水瓶中装满水.用纸片盖住瓶口后倒置，纸片不会落下：再将矿泉水瓶瓶口朝左、朝右等方向放置，纸片都不会落下，如图1.该现象说明了___.

解析：大气对浸在它里面的物体有压强，将矿泉水瓶倒置，水不流出，纸片不会落下，说明纸片始终受到大气压的作用，将瓶口朝左、朝右等方向放置，纸片也不会落下.水不会流出，说明了大气内部向各个方向都有压强.

答案：大气有压强且朝各个方向都有压强

例3如图2所示是小明同学自制的水气压计，现在让他拿着这个装置从教学楼的一楼走上六楼，则玻璃管中的水柱高度变化是（）.

A.升高

B.降低

C.不变

D.无法确定

解析：由图2可知，瓶内气压等于外界大气压p大与水气压计中液柱产生的压强pgh之和，即p内=p大+pgh.由于大气压随高度的增加而减小，所以将水气压计从一楼拿到六楼，大气压减小了，而瓶内的空气压强保持不变，所以pgh会增大，由于水的密度不变，故水柱h会升高.

答案：A

大气压的测量方法

初巾阶段接触到的测量大气压的方法有四种：第一种是托里拆利实验，这是人们第一次精确测量出大气压的方法；第二种是利用p=F/S测出大气压的大小，这种方法产生的误差较大：第三种是自制气压计，它只能看出大气压的变化，不能精确测出大气压的值；第四种是现在用得最多的无液气压计，同学们可以了解一下，

例4 已知1标准大气压的值约为lo5Pa.小明同学想通过实验探究大气压究竟有多大，他设计的实验方案是：将沾水的塑料挂钩的吸盘按在光滑的水平玻璃板上，挤出里面的空气：用弹簧测力计钩着挂钩缓慢往上拉，直到吸盘脱离玻璃板，如图3：记录刚刚拉脱吸盘时弹簧测力计的读数，这就是大气对吸盘的压力；量出吸盘与玻璃板的接触面积，即可算出大气压值.他选择的实验器材是：量程为5N的弹簧测力计，塑料挂钩的吸盘底面积为5cm2.

（1）这种通过测量拉力和接触面积来计算大气压强的方法是否可行？

（2）如果上述实验方案可行，小明同学选择的实验器材能否测出大气压的值？请你进行分析和评估.

解析：（1）塑料挂钩的吸盘是靠大气压紧紧地压在玻璃板上的，用弹簧测力计拉塑料挂钩的吸盘时，若拉力小于大气压力，吸盘不能被拉开；若拉力大干大气压力，吸盘能被拉开.因此，刚刚拉脱吸盘时的拉力等于大气对吸盘的压力，若知道吸盘的面积，根据p=等即可算出大气压的大小，已知1标准大气压的值约为losPa，根据F=pS可以算出实验中的拉力约为多少.如果算出的拉力小于5N，就可以用量程为SN的弹簧测力计测出大气压力：若算出的拉力大干5N，因为超出了弹簧测力计的量程，则用量程为SN的弹簧测力计无法测出大气压力，也就无法测出大气压的值.

答案：（1）方法可行.（2）不能，根据l标准大气压的值可算出大气压力F=pS=lO5Pax5xlO-4 m2=50N>5N，所以不能用量程为SN的弹簧测力计测I叶1大气压的值.

大气压的应用

我们的生活是与大气压息息相关的，日常牛活和工农业生产中对大气压的利用非常多.

例5自来水笔吸墨水时，把笔上的弹簧片按下后松开，墨水即可被吸进橡皮管内，原因是（）.

A.弹簧片弹力作用的结果

B.橡皮管有吸引力

C.手对橡皮管有压力

D.管外墨水面上的大气压大于橡皮管内的气压

解析：当把自来水笔上的弹簧片按下后，挤出了橡皮管内的一部分空气，松开弹簧片后，橡皮管内的气体压强减小，小于管外墨水面上的大气压，管外大气压将墨水压进自来水笔的橡皮管内.

答案：D

例6 中医常用“拔火罐”治疗风湿等病症，其方法是将一酒精棉球点燃放人广口瓶中烧一会儿后，立刻将广口瓶瓶口扣在痛处，广口瓶就会吸在皮肤上，这是为什么？

解析：将一酒精棉球点燃放入广口瓶中，广口瓶中的空气受热膨胀，有一部分空气跑到瓶外，使瓶内空气变得稀薄，当将广口瓶瓶口扣在皮肤上的痛处后，瓶内气体温度降低，气压减小，外界大气压大于瓶内气压.广口瓶就会吸在皮肤上了.

答案：见解析。endprint