大气压强和流体压强

大气压强和流体压强

大气压强 重点难点突破

重点：托里拆利实验的原理 如图所示，设大气压为

，管内外水银面高度差为，取管口的液片AB为研究对象，

管内水银面上方是真空，液片AB受到管内水银柱产生的向下压强，

，同时液片AB受到管外水银对它产生的向上的压强，及由

水银传递来的大气压强

，即

水银处于静止状态，静止的AB液片受，所以

，

到的向上、向下的压强相等，即：所以

。即大气压等于管内高出管外的水银柱产生的压强，因此只要测出管内

外水银面的 ，就可以得出大气压的数值。

注意：应明确的几个问题：① 水银柱高度是指管内外水银面的竖直高度差，不是指倾斜管内水银柱的长度L，因此，实验中使管倾斜后，管内水银柱长度增加，而水银柱的竖

直高度仍旧不变。② 实验中，玻璃管的粗细（内径不同）不会影响大气压强的测定值，因为液体的压强只与液体密度、深度有关，与液体的重力、体积无关。③ 实验中，玻璃管入水银槽里的深度对测量值没有影响，管口向上提，管内水银面上方真空部分体积增大，水银柱高度不变；管口向下接，管内水银面上方真空部分体积减小，水银柱高度不变。

[例1] 如图所示，将托里拆利实验装置中的玻璃管倾斜，则试管内水银柱的长度的变化情况是（ ）

A. 不变 B. 变长 C. 变短 D. 无法确定

分析：试管倾斜后，外界大气压不变，所以大气压所支持的水银柱的高度也不会变（据

推断），但水银柱的长度会变长。这里需要明确的是，水银柱的高度是指试管内

水银柱的上表面到水银槽中水银面之间的垂线段的长度。

答案：B

难点：解释一些大气压强的现象

我们周围处处有大气压，这可通过一些特殊的实验或现象感知它的存在。

马德堡 实验：金属半球内空气（或皮碗内的空气）被抽走（或挤出），半球内的压强 半球外的压强，因此外界大气压把两个金属半球（或两个皮碗）紧紧地压在一起，使它们难以分开，若是把两半球的进气阀门打开，让外面空气进入球内，这时球内外气压相等，外力很容易把它们分开。

瓶吞蛋实验：鸡蛋之所以会挤进广口瓶内，是由于棉花燃烧耗尽了瓶内氧气，使瓶内压强 瓶外压强，鸡蛋在内外压强不平衡时，被压入瓶内。

覆杯实验：玻璃杯内装满水，也是为了排出杯子中的空气，盖上纸片倒置过来，由于杯内水对硬纸片的压强 外界大气对纸片的压强，因此才吸住了硬纸片，若是空杯上盖上硬纸片，倒置过来纸片一定会掉的，那是因为杯子内、外大气压相等，纸片当然会由于重力而下落。

思考：我们住的房屋被大气压包围着，为什么没有被大气压压塌？这是因为房屋的外部和内部都受到大气压作用，且二者为平衡力，所以没有把房屋压塌。

[例2] 医生为病人打针时，总是先将活塞推到底端，然后把针头插入药液中，提起活塞药液就会进入管子里，为什么？

分析：当把活塞推到底端时，管子内的气体被排出，把针头插入药液中，提起活塞时，在大气压强的作用下，药液就被压进入管子里。

答案：见分析

思维能力拓展

大气压强与沸点的关系

[例3]（05年江西省中考·课改卷）高压锅直径24cm，限压出气口直径为3.5mm，限压阀质量为100g，使用时压力锅内外最大压强差为多少？合多少标准大气压？锅盖与锅的接口处应至少能承受多大的压力？

