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第九章 压强
9.3 大气压强
一、大气压强
定义 由于空气能流动，因而空气内部向各个方向都有压强，大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强，简称大气压或气压。
产生原因 地球周围被厚厚的气体包围着，包围地球的空气层叫大气层，大气层的气体与固体、液体一样也受重力作用，且具有流动性，所以空气内部向各个方向都有压强，这就产生了大气压强。
特点 （1）空气内部向各个方向都有压强，且空气中某点向各个方向的大气压强都相等； （2）大气压随高度增加而减小；且大气压的值与地点、天气、季节的变化有关。一般来说，晴天大气压比阴天高，冬天比夏天高； （3）沸点与压强：一切液体的沸点，都是随气压减小而降低（如在海拔高的山上煮饭，煮不熟）；随气压增大而升高（如用高压锅煮饭快）； （4）体积与压强：质量一定的气体，温度不变时，气体的体积越小压强越大；气体体积越大压强越小。
证明其存在的例子 马德堡半球实验、钢笔吸墨水、覆杯实验、瓶口吞鸡蛋、吸管吸饮料、瓷砖上的吸盘等等。
二、大气压的测量与变化
1．托里拆利实验
实验装置
实验步骤 （1）拿一根大约l m长的一端封闭的玻璃管，在管内灌满水银； （2）用食指堵住开口的一端，把管竖直倒立在水银槽里，放开食指，管内水银面就下降； （3）管内水银面不再下降，用刻度尺测出水银柱的竖直高度，这个水银柱产生的压强就等于大气压。
注意事项 （1）如果管倾斜，水银柱的长度变长，但竖直高度不变； （2）改变管的粗细，管内水银柱竖直高度不变； （3）管内混入了空气，水银柱竖直高度减小。
选用水银的原因 因为水银是常温下密度最大的液体，如果换用其他液体，则在同样情况下，所用的玻璃管就必须很长，如果用水来做这个实验，则须大约10米高的水柱才能产生如此大的压强。
2．大气压的变化和测量
标准大气压 1标准大气压=1.013×105 Pa=760 mmHg，粗略计算时，可取p0=105 Pa。
变化规律 大气压随高度增加而减小，且大气压的值与地点、天气、季节、的变化有关。一般来说，晴天大气压比阴天高，冬天比夏天高。在海拔3000米以内，每上升10米，大气压大约降低100 Pa。
液体的沸点与气压的关系 （1）内容：一切液体的沸点，都是气压减小时降低，气压增大时升高。 （2）应用：高压锅、除糖汁中水分等。
气压计 （1）定义：测定大气压的仪器叫气压计。 （2）分类：水银气压计和无液气压计。 （3）说明：若水银气压计斜挂，则测量结果变大。将无液气压计刻度盘上标的刻度改成高度，该无液气压计就成了登山用的登高计。
【题型1】验证大气压强的存在
方法点拨 空气受到重力作用，而且空气具有流动性，因此空气内部向各个方向都有压强，这个压强就叫大气压强。1654年格里克在德国马德堡作了著名的马德堡半球实验，马德堡半球实验有力地证明了：（1）大气压的存在；（2）大气压很大。 注意生活中的一些气压现象，例如，覆杯实验、瓶口吞鸡蛋等。
（2023 淮北月考）如图所示，下列实例中，不能说明大气压存在的是（　　）
A．图甲：覆杯实验 B．图乙：用吸管吸饮料
C．图丙：孔明灯升空 D．图丁：用吸盘挂物件
【答案】C
【分析】大气压强的存在可以用实验来证明，我们学过的能够证明大气压存在的实验有：马德堡半球实验；覆杯实验；吸管吸饮料等。
【解答】解：A、图甲，覆杯实验杯口的纸片不落下，是大气压作用的结果，故A不符合题意；
