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8.4 大气压强
【基础知识清单】
1． 叫做大气压强，简称 。
2．首先测出大气压的值的科学家是 。
3．托里拆利实验的原理是：用“ ”的原理，大气压强 （选填“大于”、“等于”或“小于”）水银柱产生的压强。
4．大气压随高度的增加而 。
【知识深层理解】
一、大气压
1．概念：在空气内部向各个方向的压强叫做大气压强，简称大气压。
2．大气压产生的原因：液体由于受到重力作用，且具有流动性，所以在液体内部有压强。气体和液体一样，也受到重力作用，且具有流动性，所以在气体内部也有压强。
二、大气压的测定（托里拆利实验）
1．首先测出大气压值的科学家：首先测出大气压值的科学家是托里拆利，托里拆利首先用科学的实验测出了大气压的值。
2．托里拆利实验：
（1）实验装置：如图8-4-1所示。
（2）实验原理：用“大气压与液体压强相比较”的原理。
(
真空
大气压
水银槽
玻璃管
水银
大气压
真空
大气压
大气压
图
8-4-1
图
8-4-2
)如图8-4-2所示，当玻璃管两端都开口时，玻璃管与水银槽形成连通器，水银槽内的液面上方有向下的大气压，玻璃管内液面上方也有向下的大气压，玻璃管内外液面相平。当玻璃管上端封闭时，由于玻璃管上端是真空，没有大气压，玻璃管内水银柱产生的压强应该等于大气压。所以大气压强一定等于水银柱产生的压强。
（3）实验过程： (
玻璃管中装满水银
甲
将玻璃管倒立在水银槽中
乙
真空
760mm
大气压
大气压
丙
图
8-4-3
)如图8-4-3所示，一只手握
住玻璃管中部，管口向上，在管
内灌满水银，排出空气，用另一
只手指紧紧堵住玻璃管开口端，
把玻璃管小心地倒插在盛有水银
的槽里，待开口端全部浸入水银
槽内时放开手指，将管子竖直固
定，当管内外水银液面的高度差
约为760mm时，它就停止下降，读出水银柱的竖直高度。
（4）计算大气压的值：如果玻璃管内的水银柱高度为760mm，水银柱产生的压强p为：
，因为大气压的值等于水银柱产生的压强，所以此时大气压的值应为1.01×105Pa。
(
大气压较小
大气压较大
图8-4-4
)三、影响水银柱高度的因素
1．水银柱的高度与外界大气压的关系：
如图8-4-4所示，因为水银柱产生的压强与外界大气压的值相等，所以水银柱的高度随外界大气压的变化而变化，当外界大气压较大时，托起的水银柱较高，当外界大气压较小时，托起的水银柱就较低。
(
上提一些
下压一些
图
8-4-5
)2．玻璃管内水银柱的高度与玻璃管的上提、下压的关系：
如图8-4-5所示，因为水银柱产生的压强与外界大气压的值相等，当外界大气压不变时，水银柱的高度就不变的，上提玻璃管（但管口不能离开液面），只能使玻璃管上方的真空部分增加，下压玻璃管（要保留一部分真空），只能使玻璃管上方的真空部分减少，但水银柱的高度不变。所以玻璃管内水银柱的高度与玻璃管的上提、下压无关。
(
较粗管
较细管
图
8-4-6
)3．玻璃管内水银柱的高度与玻璃管粗细的关系：
如图8-4-6所示，水银柱产生的压强与外界大气压的值相等，当外界大气压不变时，水银柱产生的压强就不变，而水银柱产生的压强只与水银柱的高度有关，在水银柱高度相同的情况下，粗管和细管里的液柱产生的压强是相同的。所以玻璃管内水银柱的高度与玻璃管的粗细无关。
(
高度
长度
高度
图
8-4-7
)4．玻璃管内水银柱的高度与玻璃管是否倾斜的关系：
如图8-4-7所示，因为水银柱产生的压强与外界大气压的值相等，当外界大气压不变时，水银柱的高度就不变的。当玻璃管倾斜时，水银柱的长度会变大，但要保持高度不变，才能使水银柱产生的压强与大气压的值相等。所以当玻璃管倾斜时，水银柱的高度不变，但长度变大。
(
大气压
大气压
