八年级物理空气的力量、流体压强与流速的关系上海科技版知识精讲

用心 爱心 专心 初二物理空气的力量、流体压强与流速的关系上海科技版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 空气的力量、流体压强与流速的关系

基本要求： 1. 理解大气压强产生的原因；能说出几个证明大气压强存在的事例；能用大气压强解释简单的现象。 2. 知道托里拆利实验和标准大气压的大小。 3. 知道大气压强随高度的增加而减小，大气压强的大小可以用气压计来测量。知道大气压强随高度增加而降低的关系。 4. 知道流体的压强与流速的关系，并能应用这一规律解释简单的现象。

二. 重点、难点 重点内容：大气压强产生的原因，利用大气压强解释一些现象，对托里拆利实验的理解。 难点内容：对托里拆利实验的理解和利用流体压强与流速的关系来解释简单的现象。

主要内容讲解： 1. 大气压强的存在 我们学习了压强。固体能产生压强，液体能产生压强，那么气体能不能产生压强呢？ 我们先来看一下我们的生活场地。我们生活在一个蔚蓝色的星球----地球上，它的周周被空气层包围。这个空气层由对流层、臭氧层、平流层、中间层、热层和外逸层组成，它的厚度大约有几百千米，主要由氮气和氧气组成。其中的大部分气体分布在距离地球表面几十千米厚度的范围之内。包围地球的空气层我们称之为大气层，我们生活在大气层的底层。 从液体压强的学习知道，液体由于具有重力和流动性，所以在液体的内部有压强，而且液体内部向各个方向都有压强。同样我们所生活的大气层的空气也具有重力和流动性。所以我们想到在大气层内部也会存在压强。液体产生的压强叫做液体压强，那大气层所产生的压强也就叫做大气压强吧。这也只是我们的一种猜想，究竟有没有大气压强呢？我们要通过实验来证明。 用一个茶杯，装满水，杯子里面没有了空气，用一个硬纸片盖住杯口，轻轻的把茶杯倒过来，我们会看到，硬纸片不会落下去。我们来分析一下，小纸片上面受到了一个向下的压强，当然这个压强是由于杯内的水产生的，而小纸片不会掉下来说明小纸片的下面一定受到了向上的压强，而下面和硬纸片接触的只有空气，很显然这个压强来自大气层中的空气。

我们还可以准备一个广口瓶，一个煮熟的去皮并略大于瓶口的鸡蛋。在广口瓶中放入一小团棉花，用火柴将棉花点燃，并立即把鸡蛋放在瓶口，我们发现鸡蛋进入瓶内。鸡蛋一定用心 爱心 专心

受到很大的压强才被压进去。这个压强是大气中的空气的压强。 实验探究： 拿一空铁皮罐，罐口打开，放在火上加热后，加盖后用冷水浇铁箱，会发现铁箱变得塌陷。这是为什么呢？

以上的几个实验说明了大气层中存在着压强。再做一个著名的实验——马德堡半球实验证明大气压强的存在。 下面我们来模拟这个实验：

马德堡半球实验。两个金属半球，合拢后很容易拉开。现在把阀门打开，把两半球内的空气抽出去一部分，再将阀门关闭，然后在其下面挂一个大大的砝码，将其拉不开。它有力地证明了大气对浸在它里面的物体有压强。在公元1654年的最初实验时，用十六匹马才把半球拉开。我们这个实验由于半球小，真空度不高，拉开它不必用十六匹马，但是已经足以证明了大气中存在着压强。 大气层对浸在它里面的物体的压强叫大气压强，简称大气压或气压。地球周周的万物无不在大气层之中，它们都受到大气压强。诸如马德堡半球拉不开，鸡蛋进入瓶内，铁箱变得塌陷等等都是大气压强的作用的结果。

2. 大气压强的大小 马德堡半球实验不但说明大气的确对在其中的物体有压强，而且说明这个压强也是非常之大。我们可以将试管内装满水，用食指堵住开口，倒立在水槽内，水不流出。水不流出是因为大气压强的缘故。但是试管内的水也产生压强，水不流出不仅是由于存在大气压强，而且大气压强大于管内水柱产生的压强。那么大气压强到底有多大？这个问题早在著名的马德堡半球实验之前就由伽利略的学生托里拆利解决了。 用心 爱心 专心

托里拆利实验。取一根大约一米长、一端封闭一端开口的玻璃管，灌满水银。管内没有空气。用食指堵在开口，倒立在水银槽内。我们先看到管内水银柱下降，继而又静止不动了。水银为什么下降？大气有压强，但是水银也有压强，水银的压强大于大气压强，所以下降。那么现在为什么静止而不再继续下降？原来大气压强等于水银柱的压强。所以要知道现在的大气压强，就需要计算这个水银柱产生的压强。根据上一节液体压强的计算方法，设水银柱下有一个水平的小平面，通过测量水银柱的高，计算水银柱的质量和重力，利用压强的公式 p=F/S计算水银柱产生的压强。或者可以用液体压强的公式p=ρgh来计算它的压强，当然这个压强就是大气压强了。玻璃管的上端是封闭的，而且管里水银柱液面的上方没有空气，因此也就没有空气的压强作用在水银面上，而管外水银槽里水银面上却受到大气压的作用，作用在管外水银面上的大气压就支持着管里的水银柱，所以说这个水银柱产生的压强就等于大气压强。我们测出水银柱的高度为760mm高。p=ρgh=13.6×103kg/m3×9.8N/kg×0.76m=1.013×105Pa. 可见，大气压强的值等于1.013×105帕斯卡，即等于760mm水银柱产生的压强。（压强的单位多出了两个，一个是mmHg，另一个是cmHg，我们可以计算一下，1mmHg约等于133pa） 大气压很大，为什么我们却感受不到它的存在呢？如果某同学身体外表面面积是1米2，大气作用在该同学身体表面上的压力是多大？这么大的力为什么没有把他压瘪？ F=p0S=l.01×105帕斯卡×1米2 =1.01×105牛顿 大气作用在该同学身体表面上的压力是1.01×105牛顿．由于人身体内部与外部大气连通，身体内部也同样受到大气压的作用，因而压力也相等，二力平衡，所以人不会被压瘪。人们长期生活在大气里，对大气的这种作用已经适应，所以也没有什么异样感觉。 现在同学们是否明白了为什么当时托里拆利用水银来做这个实验，而不用水来做了吧。要明确这个问题我们要先明确一个大气压能支持多高的水柱？