B、图乙，从杯子中用吸管吸饮料，是因为吸管内气压小于大气压，杯子中的饮料在大气压的作用下，进入口中，故B不符合题意；
C、图丙，孔明灯升空是灯罩内气体膨胀，密度变小，孔明灯向下的重力小于向上的浮力，从而升起来，故C符合题意；
D、图丁，用吸盘挂物件，是大气压将其压在墙上，能说明大气压的存在，故D不符合题意。
【点评】本题考查的是大气压强存在，要求学生熟练掌握大气压的实验和生活中的实例，是一道基础题。
【变式1-1】（2023 天津）小华利用饮料瓶完成了如图所示的实验，可以证明大气压存在的是（　　）
A．瓶子悬空水不流出 B．水从侧孔喷出
C．用手弹开纸片 D．将瓶按入水中感到费力
【答案】A
【分析】逐一分析各选项中现象产生的原因，找出符合题意的答案。
【解答】解：A、纸片能托住水不流出，是因为大气压给纸片一个向上的作用力，因此该实验能证明大气压的存在，故A正确；B、水从侧孔喷出，水的深度越深，水喷得越远，说明同种液体内部压强随着液体深度的增加而增大，与大气压无关，故B错误；C、用手弹开纸片，钢球掉入瓶中，钢球没有随纸片一起运动，说明钢球具有惯性，同时钢球掉入瓶中，是因为钢球受到重力作用，与大气压无关，故C错误；D、将瓶按入水中感到费力，是因为瓶子排开水的体积增大，受到的浮力增大，瓶子给手向上的作用力增大，与大气压无关，故D错误。
【点评】本题考查证明大气压存在的实例，难度不大。
【变式1-2】（2023秋 浦东新区期中）小华想用空易拉罐来证明大气压强的存在，下列操作中能达到目的的是（　　）
A．用手捏空易拉罐，易拉罐变瘪
B．将空易拉罐密封后置于深水中，易拉罐变瘪
C．让空易拉罐从高处下落撞击地面，易拉罐变瘪
D．用注射器抽取密封易拉罐中的空气，易拉罐变瘪
【答案】D
【分析】分析易拉罐变瘪的原因，判断是否能体验大气压的存在而得出答案。
【解答】解：A、用手捏易拉罐，手对易拉罐施力，使易拉罐变形、变瘪，与大气压无关，故A错误；B、液体内部的压强随深度的增加而增大，将密封易拉罐置于深水中，受到水的压强很大，而使易拉罐变形，与大气压无关，故B错误；C、易拉罐从高处下落撞击地面，地面给易拉罐一个很大的力，使易拉罐变形，与大气压无关，故C错误；D、用注射器抽取密封易拉罐中的空气，使里面的气压变小，在外界大气压的作用下变形，故D正确。
【点评】本题考查利用身边的器材验证大气压的存在，属于基础题目。
【变式1-3】（2023秋 闵行区期中）在下列实例中，不能说明大气压强存在的是（　　）
A．用吸管吸饮料 B．吸盘挂钩
C．覆杯实验 D．水从容器侧壁的孔中喷出
【答案】D
【分析】根据常见的证实大气压存在的实例进行分析。
【解答】解：ABC、用吸管吸饮料、吸盘挂钩、覆杯实验都是证实大气压存在的实验，故ABC不符合题意；D、水从容器侧壁的孔中喷出，是因为受到活塞对水向上的力而上升，所以水从容器侧壁的孔中喷出，与大气压无关，故D符合题意。
【点评】本题考查的是证实大气压存在的实验，属于基础性题目。
【题型2】 托里拆利实验
方法点拨 托里拆利实验：在长约1m，一段封闭的玻璃管里灌满水银，用手指将管口堵住，然后倒插在水银槽中，放开手指，管内水银下降到一定程度时就不再下降，这时管内外水银高度差约为760mm，把玻璃管倾斜，则水银柱的长度变长，但水银柱的高度，即玻璃管内外水银面的高度差不变；测量结果表明这个高度是由当时的大气压的大小和水银的密度所共同决定的，与玻璃管的粗细、形状、长度（足够长的玻璃管）无关。 托里拆利实验的特别提醒 （1）玻璃管中充满水银，不能混有气泡，否则实验结果偏小。 （2）玻璃管的形状、粗细及是否倾斜不影响实验结果。 （3）玻璃管管口在水银槽内的深度不影响实验结果，向上提或向下按玻璃管，只改变水银柱上方真空部分的体积，而水银柱的高度不变。 （4）实验测得的水银桂的高度如果不是 760 mm，可能是因为实验环境的大气压不是标准大气压。 （5）托里拆利实验中选择的液体是水银，而不是其他液体，原因是水银是常温下密度最大的液体，在同样的大气压下需要的玻璃管最短。如果用其他液体，需要的玻璃管就会很长，操作不方便。如果用水来做托里拆利实验，则根据实验原理可得，则水柱高度h水===10.336m。
（2023春 嘉鱼县期末）如图所示是测量大气压强的实验装置，玻璃管长约1米，槽内装有水银。下列说法正确的是（　　）
A．若玻璃管内含有少量空气，会使实验测量值偏小
B．换用较粗的玻璃管，玻璃管内水银柱会变低
C．将该装置移到高处，玻璃管内水银柱会变高
D．将玻璃管稍稍倾斜，管内外水银面高度差变小
【答案】A
【分析】（1）实验中玻璃管内水银面的上方是真空，若水银面的上方有少量空气测量结果偏小；（2）影响托里拆利实验值的因素是大气压值，而与玻璃管的粗细、长短、以及水银槽中的水银的多少无关；
【解答】解：A、实验中玻璃管内水银面的上方是真空，若水银面的上方有少量空气，会产生向下的压强，使水银柱的高度变小，测量结果偏小，故A正确；BD、换用较粗的玻璃管，将玻璃管稍稍倾斜，玻璃管内水银柱高度差不变，故BD错误；C、将实验装置转移到高山上进行的时候，高度增加了，大气压减小了，管内外水银面的高度差也减小，故C错误。
【点评】本题主要考查学生对托里拆利实验和大气压和高度关系的理解和掌握，是一道基础题。
【变式2-1】（2023春 淮阳区期末）以下关于托里拆利实验的说法中正确的是（　　）
A．实验使用粗些的玻璃管，测出的压强会偏小
B．玻璃管口插入水银槽中水银面下的位置浅一些，测出的压强会偏大
C．玻璃管的放置不竖直测出的压强会偏小
D．玻璃管里进入少量空气，测出的压强会偏小
【答案】D
【分析】玻璃管中水银柱产生的压强只跟水银的密度的高度有关，跟管的粗细、位置的深浅均没有关系，倾斜也只能改变管中水银柱的长度，但其垂直高度也不会改变。但如果管中进入少量空气必然会产生一定的压强，此时管内空气的压强加上水银柱的压强等于外界的大气压，所以水银柱高度就会偏小。
【解答】解：A、管的粗细不会影响压强的大小，所以A错；B、只要管口不离开水银面，其位置的深浅也不会影响压强的大小，所以B错；C、玻璃管不竖直会影响管内水银柱的长度但不会影响其垂直高度，所以C错；D、进入少量空气会产生一定的压强，从而抵消一部分外界大气压，使水银柱变短，所以D对。
【点评】托里拆利实验中会产生诸多变化的情况，诸如：管的粗细、位置深浅、是否倾斜、槽中水银面高低、是否混入气泡等，哪些影响测量结果，哪些不影响测量结果我们应该准确把握。
【变式2-2】（2023春 费县期末）在托里拆利实验中，测得玻璃管内水银面比槽内水银面高出760mm，可以使这个高度差改变的做法是（　　）
A．往槽内加入少许水银
B．使玻璃管稍微倾斜一点
C．把玻璃管稍微向上提一提
D．把实验移到高山上去做
【答案】D
【分析】托里拆利实验准确测出了大气压的数值，依据“大气压与液体压强相平衡”的原理。
【解答】解：托里拆利实验是依据“大气压与液体压强相平衡”的原理，准确测出了大气压的数值，测得大气压能支持760mm高水银柱，往水银槽内加水银，将玻璃管稍倾斜，或把玻璃管向上提等不影响测量结果，故A、B、C选项不会改变高度差；由于大气压的大小与海拔高度有关，把实验移到高山上去做，海拔高度变大，则高度差变小，故D选项符合题意。