图
8-4-8
)5．气泡对水银柱高度的影响：
在向玻璃管中装水银时，如果不小心水银中装入气泡，水银柱的高度将会比正常值要低，测量结果会偏小。
(
图
8-4-9
)如图8-4-8所示，这是因为水银中如果出现气泡，当玻璃管倒立在水银槽中后，气泡跑到真空部分，真空部分就不再是真空，而是气体，要对水银柱产生向下的压强，从而使水银柱的高度下降一点，导致测量结果偏小，大气压的值偏低。
四、大气压与高度的关系
我们知道，在液体内部，越深的地方压强越大。我们生活在大气的最底层，就像在海洋的最底层，所以在地球表面气压最大，越往上大气压越小，山脚下的气压要大于山顶的气压。所以大气压随高度的增加而减小。
五、标准大气压
由于大气压的值不是固定不变的，大气压随高度和天气的变化而变化。在日常生活中，为了比较气压的方便，人们将等于760mm水银柱产生的压强叫做标准大气压，用“atm”表示。在前面我们已经算出了760mm水银柱产生的压强为1.01×105Pa，所以1标准大气压等于
1.01×105Pa，即：1atm =1.01×105Pa。在日常生活中，当气压较大时，我们通常不是用多少帕斯卡去表示，而是用多少个大气压去表示。
六、用水做托里拆利实验时，水柱的高度
当外界大气压是1标准大气压时，用水做托里拆利实验，那么水柱的高度应是多少呢？
1标准大气压=1.01×105Pa，水柱产生的压强也应该是1.01×105Pa。根据可知，水柱的高度h应为：
所以，当外界大气压是1标准大气压时，用水做托里拆利实验，水柱的高度应是10.3m。
七、气体体积与气压的关系
(
图
8-4-10
)如图8-4-10所示，当用力压气球时，气球的体积会变小，气球会变硬，球内的压强会变大；用打气筒给自行车打气时，用力压缩气体体积，使筒内气体体积减小，压强增大，从而使气体进入轮胎内部。所以在温度不变的条件下，一定质量的气体，体积减小，它的压强就增大；体积增大，压强就减小。
(
图
8-4-11
)八、容器内气体压强与温度的关系
当容器内温度升高时，内部气体膨胀，从而使内部气体压强增大，夏天汽车的轮胎容易爆胎就是这个原因。所以体积不变时，容器内气体的压强随温度的升高而增大。
九、大气压与生活
(
图
8-4-12
) (
大气压
大气压
图
8-4-13
)如图8-4-12所示，当我们用注射器吸药水、用钢笔吸墨水、用吸管吸饮料时，之所以能把液体“吸”进去，是因为当我们没有用力吸时，管内外的大气压相等，当用力吸时，使管内气体体积增大，压强减小，小于外界大气压，从而在外界大气压的作用下，使液体沿管上升，把液体“压”入口中或钢笔内。所以，实际上液体是被大气压“压”进去的，而不是“吸”进去的。
十、抽水机的工作原理
1．工作原理：大气压
2．工作过程：如图8-4-13所示，当下压抽水机的手柄时，活塞向上运动，抵消了一部分向下的大气压，水面在大气压的作用下把水“压”上去，从而起到“抽水”效果。
十一、离心式水泵
(
叶轮
出水口
大气压
大气压
压水扬程
汲水扬程
实际扬程
图
8-4-14
)离心式水泵使用前，要先灌满水，隔绝上面的空气，水泵启动后，叶轮高速旋转，把泵壳里的水高速甩出水管，水被甩出水管时，就像抽水机的活塞向上运动一样，抵消了出水口处一部分向下的大气压，在井内大气压的作用下，把井里的水“压”进抽水管里，从而把水抽出。
压水扬程是由电动机的功率决定的，电动机的功率越大，把水抽得越高。
汲水扬程是由大气压决定的，汲水扬程是由大气压“压”上去的，汲水扬程一定小于10.3m，因为大气压最多可以托起10.3m的水柱。
实际扬程等于压水扬程与汲水扬程的和。
十二、大气压与天气的关系（拓展）
大气压的变化跟天气有密切的关系，一般地说，空气的密度越大，大气压越大。
