测量大气压的三种实验方法

1 托里拆利实验法

器材:长约1m一端开口的玻璃管,水银槽,水银,刻度尺

步骤:

(1)将开口向上的玻璃管内装满水银;

(2)用手指堵住管口,将其倒立在装有适量水银的水银槽内;

(3)用刻度尺测量出管内外水银面的高度差H。

结果分析:由于玻璃管上方是真空,H高水银柱产生的压强与大气压强平衡。因此有:

P气=P汞=ρ汞gH

2 “吸盘”测量法

器材:吸盘,玻璃板(或水平桌面),弹簧测力计,刻度尺,尼龙绳

步骤:(1)用刻度尺测出吸盘的直径D;

(2)将吸盘按在光滑的水平桌面上,挤净里面的空气:

(3)用弹簧测力计测量刚把吸盘拉离玻璃时的大气压力F。

结果分析:

3 “注射器”测量法

器材:注射器,弹簧测力计,刻度尺,尼龙绳

步骤:(1)把注射器的活塞推至注射器筒的底端,然后用橡皮帽堵住注射器的小孔;

(2)用绳拴住注射器活塞的颈部,使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连,然后水平慢慢拉动注射器筒,当注射器中的活塞刚开始滑动时,记下测力计的示数F;

(3)用刻度尺测出注射器全部刻度的长度为L,根据注射器的最大刻度V,计算得到活塞的横截面积S。

结果分析:

上述三种实验法的共同之处:都是间接测量法,都用到了等效替代和二力平衡的知识。法一中水银柱产生的压强与大气压强相等,通过测水银柱产生的压强而测出大气压强。法二、法三中,要测大气压力,需要测出与其二力平衡的测力计的拉力。

不同之处:法一中水银柱上方的真空是比较容易得到,由于p=ρgh,液体压强与水银柱的高度有关,而水银柱的高度与玻璃管的粗细、倾斜与否、上提、下压等都无关,因此测量结果较准确。但是由于水银有毒,若用水柱代替,一个标准大气压强P0=1.01×105Pa又相当于水柱高:H水=10.3m,所以不宜在教室里演示给学生看,(测量水柱实验可在教学楼一到四楼楼梯进行,事先把水槽、水、橡皮水管设置好,米尺固定在楼梯上,由几个学生操作:在水槽旁、拉水管、读读数,进行实验。)托里拆利实验对认识大气压强的值很重要,是物理学史上的一个重要实验,应该让学生知道。可采用录象的方法让大家看看当年的实验过程。

法二、法三中器材易得也能安全操作,但由于排净空气、刚拉离(“吸盘”测量法中)、刚滑动(“注射器”测量法)等操作要领很难把握,导致实验误差很大,所以适用于学生的粗略测量。

注:本文中所涉及到的***表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

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测量大气压的三种实验方法

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