【点评】此题考查学生对托里拆利实验的理解和运用，同时考查学生对影响实验结果的因素分析。
【变式2-3】（2023春 万州区校级期中）如图是托里拆利实验的流程，关于托里拆利实验，说法正确的是（　　）
A．托里拆利实验可以把水银替换成水，其余器材不变，由此计算大气压强
B．向上移动玻璃管，水银柱的高度不变
C．实验中用的玻璃管越粗，水银柱高度越低
D．标准大气压指760mm水银柱的压力
【答案】B
【分析】（1）在托里拆利实验中，玻璃管内外水银面的高度差反映了大气压强的大小；玻璃管内水银柱产生的压强等于大气压强，p大气＝p水银＝ρ水银gh；
（2）水银柱的高度取决与外界大气压的大小；
（3）760mm水银柱产生的压强就为一标准大气压。
【解答】解：A、由于大气压不变，若换用密度比水银小的水做实验，由h，大气压能支撑的液柱高度会增大，大于玻璃管的长度，无法完成实验，故A错误；BC、水银柱的高度取决与外界大气压的大小，与玻璃管的位置和粗细无关，故B正确、C错误；D、一标准大气压指760mm水银柱产生的压强，故D错误。
【点评】本题考查了托里拆利实验相关知识，属于基础知识的考查。
【题型3】 大气压的变化
方法点拨 地球上面的空气层密度不同，靠近地表层的空气密度较大，高层的空气稀薄，密度较小。大气压强既然是由空气重力产生的，高度大的地方，它上面空气柱的高度小，密度也小，所以距离地面越高，大气压强越小。 在海拔3000m之内，每上升10m大气压强约减小100Pa，在海拔2000m之内，每上升12m大气压强约减小1mmHg。 地面上空气的范围极广，常称“大气”。离地面200公里以上，仍有空气存在．虽其密度很小，但如此高的大气柱作用于地面上的压强仍然极大。人体在大气内毫不感觉受到气压的压迫，这是因为人体的内外部同时受到气压的作用且恰好都相等的缘故。 大气压与高度的关系是：海拔越高，气压越低。
（2023春 宾阳县期中）如图所示，在密闭性很好的玻璃瓶里装一些水，取一段两端开口的细玻璃管，让玻璃管穿过橡皮塞插入水中，将此装置从山脚带到山顶的过程中，玻璃管中液面将（　　）
A．上升 B．下降
C．不变 D．先下降后上升
【答案】A
【分析】把气压计从山脚带到山顶时，发生变化的是海拔高度，而大气压随海拔的升高而减小。分析瓶内外压强的变化可做出判断。
【解答】解：大气压随海拔的升高而减小，把气压计从山脚带到山顶，瓶内空气的压强不变，山顶的大气压比山脚的大气压低，导致玻璃管内液面在瓶内气压的作用下而上升。故选：A。
【点评】此题主要考查的是水气压计，涉及了气压和高度的关系，知道大气压随海拔的升高而减小是解题关键。
【变式3-1】（2023 朝阳）“每天锻炼一小时，幸福生活一辈子”，适度运动有利于身体健康。下列关于运动的说法正确的是（　　）
A．人在跑步时有惯性，停下来后惯性消失
B．踢球时，在地面上滚动的足球如果所受外力全部消失将保持静止
C．打篮球时，篮球撞击篮板后反弹回来说明了力能改变物体的运动状态
D．人登山时，大气压随着海拔高度的升高而增大
【答案】C
【分析】（1）一切物体都有保持原来运动状态不变的性质，叫惯性；（2）牛顿一定律：物体在不受任何外力时，总保持静止状态或匀速直线运动状态；（3）力能改变物体的运动状态，力可以改变物体的形状；（4）大气压随着海拔高度升高而减小。
