重点考点：深藏不露的大气压

说明

本文刊发于《中学生数理化》2020年4月号（总第1194期）“重点考点”栏目，因版面限制，刊发时有删节）

地球被一层厚厚的大气层包裹着，就像液体对浸在它里面的物体施加压强一样，大气对浸它里面物体也有压强，这个压强叫做大气压强，简称大气压。自从我们呱呱落地的那一天，就生活在大气压的海洋里，就像鱼儿天生在水里游动，因此我们并不能感受到的大气压的存在。那么，如何让人们相信大气压的存在的呢？如何测量大气压的大小呢？利用大气压能做什么呢？

1654年，德国的一位“科学发烧友”格里克在雷根斯堡市宽阔的广场上，给帝国国会和皇帝斐迪南三世以及众多市民表演了一场精彩的“大型科学秀”。如图1所示，他将一对直径约为56cm的空心铜半球紧密地扣在一起，抽出球内的空气后，用马向相反的方向拉两个半球，直到每侧的达到8匹马时，两个半球才被分开。是什么让两个铜半球紧紧地挤在一起呢？没错，就是大气压。因为格里克是马德堡市的市长，所以这个实验被称为马德堡半球实验。马德堡半球实验生动、直观地说明了大气压的存在。

图1

例1　（2019·郴州）将少量热水倒入一空矿泉水瓶中（矿泉水瓶未变形），轻轻摇晃后将热水倒出，立即拧紧瓶盖，然后浇上冷水，可以看到矿泉水瓶变瘪。产生这一现象的主要原因是（　　）

A．在所浇冷水的压力作用下，矿泉水瓶被压瘪

B．矿泉水瓶热胀冷缩的结果

C．矿泉水瓶内热气将它吸进去了

D．在大气压的作用下，矿泉水瓶被压瘪

解析　将空矿泉水瓶中倒入热水轻轻摇晃，再将热水倒出并立即拧紧瓶盖后，瓶内是热空气。给瓶子浇冷水，会使瓶内空气温度变低，气压变小，小于外界大气压，于是大气压将空瓶压瘪，故D项正确。

答案　D

早在1644年，意大利科学家托里拆利就利用玻璃管和水银测出了大气压的数值，即大气压的大小等于它托起的水银柱产生的压强，如图2所示。

为什么大气压的大小等于它托起的水银柱产生的压强呢？如图3所示，设想水银柱静止后，与水银槽中的水银面相平的玻璃管内的水银柱处有一个小液片AB。由于AB处于静止状态，因此它上面的表面所受的力是一对平衡力，向上受到大气压力，向下受到水银柱的压力。因为受力面积相同，所以AB上面表面所受压强相等，即

托里拆利在实验中发现大气压可以支持起760mm高的水银柱，通常把这样大小的大气压叫做标准大气压。

在托里拆利实验中，大气压支持着玻璃管内水银柱，水银柱的竖直高度与管子粗细、槽内水银有多少、玻璃管是否倾斜无关。如果玻璃管中混入少量的空气，它就产生一定压强，使管内、外水银面高度差减小，导致测量结果低于正常值。

例2　（2019·泰州）小明用2mL的注射器、量程为0～10N的弹簧测力计和刻度尺粗略测量大气压的值，本实验的原理是二力平衡和p＝__________。

图4

步骤一：把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器的小孔。

步骤二：如图4所示安装好器材，水平向右缓慢拉动注射器筒，当注射器中的活塞_________时，记下弹簧测力计的示数为5.2N。

步骤三：用刻度尺测出注射器________________长度为4.00cm

步骤四：算出大气压强值为_________Pa。

同组的小华分析了影响实验结果的可能因素后，对实验进行了如下改进：

（1）将步骤一改为：先将注射器内抽满水，再竖直向上推动活塞至注射器筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器的小孔，这样便于_________________________。

（2）取下橡皮帽，重复步骤二的操作，读得弹簧测力计的示数为0.3N。由此可知，此时活塞所受到的________________（选填“摩擦力”或“大气压力”）为0.3N。

小华根据改进后测得的数据，重新计算大气压的值。

研究发现，大气压与空气的密度有关。离地面越高的地方，空气越稀薄，大气压越小。另外，大气压还与季节、天气有关。在同一地点，冬季比夏季大气压高，晴天比阴天大气压高。

大气压还会影响液体的沸点。大气压越低，液体的沸点越低。

人之所以感觉不到大气压的存在，是因为在正常情况下，体内压强与大气压相等。当人吸气时，肺部扩张，肺腔体积变大，肺内气压变小，小于外界大气压，外界新鲜空气被大气压压入体内；当人呼气时，肺部收缩，肺腔体积变小，肺内气压变大，大于外界大气，肺内废气被呼出体外。

在生活中，我们也在不知不觉地应用着大气压。例如，用吸管吸饮料时，吸管内气压变小，小于液面上的气压，因此饮料是被大气压“压入”吸管的，而不是我们把饮料“吸入”口中的。也就是说，生活中所谓的“吸”，其实大多是大气压“压”的结果。

例3　（2019·青岛）如图5所示为盆景的一个自动供水装置。用一个塑料瓶装满水倒放在盆景盘中，瓶口刚刚被水浸没。当盘中的水位下降到使瓶口露出水面时，空气进入瓶中，瓶中就会有水流出，使盘中的水位升高，瓶口又被浸没，瓶中的水不再流出，这样盆景盘中的水位可以保持一定高度。使水不会全部流出而能保留在瓶中的原因是（　　）

图5

A．瓶口太小，水不易流出

B．外界大气压强等于瓶内水的压强

C．外界大气压强等于瓶内空气的压强

D．外界大气压强等于瓶内空气的压强与水的压强之和

解析　将装满水的塑料瓶倒放，使瓶口刚刚被盘内的水浸没。由于盘内水面上方有大气压，且大气压能支持起大约10m高的水柱，所以瓶内的水不会流出。当盘内水面下降，瓶口露出水面时，一部分水由于重力流出，瓶内进入部分空气，当盘内水面与瓶口相平时，瓶中的水不再流出，此时瓶内的水柱产生的压强与瓶内气压之和等于大气压，故D项正确。

答案　D

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