大气压的测量方法

大气压每时每刻都在影响着人们的生活.登上千米高山时,乘坐的飞机在起降时,一般人会感到不适,出现头晕、心跳加快、耳膜鼓胀的感觉;患有关节炎的人会在天气变化前感到关节疼痛;高原上水加热到80℃左右就沸腾了……这些都是因为大气压会随海拔高度、季节、天气等因素的变化而变化.那么,怎样测量大气压呢?

一、用水银气压计测量大气压

水银气压计的优点是测量结果精确,缺点是携带不方便.水银气压计是根据托里拆利实验的原理制成的.

托里拆利实验装置和步骤如***1所示.在1m长玻璃管中灌满水银后,倒插在水银槽里,在重力作用下水银柱下降,在玻璃管内部的上端形成真空,由于大气压强,水银柱下落一定距离后停止.测量出水银柱高度,便可测算出大气压.

若在1个标准大气压下,测得玻璃管中水银柱竖直高度是76cm,那么1个标准大气压强就相当于76cm高水银柱所产生的压强,大小是p0=ρ汞gh=13.6×103kg/m3×9.8N/kg

×0.76m=1.013×105Pa.

托里拆利实验中,你思考过下列问题吗?

①玻璃管中的水银柱下落一定距离后为什么会停止?

解答:由于存在大气压强p0,根据二力平衡可知,大气对水银柱向上的压强等于水银柱自身重力产生的向下的压强.

②如果玻璃管没有竖直放置,玻璃管中的水银柱长度会变化吗?

解答:在1个标准大气压下,玻璃管中的水银柱长度会大于76cm,但玻璃管中水银面到水银槽中的水银面的竖直高度还是76cm.

③托里拆利实验中水银柱的高度与玻璃管粗细、上提、下压是否有关?

解答:根据p=ρgh,液体压强只与液柱的高度有关,所以玻璃管的粗细、上提、下压、倾斜均不影响水银柱的高度.

④水银有毒,水无毒,为什么还要选择水银来做实验,而不选用水呢?

解答:因为1个标准大气压可以支持约10m高的水柱,实验用的玻璃管太长,实验操作不方便,所以不用水来做实验.

二、用注射器测量大气压

用注射器测量大气压,此方法的优点是测量安全、方便,缺点是测量结果不精确.

1.实验器材:2mL的注射器一支、弹簧测力计一个、刻度尺一把.

2.实验原理:二力平衡(活塞受到的拉力和大气压力二力平衡);

3.实验步骤与注意事项:①把注射器的活塞推到注射器筒的底端,目的是排尽筒内的空气,然后,用蜡或橡皮帽封住注射器的小孔.②如***2所示,用细尼龙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,然后水平向右缓慢地拉动注射器筒,要注意的是,当注射器中的活塞刚开始滑动时,记下弹簧测力计的示数(即为大气对活塞的压力)F.③用刻度尺测出注射器的全部刻度的长度L,用注射器的容积V除以这个长度,计算出活塞的横截面积S,S=V/L.④由p=F/S计算出此时大气压的值.

4.实验数据记录表格:(根据表格中的数据,你能计算出大气压吗?)

5.实验分析:测出的大气压强的值出现误差的可能原因?

解答①筒内空气没有完全排尽,这种原因会导致大气压的测量值偏小;②注射器的活塞与筒壁间的摩擦,这种原因会导致大气压的测量值偏大.

例1小宇利用注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材测量大气压强的值.实验步骤如下:(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,这样做的目的是.

(2)如***3所示,用细尼龙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,然后水平向右慢慢拉动注射器筒,当注射器中的活塞时,记下弹簧测力计的示数为8.1N.

(3)用刻度尺测出注射器的全部刻度的长度为cm,计算得到活塞的横截面积为cm2.

(4)计算得到大气压强的数值为Pa.

(5)小宇了解到班内同学的实验误差普遍较大,有的偏大,有的偏小.请分析,该实验结果偏大的原因可能是.

解答(1)保证筒内尽可能没有空气,使筒内气压与大气压相比可以忽略.(2)刚开始滑动时.(3)6.00cm;0.75cm2.(4)1.08×105.(5)注射器的活塞与筒壁间的摩擦.

三、用吸盘测量大气压

用吸盘测量大气压,此方法的优点是操作简单,缺点是测出的大气压不是很精确.

例2为了估测大气压究竟有多大,某小组同学合作进行了如***4的实验:①将蘸水的塑料吸盘按在光滑水平板面上,挤出里面的空气;②用弹簧测力计钩着吸盘挂钩缓慢往上拉,直到吸盘脱离板面;③记录刚刚拉脱时弹簧测力计的读数,这就是大气对吸盘的压力;④再设法量出吸盘与水平板面的接触面积,然后算出大气压.

(1)将吸盘蘸水后再按在光滑水平板面上,其目的是为了.

(2)从原理上讲,本实验测算大气压的方法是否可行?答:.

(3)如果实验中所用弹簧测力计的量程为5N,吸盘与水平板面的接触面积为10cm2,请你通过计算,说明他们是否能测算出大气压,为什么?(1标准大气压为1.0

×105Pa)

(4)要估测出大气压,你认为本实验中对主要实验器材有什么要求?

解答(1)密封性更好;(2)依据二力平衡原理,可行;(3)100N;根据标准大气压算出的拉力远大于弹簧测力计的量程,故不可能用量程为5N的弹簧测力计测算出大气压;(4)答题要点:①要选用大量程的弹簧测力计;②要选择面积(或直径)更小的吸盘.

例3在测定大气压的实验中,因缺少大量程的弹簧测力计,小明设计了如下实验,如***5所示.

①将蘸水的塑料挂钩吸盘按压在光滑水平的玻璃板上,挤出塑料吸盘内的空气,测出吸盘的直径为d;

②将装有适量细沙的小桶轻轻地挂在吸盘的塑料挂钩上;

③用小勺轻轻地向小桶内加沙,直到塑料吸盘刚好脱离玻璃板,用天平测出这时小桶和沙的总质量为m.

请问:(1)吸盘脱离玻璃板时,若不计塑料挂钩的质量,空气对塑料吸盘的压力大小是:,测得大气压数值的表达式是p大气压=.(2)实验中误差产生的主要原因是(写出一条即可):.

解答(1)mg,4mg/πd2;(2)吸盘内空气没完全排尽,或塑料吸盘将要脱离玻璃板时加沙量偏大,或天平的读数不准确.

四、用金属盒气压计测量大气压,还能间接测量海拔高度.

金属盒气压计又叫无液气压计,如***6,它的优点是携带方便,缺点是测量结果不十分精确.若金属盒气压计上标的不是大气压,而是对应的高度值,那么金属盒气压计可改装成航空、登山用的高度计.

我们也可以用注射器测量大气压,再根据测量的大气压值估算出当地的海拔高度.

例4同学们参与测量花果山高度的实践活动,查资料知道在竖直方向每升高10m大气压强减小Δp,且山下的大气压强为p0.于是他们随身携带了注射器(有刻度部分的容积为V)、弹簧测力计、细线、刻度尺等.到达山顶后,他们首先排尽针筒内的空气并用橡皮帽封住其小孔,进行了如***7所示的实验.(实验中针筒与活塞之间的摩擦不计)

(1)为了测量山顶的大气压强,你认为实验中应测出的物理量有(物理量的名称和相应的符号);

(2)山顶的大气压强p=(表达式);

(3)花果山的高度h=.

解答(1)拉力F、有刻度部分的长度L;(2)■;(3)■.

“本文中所涉及到的***表、公式、注解等请以PDF格式阅读”

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