【解答】解：A、一切物体都有惯性，人在跑步时有惯性，停下来惯性不会消失，故A错误；B．在地面上滚动的足球是运动的，如果所受外力全部消失将做匀速直线运动，故B错误；C．打篮球时，篮球撞击篮板后反弹是因为力能改变物体的运动状态，故C正确；D．在登山过程中，大气压随着海拔高度升高而减小，故D错误。
【点评】本题通过生活中的现象，考查了惯性、牛顿第一定律、力的作用效果、大气压强与高度的关系等，有一定综合性，但难度不大。
【变式3-2】（2023春 湖北期末）如图所示，是某同学制作的自制气压计，下列说法错误的是（　　）
A．自制气压计时，需注意瓶口密闭
B．自制气压计的瓶内气压小于外界的大气压
C．把自制气压计从一楼带到六楼，看到玻璃管内水柱的高度在升高
D．若将瓶内装满水，该装置可以验证“力可以使固体发生微小形变”
【答案】B
【分析】气压计的原理是利用内外压强差使细管内液柱上升或下降来判断气压的改变；当大气压发生改变时，瓶内压强与外部压强不同，则细管内液柱将发生改变。
【解答】解：A、自制气压计时需注意瓶口密闭，使里外气体不通，故A正确；
B、因为瓶内气压等于外界大气压加上水柱产生的向下的压强，所以瓶内气压大于外界大气压，故B错误；
C、自制气压计内部空气压强等于外界大气压和水柱向下的压强之和，把自制气压计从一楼带到六楼，外界大气压变小，在容器内部气压的作用下，水柱高度变大，故C正确。
D、若将瓶内装满水，用力挤压瓶子，瓶子可以发生形变，细玻璃管内的液面会发生变化，利用该装置可以验证：力可以使固体发生微小形变，故D正确。
【点评】本题考查了简易气压计的制作原理，气压与高度的关系，要求运用物理知识要灵活。注意易错点：外界大气压越小，管中水柱越高。
【变式3-3】（2022 乐山）大气压会随高度的增加而　 　 （选填“增大”或“减小”）。峨眉山金顶因海拔较高，此处水的沸点　 　100℃（选填“高于”、“低于”或“等于”）。
【答案】减小；低于。
【分析】大气压与高度有关，海拔越高，气压越低；沸点与气压有关，气压越低，沸点越低。
【解答】解：大气压强随着海拔高度的增加而减小；只有在标准大气压下水的沸点才是100℃。峨眉山金顶因海拔较高，气压低于标准大气压，所此处水的沸点低于100℃。
【点评】此题考查了气压与海拔高度的关系及沸点与气压的关系，属于基本规律的应用，难度不大。
【题型4】 大气压的应用
方法点拨 1．大气压在生活中的应用分析思路 （1）首先应明晰应用大气压工作的原理：是在某处使气压降低，由于存在大气压差，在外界大气压的作用下，产生了某种效果。 （2）分析实例中的内、外位置处是否存在大气压差进行解答。 2．生活中常见的利用大气压工作的实例：钢笔囊吸墨水，吸管吸饮料，抽水机抽水，真空采血管采血，吸盘挂钩紧贴墙壁等。 注意：在有关大气压的很多实例中，所谓的“吸”其实都是大气压的“压”在起作用。
（2023 徐州）如图所示，将压水泵插入水桶中，从上端向下按压，水就会从出水口流出。按压的作用是使桶内气压（　　）
A．大于大气压 B．等于大气压
C．小于大气压 D．变为零
【答案】A
【分析】大气压的存在能够解释很多现象，这些现象有一个共性：通过某种方法，使设备的内部气压小于外界大气压，在外界大气压的作用下出现了这种现象。
【解答】解：将压水泵插入水桶中，从上端向下按压，桶内空气变多，气压变大，当桶内水面上方的气体压强大于大气压时，水就会从出水口流出。故选：A。
【点评】本题考查大气压的有关问题，物理学习的过程中，要多注意观察身边的物理现象，尽可能的用我们所学过的知识去试着解释。
【变式4-1】（2023 益阳）下列情景中利用了大气压的是（　　）
A．将药物注射进肌肉 B．气体将活塞冲出
