第三章 · 第三节
大气压强
大气压的存在 · 马德堡半球实验 · 托里拆利实验 · 标准大气压 · 气压计

📖 知识点学习

🎯 学习目标

  • 知道大气压强的存在,了解证明大气压存在的实验
  • 了解托里拆利实验测量大气压的原理和方法
  • 记住标准大气压的数值:760 mmHg = 1.013×10⁵ Pa
  • 了解大气压随高度变化的规律及气压计的种类
知识点一:大气压强的存在
🌍 大气压强
大气压强(简称大气压)是大气对浸在其中的物体产生的压强。
大气压产生的原因:空气受重力且具有流动性,因此空气内部各个方向都有压强。
💡 证明大气压存在的现象
  • 马德堡半球实验:1654年,奥托·冯·格里克在马德堡市做的著名实验,有力地证明了大气压的存在
  • 覆水杯实验:杯中装满水盖上纸片倒置,水不会流出
  • 吸盘吸附:吸盘挤出空气后吸附在墙上
  • 吸饮料:用吸管吸饮料时,是大气压把饮料压入嘴中
知识点二:马德堡半球实验
🔮 马德堡半球实验
将两个铜半球合在一起,抽出内部空气后,两个半球被大气压紧紧压在一起。
实验中用了16匹马(两边各8匹)才将半球拉开。
这个实验有力地证明了大气压的存在,且大气压非常大。
知识点三:托里拆利实验
📏 托里拆利实验
托里拆利首次精确测量了大气压的值。
实验方法:将一根约 1 m 长的玻璃管装满水银,倒置插入水银槽中。管内水银柱下降到一定高度后不再下降。
管内水银柱产生的压强等于大气压,因此通过测量水银柱的高度就能测出大气压。
知识点四:标准大气压
p₀ = 760 mmHg = 1.013×10⁵ Pa
标准大气压 = 76 cm 水银柱 = 1.013×10⁵ Pa
📐 标准大气压的规定
把等于 760 mm 高水银柱产生的压强规定为标准大气压(1 atm)。
p₀ = ρ水银·g·h = 13.6×10³ × 9.8 × 0.76 ≈ 1.013×10⁵ Pa
在粗略计算中,标准大气压可取 1×10⁵ Pa
知识点五:大气压与高度的关系
⛰️ 大气压随高度变化
大气压随高度增加而减小
① 在海拔 2000 m 以内,每升高 12 m,大气压大约下降 1 mmHg(约133 Pa);
② 离地面越高,空气越稀薄,大气压越小;
③ 大气压还与天气有关:晴天比阴天气压高,冬天比夏天气压高。
知识点六:气压计
🌡️ 气压计的种类
测量大气压的仪器叫做气压计,主要有两种:
水银气压计:根据托里拆利实验原理制成,测量准确,但携带不便;
无液气压计(金属盒气压计):内部有一个抽成真空的金属盒,大气压变化使金属盒形变,带动指针转动。携带方便,常用于高度计。

🎬 动画讲解

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🧪 互动实验:大气压与高度的关系

💡 拖动滑块改变海拔高度,观察大气压的变化
⚙️ 实验参数
海拔高度 0 m
大气压 101325 Pa
水银柱高度 760 mm
相对标准值 100%
📋 实验结论
大气压随海拔高度增加而减小。在海平面处大气压约 1.013×10⁵ Pa(760 mmHg),海拔越高,空气越稀薄,大气压越小。珠穆朗玛峰顶的大气压约为海平面的三分之一。

