初中物理竞赛教程(基础篇):第19讲 大气压强 压强的研究(附强化训练题及答案)
【内容简介】19.1 学习提要
19.1.1 大气压强
地球周围包围着厚厚的空气层(大气层),这些空气同样受到地球的吸引。同时空气是可以流动的,因此对浸在空气中的物体表面就产生了压强,并且与液体一样,在大气层内部向各个方向都有压强,如图19-1所示的覆杯实验就证明存在着向各个方向的大气压强。
19.1.2 液体内部压强
托里拆利实验测出了大气压强的具体数值。如图19-2所示,在长约1m、一端封闭的玻璃管里灌满水银,将管口堵住,然后倒插在水银槽中,放开堵管口的手指时,管内水银面下降一些就不再下降,这时管内外水银面的高度差为760mm。管内留有760mm高水银柱的原因正是因为有大气压的存在。由液体压强的特点可知,水银槽内液体表面的压强与玻璃管内760mm水银柱下等高处的压强应是相等的。水银槽液体表面的压强为大气压强,由于玻璃管内水银柱上方是真空的,不受大气压力的作用,管内的压强只能由760mm高的水银柱产生。因此,大气压强与760mm高水银产生的压强相等,则有大气压强
p0=ρ水银gh=13.6×103kg/m3×9.8N/kg×0.76m=1.013×105Pa
这是历史上第一个测定大气压强数值大小的实验。实验必须保证玻璃管内没有气体,这样内外液体压强差才等于外部大气压强。实验结果与玻璃管的粗细、形状无关,只与水银柱的竖直高度有关,当管子歪斜时,管内水银柱长度会发生变化,但竖直高度不会变化。由于大气压值受多种因素影响,因此通常规定能支持760mm水银柱的大气压强叫标准大气压,即大小为1.013×105Pa,约105Pa。
19.1.3 气体压强的常用单位
通常情况下,表示气体压强的常用单位有帕斯卡(简称帕)、毫米水银柱(毫米汞柱)、厘米水银柱(厘米汞柱)、标准大气压,它们的符号分别是Pa、mmHg、cmHg、atm。
19.1.4 大气压的值受高度影响
由于高度越高,大气越稀薄,即大气密度越小,因此,大气压随高度增加而减小,随高度降低而增大。如高山顶与高山脚下的气压不相等。海平面附近的大气压接近于1标准大气压,即760mmHg。
如果找出了大气压随高度变化的关系,就可以根据对气压的测定推算出所在位置的高度。航空、登山用的高度计,就是根据这个道理制成的。
19.1.5 大气压与沸点的关系
实验表明,随着大气压的增大,同种液体的沸点也随之升高,反之就降低。通常说水的沸点是100℃,是指1atm下的沸点。气压不同时,水的沸点也不同。如在我国西藏地区,水的沸点仅80℃左右。家用高压锅内水的沸点超过105℃。
19.2 难点释疑
19.2.1 大气压强
1、大气压强产生的原因解释
大气压产生的原因可以从两方面解释。
第一,空气受重力的作用,空气又有流动性,因此向各个方向都有压强。得细致一些,由于地球对空气的吸引作用,空气压在地面上,就要靠地面或地面上的其他物体来支持它,这些支持着大气的物体和地面,就要受到大气压力的作用。单位面积上受到的大气压力,就是大气压强。
第二,可以用分子动理论的观点解释。因为气体是由大量做无规则运动的分子组成,而这些分子必然要对浸在空气中的物体不断发生碰撞。每次碰撞,空气分子都要给物体表面一个冲击力,大量空气分子持续碰撞的结果就体现为大气对物体表面的压力,从而形成大气压。若单位体积中含有的分子数越多,则相同时间内空气分子对物体表面单位面积上碰撞的次数就多,因而产生的压强也就越大。
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