1．气温对大气压的影响：对于密闭的空间，比如容器内的气体，温度升高，内部气压增加。但对于开放的空间却相反。大气处于一个开放的空间，气温升高，气体膨胀，密度减小，所以大气压降低；温度降低，气体收缩，密度增大，大气压增加。所以温度越高，气压越低；温度越低，气压越高。
2．冬天的大气压比夏天高：因为冬天温度低，空气密度大，气压高；夏天温度高，空气密度较小，气压低。所以冬天的大气压比夏天高。
3．晴天的大气压比阴天高：大气除了含有氮气、氧气及二氧化碳等多种气体外，还含有水蒸气和尘埃。我们把含水蒸汽很少（即湿度小）的空气称“干空气”，而把含水蒸汽较多（即湿度大）的空气称“湿空气”。其实，干空气的分子量是28.966，而水汽的分子量是18.016，干空气要比水汽的密度大。所以晴天的大气压比阴天高。
十三、马德堡半球实验
1654年，当时的马德堡市长奥托·冯·格里克于罗马帝国的雷根斯堡（今德国雷根斯堡）进行的一项科学实验，目的是为了证明大气压的存在，而此实验也因格里克的职衔而被称为“马德堡半球”实验。
1654年，他听说有许多人不相信大气压的存在，有人在嘲笑托里拆利，信与不信者双方争论得很激烈，互不相让，针锋相对。因此，格里克决心通过做实验证明大气压的存在，让大家心服口服。
有一天，他和助手做成两个半球，直径14英寸，约37cm，并请来一大队人马，在市郊做起“大型实验”。这年5月8日的这一天，美丽的马德堡市风和日丽，晴空万里，十分爽朗，一大批人围在实验场上，熙熙攘攘十分热闹。有的说这样，有的说那样；有的支持格里克，希望实验成功；有的断言实验会失败。人们在议论着，在争论着，在预言着，还有的人一边在大街小巷里往实验场跑，一边高声大叫：“市长演马戏了！市长演马戏了！”
(
马德堡半球
)格里克和助手当众把这两个黄铜的半球壳中间垫上橡皮圈，再把两个半球壳灌满水后合在一起，然后把水全部抽出，使球内形成真空，最后把气嘴上的龙头拧紧封闭，这时，周围的大气把两个半球紧紧地压在一起。
格里克一挥手，四个马夫牵来十六匹高头大马，在球的两边各先拴四匹，格里克一声令下，四个马夫扬鞭催马，背道而拉，好像在“拔河”似的。
“加油！加油！”实验场上黑压压的人群一边整齐地喊着，一边打着拍子。
4个马夫，8匹大马，都搞得浑身是汗，但是，铜球仍是原封不动。格里克只好摇摇手暂停一下，然后，左右两队，人马倍增，马夫们喝了些水，擦擦额头上的汗水，又在准备着第二次实验。
格里克再一挥手，实验场上更是热闹非常，16匹大马，使劲拉，八个马夫在大声吆喊，挥鞭催马……
实验场上的人群，更是伸长脖子，一个劲儿地看着，不时地发出“哗！哗！”的响声。
突然，“啪！”的一声巨响，铜球分开成原来的两半，格里克举起这两个重重的半球自豪地向大家高声宣告：
“先生们！女士们！市民们！你们该相信了吧！大气压是存在的，大气压强是大得这样厉害！这么惊人！……”
实验结束后，仍有些人不理解这两个半球为什么拉不开，七嘴八舌地问他，他又耐心地作着详尽的解释：“平时，我们将两个半球紧密合拢，无须用力，就会分开，这是因为球内球外都有大气压力的作用，相互抵消平衡了，好像没有大气作用似的。今天，我把它抽成真空后，球内没有向外的大气压力了，只有球外大气紧紧地压住这两个半球……”。
通过这次实验，人们都终于相信有真空，有大气，大气有压力，大气压大得很惊人。
【总结】首先测出大气压值的著名实验是托里拆利实验；证明大气压存在，并且很大的著名实验是马德堡半球实验。
【人生态度】
成功不在难易，而在于是否采取行动。虽然行动不一定能带来满意的结果，但是不行动就绝对不会有满意的结果。这个世界从来不缺乏机遇，而是缺少抓住机遇的手。如果你有想法就要赶紧付出行动，别担心失败或者困难重重，只有在不停地实践与追求中，你才能超越自我，创造属于自己的辉煌。

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