分析：设锅内气压为

，大气压为

，当限压阀刚刚被抬起向外喷气时，限压阀出气（向下），

（向下），

（向上）。据力

，于

口受三个力的作用如图所示，分别为的平衡条件，这三个力应满足

，而锅内外最大压强差为

是有标准大气压。

锅盖与锅的接口处所应能承受的最小力

。

答案： 1标准大气压

评注：压力锅是一种密闭的加热容器，当对它加热时，锅内密封的气体温度升高，压强逐渐增大，为了把锅内的气压限制在一定的范围内，故装置了限压阀。当锅内气压达到限定值时，限压阀被高压气体抬起，放出部分气体，降低锅内气体压强以保证安全，本题中所问锅内外最大压强差就是锅内气体刚抬起限压阀时锅内外压强的差值；题中所问锅盖与锅的接口处至少能承受多大的压力，实际上就等于锅盖上所受的内外压力差值。

跟踪巧练1：给你一个弹簧测力计、一个带钩的吸盘，添加你周围的物体，设计一个测量大气压强的实验。要求（1）写出你添加的器材。（2）写出实验步骤。

答案：（1）刻度尺；光滑平面（如桌面、黑板面等）

（2）把吸盘按在平面上（把吸盘与平面之间的空气挤出）；用弹簧测力计（量程足够大）钩住吸盘的钩垂直平面向外拉；当把吸盘拉开时记下弹簧测力计的示数F；用刻度尺测

出吸盘的直径D，根据算出大气压强的值。

提示：我们日常测大气压强往往根据原理代入以上公式计算。

，想办法知道大气压力和受力面积，

综合探究创新

大气压力的计算、二力平衡

[例4]（05年包头市中考·课改卷）伪气功师声称有“空气吸盆”的特异功能，进行招摇撞骗，其做法是先偷偷地把挂衣钩的吸盘紧密地压在平滑的脸盆底面，如图所示，在大气压下，塑料挂衣钩的吸盘和脸盆被紧紧压在一起，这情况与马德堡半球实验有异曲同工之处，伪气功师只要抓住隐藏着的挂衣钩，就能把装有一定质量的水的脸盆提起来。

小科同学用受力面积约为大气压值约为

的吸盘，成功地做了“空手吸盆”的表演。若当时的

，请你根据以上的数据，① 计算出大气压对这个小小的塑料挂衣钩吸

，则小科同学的“空手吸盘”实验最多能提起多

）

盘的压力有多大？② 若脸盆的质量为

少千克的水？（塑料吸盘重及盘中水对吸盘压力都不对，

分析：（1）由公式，得

（2）盆及水处于静止状态，则它们所受大气向上的压力与向下的压力差等于二者的重力。

即

，

答案：（1）120N （2）110N

评注：很多杂技演员的表演项目都与我们学到的物理知识有关。如：睡钉子床，利用了减小压强的知识；走钢丝，利用了二力平衡知识；沸水中捞物体，用了沸点与压强的关系；瓶子吞鸡蛋用了大气压强的知识，等等。

跟踪巧练2：茶壶的壶身与壶嘴一样高，这种结构的好处是茶壶可以装满水，其中利用了 的道理，如果壶身比壶嘴低，用这种壶倒水时，会出现什么现象？ 。壶盖上留有一个小孔，作用是使壶内与壶外的大气压相通，在 的作用下，水很容易倒出。

答案：连通器；茶壶倒水时，壶盖处有水溢出；大气压强

提示：壶嘴和壶身组成了连通器，根据连通器的原理，在液体静止时液面相平，若壶身比壶嘴高则倒不满水；若壶身比壶嘴低，倒水时则壶盖上有水溢出。壶盖上有小孔为了使气体进入壶内把水压出。