解答：pgh0

136109807633././.千克米牛顿千克米 101105.帕斯卡 pgh0水水

hpg水水

帕斯卡千克米牛顿千克053310110101098.././

10306103..米米 用心 爱心 专心

另一种解法： pghpgh00水银水银水水，又

水水水银水银ghgh

hh水水银水银水＝千克米米千克米＝米米136100761010103361033333./../.. 原来由于大气压强太大了，我们计算出大气压强可以支持10.3米高的水柱，这样要想用水柱来表征出大气压强，这个水管的长度至少要10.3m。所以不容易实现。由此我们想到如果一个开口的瓶子在水中，如果我们用手向上提瓶子底部向水面外提，这时瓶子的内部是有水但不满，还是没有水，还是充满水。当然由于大气压能支持10.3m高的水柱，一只瓶子高的水柱当然不成问题。所以瓶子内部充满水。 在托里拆利实验中，如果将玻璃管稍稍上提，观察水银柱的高度，结果是不变的。现在将玻璃倾斜，注意到，水银面上的真空体积有变化，管内水银柱的长度也有变化。当倾斜时，管内水银面上方的真空体积减小，水银柱变长，但是水银柱的高度是不变化的。 在1标准大气压情况下，把一端封闭的玻璃管装满水银后倒插在水银槽中，管顶部比槽内水银面高出200毫米，如图所示。问： ①管的顶部受到水银对它的压强是多大？ ②如果把管顶开个小孔，水银会喷出来吗？为什么？

①设管顶部受到水银柱的压强为p，管顶部对水银柱的压强为p′，水银柱产生的压强为p水银，外界大气压强为p0． p=p’=p0－p水银 =760毫米水银柱－200毫米水银柱 =560毫米水银柱 ②管顶开小孔后，水银不会喷出．因为当管顶开个小孔后，大气通过小孔对管内水银产生向下的压强．所以管内的总压强将大于管外大气对槽内水银的压强．因此管内水银不但不会向上喷出，反而会从下端流入水银槽内，落到与水银槽中的水银面相平为止。

3. 大气压的测量 气压对天气预报等工作有重要的参考价值，所以需要测定大气压的值。测定大气压的仪器叫气压计。 如果由于天气的变化引起了大气压强的增大或减小，托里拆利实验的水银柱高度会发生变化。大气压强增大，管内水银柱的高度增大；大气压强减小，管内水银柱下降。所以这个实验中水银柱的高度随大气压而变，这就为我们测量大气压提供了方便。这就是我们制造的水银气压计的原理。 用心 爱心 专心

（1）水银气压计。根据托里拆利实验的原理制成水银气压计。从理论上讲，只要在玻璃管旁立一个刻度尺即可。使刻度尺的0刻度线对准管外的水银面，只要读出水银柱的高，就可以直接得到大气压相当于多少毫米水银柱的压强。水银气压计测量结果准确，但是不便于携带，所以它适合放在室内。 （2）无液气压计。无液气压计也叫金属盒气压计。顾名思义，这种气压计中没有水银或其它液体。这是抽成真空的金属盒，盒的表面是波纹状的。大气压变化时，盒的厚度发生变化，通过固定在盒表面的连杆等传动机构带动指针发生转动，由指针所指的刻度可读出大气压的值。 （3）管式弹簧压强计。管式弹簧压强计中的空心弹簧管的一端与所测的气体连通；而另一端封闭，并连接杠杆、齿轮和指针等。当空心弹簧管内的压强增大时，管就趋向于伸直，也就是弯度变小，这种形状的变化，由杠杆和齿轮带动指针，指出所测气体的压强。 这些工具不但可以测量大气压强，也可以用来测量汽车轮胎、飞机机舱及太空站内等的气压。

4. 大气压的变化

大气压强是变化的。影响大气压强的因素很多，我们先介绍大气压随高度而变。由上图可知，大气压强随海拔高度的增加而减小。在海平面处的压强最大是760mmHg。为什么会越往高大气压强越小呢，这主要是因为越往高处空气柱越短，而且越往高处空气密度越小，这两个因素决定了越往高处相同受力面积上受到的压力越小，当然也就是大气压强随高度的增加而减小。在距地球较近的区域里，大约每升高12米大气压降低1mmHg。上表所到映的是大气压强与海参拔高度的关系，如果我们知道了海拔高度，就能知道这里的大气压强值的大小。如果我们知道了某处的大气压强值也就知道了这里的海拔高度了，正因为如此我们可以将气压计改装成高度计。 同一地点，大气压也不是一成不变的，大气压还随时间而变。一天当中，通常上午九至十时气压最大，下午三至四时气压最小。一年四季的气压值也不同。大陆上冬季气压最大，