📝 例题精讲

💡 提示:点击「下一步」按钮,逐步查看详细解题过程
例题 1 标准大气压的计算
已知水银的密度 ρ = 13.6×10³ kg/m³,g = 9.8 N/kg。求 760 mm 高水银柱产生的压强(即标准大气压)。
ρ = 13.6×10³ kg/m³,h = 760 mm = 0.76 m
🔍 解题过程
1 统一单位:h = 760 mm = 0.76 m
2 代入液体压强公式:p = ρgh = 13.6×10³ kg/m³ × 9.8 N/kg × 0.76 m
3 计算结果:p = 13.6×10³ kg/m³ × 9.8 N/kg × 0.76 m ≈ 1.013×10⁵ Pa
✅ 标准大气压 p₀ = 760 mmHg ≈ 1.013×10⁵ Pa
例题 2 大气压的估测
将一个面积为 10 cm² 的吸盘压在平滑的天花板上,挤出空气后,吸盘紧贴天花板。若大气压取 1×10⁵ Pa,求吸盘受到的大气压力多大?相当于多重的物体?
S = 10 cm² = 10⁻³ m²,p₀ = 1×10⁵ Pa
🔍 解题过程
1 统一单位:S = 10 cm² = 10×10⁻⁴ m² = 10⁻³ m²
2 由 p = F/S 求 F:F = p₀ × S = 1×10⁵ Pa × 10⁻³ m² = 100 N
3 换算为重力:G = mg,m = G/g = 100 N/9.8 N/kg ≈ 10.2 kg
相当于约 10 kg(20斤)物体的重力,可见大气压非常大!
✅ 大气压力 F = 100 N,相当于约 10 kg 物体的重力
例题 3 大气压与高度
在海拔 2000 m 以内,每升高 12 m,大气压大约下降 133 Pa。某地海平面大气压为 1.013×10⁵ Pa,某人登上 1200 m 的山顶,山顶的大气压约为多少?
🔍 解题过程
1 计算下降的格数:1200 m ÷ 12 m/格 = 100 格
2 计算压强下降量:Δp = 100格 × 133 Pa/格 = 13300 Pa
3 计算山顶大气压:p = 1.013×10⁵ Pa - 13300 Pa = 101300 Pa - 13300 Pa = 88000 Pa = 8.8×10⁴ Pa
✅ 山顶大气压约为 8.8×10⁴ Pa

🚀 拓展提升

🥤 大气压的应用

  • 吸管吸饮料:吸出管内空气,管内气压减小,大气压把饮料压入嘴中
  • 吸盘:挤出空气,大气压将吸盘紧压在墙面上
  • 活塞式抽水机:利用活塞运动改变气压,将水抽上来
  • 离心式水泵:叶轮旋转使泵内气压降低,水被大气压压入泵内
  • 高压锅:密封锅内气压升高,水的沸点升高,食物更快煮熟

🌡️ 沸点与气压的关系

液体的沸点随气压的增大而升高,随气压的减小而降低。

气压↑ → 沸点↑     气压↓ → 沸点↓
  • 标准大气压下,水的沸点为 100°C
  • 高山上气压低,水不到 100°C 就沸腾,食物不易煮熟
  • 高压锅内气压约 2 个大气压,水沸点可达 120°C,快速煮熟食物
  • 宇航员在太空中如果不穿宇航服,体液会因气压过低而沸腾

📊 大气压的发现历史

  • 1643年:托里拆利完成水银柱实验,首次测出大气压的值
  • 1654年:格里克在马德堡市进行半球实验,证明大气压很大
  • 1662年:玻意耳发现气体压强与体积的关系(玻意耳定律)
  • 帕斯卡(Pa)单位以法国科学家布莱兹·帕斯卡的名字命名

✏️ 练习巩固

💡 提示:每道题作答后会立即显示解析,请认真思考后再作答
第 1 题 ★☆☆ 基础
证明大气压存在的著名实验是?
A托里拆利实验
B马德堡半球实验
C牛顿第一定律实验
D阿基米德原理实验
第 2 题 ★☆☆ 基础
标准大气压的值约为多少?
A1×10³ Pa
B1.013×10⁵ Pa
C1×10⁶ Pa
D760 Pa
第 3 题 ★★☆ 巩固
关于大气压与高度的关系,下列说法正确的是?
A大气压随高度增加而增大
B大气压随高度增加而减小
C大气压与高度无关
D大气压随高度均匀变化
第 4 题 ★★☆ 巩固
用吸管吸饮料时,饮料被"吸"入嘴中的原因是?
A嘴的吸力直接把饮料吸上来
B管内气压降低,大气压把饮料压入嘴中
C饮料受到重力作用上升
D管壁对饮料的摩擦力
第 5 题 ★★★ 拓展
已知大气压为 1×10⁵ Pa,一个吸盘的面积为 50 cm²。将吸盘内的空气全部挤出后紧贴在竖直墙面上,求吸盘受到的大气压力多大?(单位N)
第 6 题 ★☆☆ 基础
首次精确测出大气压数值的实验是?
A托里拆利实验
B马德堡半球实验
C牛顿实验
D阿基米德实验

🧠 知识点问答

老师来考考你!下面的问题都来自本节课的知识点,看看你掌握了多少。每次点击"再考一次"题目顺序都会随机打乱哦!
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课程完成!

恭喜你完成了「大气压强」的学习!

📌 本节核心要点回顾:
① 大气压存在:马德堡半球实验有力证明
② 托里拆利实验首次精确测量大气压
③ 标准大气压 = 760 mmHg ≈ 1.013×10⁵ Pa
④ 大气压随高度增加而减小
⑤ 气压计:水银气压计和无液气压计