误区障碍跨越

搞不清气体压强大小与哪些因素相关

气体压强的大小与温度和体积有关，一定量的气体，温度越高，压强越大，如夏天自行车轮胎易爆破；体积越小，压强越大，如压缩盛有氢气的气球时，球内气体的压强变大。

液体压强与流速的关系

重点难点突破

重点：液体压强与流速的关系

我们学习了液体压强和大气压强，掌握了静止的液体或气体内部的压强特点，而一旦液体或气体流动起来，它们的压强有没有变化呢？如图所示，把连通器ABC底部一端接在水龙头处，拧开水龙头后，发现A、B、C三个容器上方细管中的液面不相平，可以知道B处水的压强较小，C处水的压强较大，这和我们前面学过的连通器的特点是不同的，原因就是因为这里的水是流动的，而压强跟什么有关呢？

水在一定时间内通过A、B、C三处的流量是相同的，而B处管道狭窄，因此水流就 ，C处管道最粗，水流就最 。由此，结合实验中的现象，我们可以得到流动的水的压强与流速的关系；流速越大的位置，压强越 ，流速越小的位置，压强越 。

注意：气体的压强与流速也是这样的关系；流速越大，压强越小。 [例1] 在地铁或火车站台上等候车辆时，要求乘客要离开站台一米以上，其主要原因是（ ）

A. 车辆过来时风太大

B. 车辆过来时带来好多飞尘

C. 车辆驶过站台车速快，带动空气流速加快，易把人“吸”向车辆，造成危险 D. 车辆驶过站台车速快，使人与车之间的空气流动加快，易将人吹向后倒地

分析：流体的流速越大，压强越小 答案：C

难点：利用流体压强与流速的关系解释日常生活和生产中的有关现象。

理解飞机的升力原理，笨重的飞机能够升空，与机翼的形状有关系。根据气体压强与流速的关系，为了使飞机得到向上的升力，人们把机翼做成类似飞翔的鸟的翅膀形状；向 凸起。

当气流迎面吹来时，由于相同时间内机翼上方气流要经过的路程 机翼下方气流经过的路程，因此下方气流速度小，压强 ；上方气流速度大，压强 。机翼的上下表面受到不平衡的力的作用，向上的压力大于向下的压力，因此受到的合力是向上的，这就是向上的升力。

思考：火箭的发射和飞机的起飞，在原理上有什么不同？火箭发射是由于火箭内燃料燃烧向下喷出气体，由于力的相互作用，空气对火箭向上的一个推力，使火箭上升；飞机的起飞是由于气体的流速不同而压强不同，从而造成了向上的压力大于向下的压力，因此向上运动。

[例2] 为什么鹰能在空中长时间的盘旋，而不掉下来？

分析：鹰和其他各种鸟的翅膀的形状，都和飞机的机翼有相同之处，上部凸起，下部内凹，当它在空气中飞行时，上方气流的速度大，对翅膀的压强小，下方的空气流速小，对翅膀的压强大，这样就使两面的压力不相等，这两个压力差，把鹰向上托，滑翔伞也是这个道理。

答案：见分析。

思维能力拓展

气体流速与压强的关系应用及防止造成的危害

[例3] 如图所示是非洲草原犬鼠洞穴的横截面示意图，洞穴有两个出口，一个是平的，而另一个则是隆起的圆形土堆，生物学家不是很清楚其中的原因，他们猜想：草原犬鼠把其中的一个洞口堆成土包，是为了建一处视野开阔的瞭望台，但是如果这一假设成立的话，它又为什么不在两个洞口处都堆上土包呢？那样不就有了两个瞭望台了吗？实际上两个洞口的形状不同，决定了洞口流动的方向，吹过平坦表面的风运动速度小，压强大；吹过隆起表面的风速度大，压强小，因此地面上风吹进了犬鼠的洞穴，给犬鼠带去了习习凉风。

请回答下列问题。

（1）标出洞穴中空气流动的方向。

（2）试着运用上文提到的物理知识说明，乘客为什么必须站在安全线以外的位置侯车？

分析：（1）由于平坦口表面的风速度小、压强大，隆起表面的风速度大、压强小，所以洞内的风向由平坦的口进，从隆起口出。

（2）运动火车周围的空气速度大、压强小，由于大气压的作用，靠近运动的火车易发生事故。

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