C．飞艇上升 D．用拔子疏通下水道
【答案】D
【分析】大气压的应用大多是利用内外的气压差，所以要判断是否是大气压的应用，要注意有没有形成这个“气压差”。
【解答】解：A．将药物注射进肌肉依靠人的推力产生的压强，不是利用大气压，故A错误；B．气体将活塞冲出是内部水蒸气对外做功，内能转化为机械能，不是利用大气压，故B错误； C．飞艇上升是依靠空气的浮力升空的，不是利用大气压，故C错误； D．用拔子疏通下水道时，先下压排除拔子内的空气，拉起时恢复原状，内部压强减小，在管道下方的大气压作用下，使得下水道疏通，是利用大气压，故D正确。
【点评】本题考查压强、内能的转化、浮力的应用、大气压的应用，属于中档题。
【变式4-2】（2023春 大田县期中）如图为一种硅胶制成的免打孔门吸，将其套在门背后的把手上，并使吸盘紧压在门后的光滑墙壁上，门就会被固定。下列事例的工作原理与此门吸原理相同的是（　　）
A．用吸管吸饮料 B．飞机升空
C．茶壶 D．船闸
【答案】A
【分析】根据大气压的知识分析解答：大气压的存在能够解释很多现象，这些现象有一个共性：通过某种方法，使设备的内部气压小于外界大气压，在外界大气压的作用下出现了这种现象。
【解答】解：当用力推开门时，“门吸”内的空气被排出，气压减小，在外界大气压的作用下，手把上的“门吸”会被紧紧“压”在墙上起到固定门的作用。
A、用吸管吸饮料时，是先把吸管内的空气吸走，管内气压减小，在外界大气压的作用下，饮料被压进吸管里，利用大气压，故A符合题意；
B、飞机机翼做成上凸下平的形状，在相同时间内，空气经过上方的路程长，速度大；经过下方的路程短，速度小。上方空气流速越大，压强越小；下方空气流速越小，压强越大。所以机翼下方的气压大于上方的气压，便形成向上的升力，即飞机升力是根据流体压强与流速的关系的原理获得的，故B不符合题意；
C、茶壶利用连通器原理，故C不符合题意；
D、当船从上游进入船闸时，上游和船闸构成上端开口下端连通连通器；当船从船闸进入下游时，船闸和下游构成连通器。所以船闸是利用连通器工作的，故D不符合题意。
【点评】本题考查大气压的有关问题，物理学习的过程中，要多注意观察身边的物理现象，尽可能的用我们所学过的知识去试着解释。
【变式4-3】（2023春 浑南区月考）小王制成如图所示的“自动给水装置”，是用一个装满水的塑料瓶倒放在盆景中，瓶口刚被水浸没。下列说法中正确的是（　　）
A．瓶内水面上方是真空
B．在瓶底打个孔，水会从孔中向上喷出
C．瓶内水面高于盆景中水面是因为大气压的作用
D．瓶内水面上方有气压，且高于瓶外大气压
【答案】C
【分析】本题可以类比托里拆利实验中玻璃管内外液面高度差产生的原因。
【解答】解：在一个标准大气压下，大气压可以支持约10.3m高的水柱。倒放在盆景盘中塑料瓶有空气进入后，外界大气压的大小等于瓶内气压和水压之和，所以瓶中水面上的空气压强小于大气压强。
一段时间后，由于水会汽化和被植物吸收，盆景中的水面会下降，瓶口会露出水面，由于重力作用瓶中水会流出，外界空气会进入瓶内，当瓶口再次被水淹没时，外界大气压强就等于瓶内空气的压强与瓶内水的压强之和，瓶中的水又停止外流，如此反复，使水不会全部流出而能保留在瓶中，在一段时间内盆景中的水位可以保持一定的高度不变。故C正确，ABD不正确。
【点评】本题考查学生运用所学知识分析解决实际问题的能力，对学生的要求较高，是中考重点考查的内容。

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