大气压
大 气 压 教 案 港区初级中学 茅振宇一、 提出猜想上一章我们学习了液体的压强，知道了液体由于受到重力作用会对容器底产生压强，同时由于具有流动性，使得液体向各个方向都有压强。那空气呢？（众所周知，我们赖以生存的地球周围被厚厚的空气层包围着，包围地球的空气层又叫做大气层，我们就生活在大气海洋的最底层。）这里我想请问：空气有无重力？答1：有。[若无人回答，可以试着从空气具有密度角度引导（空气有无密度？（有）那空气有无质量？有无重力（有）]问：原来空气具有重力，这点与液体相似。那么我再想问，空气是否还与液体一样具有流动性呢？答：有。总结：既然空气与液体一样，即具有重力又有流动性，那么是否空气也具有压强呢？如果空气存在压强，这个压强又有多大呢？这就是今天我们所要共同研究的问题。 二、 实验验证（学生）得出结论1、 学生上台演示实验并验证猜想在课前我已经布置同学们回去思考这一问题，也鼓励大家试着通过利用身边的器材设计一些实验，去证实一下空气是否具有压强，不知你们做的情况如何？得出结论了吗？我看到有部分同学将实验器材都带来了，那我们不妨就请这些同学上来向大家说说他们实验的情况以及其中的思考。实验1：“覆杯实验”做法：①在下端开口的矿泉水瓶底放上一块硬纸片，将装置倒置过来后发现硬纸片会下落；②如果在下端开口的矿泉水瓶里注满水后用硬纸片将开口封住，迅速将装置倒置过来，发现纸片并未落下。思考：两次实验的不同之处在于前者瓶里没有水，有的是空气，而后者瓶里充满着水。两次结果的不同之处应是源于这个原因。后来我们认为只有用大气存在压强这一说法才能解释。正是由于大气压的作用将纸片压在杯口，使得纸片无法掉落。第一次实验中由于瓶内也有空气，这样就会使内外压强相互抵消，纸片由于自身重力就会下落。这个实验充分说明了大气存在压强。实验2：“笔管提水”做法：取一只两端开口的塑料笔管完全浸没于水中，在水下用一只手指堵住其中的一端后将整个装置提起，会发现管内的水不会下落。当将手指松开后，管内的水就会自由下落。思考：虽然我们看不见管口有物堵住它，但在管口四周存在着空气。我们认为，这些空气起到了手指的作用，堵住了管口，使笔管内的水能呆在里面。这说明这些大气对管底的水柱有向上的压强，支撑着水柱。当松开左手食指后，由于上端管口进入了空气，从而使得上下大气压相互抵消，水由于自身的重力而下实验3：“吞蛋实验”做法：在广口瓶中放入一些沙子，将燃着的酒精棉花放入广口瓶中，这时会发现塞在瓶口的鸡蛋被迅速地吞入瓶中。思考：一方面酒精棉花燃烧需要消耗瓶中的氧气，另一面瓶内气体随着温度的升高大部分被挤出瓶外，这是鸡蛋就会被外界大气压强的作用压了下去。这个实验说明大气存在压强。实验4：“被空气压扁的易拉罐”做法：在空的易拉罐里注入少量的水后将此装置放于酒精灯上加热直至里面的水沸腾。然后迅速的将酒精灯熄灭同时用事先准备好的面粉团将易拉罐口堵住。马上就能看见易拉罐被压瘪了，同时伴有“劈啪”的声音。思考：我们认为这也是大气压强的作用。在用酒精灯对罐内的水加热的过程中，罐内的空气由于受热膨胀从而被大部分的挤出。（当罐内的水沸腾，将易拉罐从酒精灯上撤走后，罐内剩余的气体就会冷却收缩），从而使外界大气压大于罐内气体压强，于是铁罐被压扁了。这个实验说明大气存在压强。2、 得出大气压的相关结论（存在、产生原因、压强的方向）（1）大气存在压强：这四组同学通过实验都向我们证实了关于大气存在压强这一猜想的正确性，使我们相信了大气压强确实是存在的。我们赖以生存的地球周围被厚厚的空气层包围着，包围地球的空气层又叫做大气层，我们就生活在大气海洋的最底层。大气对浸在里面的一切物体均具有压强。这种由空气施加的压强叫做大气压强，简称大气压。（注意：大气压是大气压强的简称，不是大气压力的简称）（2）大气压产生的原因：大气压强产生的原因与液体相类似，是由于大气具有重力而产生的。（3）大气压的方向：问：刚才做“覆杯实验”时，那位同学将杯口朝下发现纸片并未脱落，说明大气压强是向着什么方向作用的。答：向上作用的。问：在做“被空气压扁的易拉罐”实验中易拉罐瘪了下去，而且是罐的四周都瘪了下去，这说明大气压从什么方向作用在易拉罐上的？----成功就说。答：说明大气压强的方向与液体压强的方向一样，也是朝向各个方向的。 3、 运用所学大气压知识解释现象问：我们通常说的吸饮料。饮料真的是被吸上来的吗？师：这儿有两瓶饮料（一瓶敞口，一瓶塞有橡皮塞），我们分别请一位男同学和一位女同学上来尝尝它们的味道。现象：一个吸的轻松自如，一个用力吸却一滴也没有吸到问：为什么会产生这样的差异？（提醒学生注意两次实验条件的差异）答：后者的瓶口有活塞。问：为什么这一装置上的不同就会造成最终结果的巨大差异呢？答：女同学用嘴吸吸管时，吸走的管内的空气，而瓶口又没有被塞子塞住，这样瓶中的水就会在管外大气压的作用下在吸管内上升；而男同学使用的瓶子由于在瓶口被塞子塞住，所以外界大气压无法作用在液面上，从而无法将液体压进吸管内，因此半滴也吸不到。追问：通过这两个实验，你们认为饮料真的是被“吸”上来的吗？答：不是。是被大气压压上来的。 三、 马德堡半球实验1、总结和引入：通过同学们的实验以及由此引发的思考，我们了解到了大气具有压强。其实关于大气是否存在压强这一猜想早在十七世纪科学家们就对此问题进行过研究。历史上有一个证明大气存在压强的著名实验，你们是什么吗？答：马德堡半球实验问：哪位同学对这段历史比较熟悉，不妨向大家说说这个非常有趣的故事？学生叙述。2、课件演示师：**同学绘声绘色的描述使我们似乎回到了1654年。下面我们通过观看一段动画，视觉上再次感受一下当时的情景。（分拉两个半球的马匹从2匹增加到4匹、8匹，直至16匹，直到“啪”的一声，把两个半球分开）3、学生分组体会师：同学们在听了故事，看了动画后各个都跃跃欲示的。是不是想亲自体会一下大气压的巨大。这就满足你们的心愿。看到桌上的一对皮碗了吗？可以用它来模拟当时铜制的半球。没有抽气机，怎么办？答：用手将皮碗内的空气挤出。学生实验 四、大气压强有多大？引入：马德堡半球实验让世人亲眼见到了大气压的巨大，同学们刚才也都亲自体会到了这一点，那么大气压到底有多大呢？如何测量呢？（一） 托里切利实验的构想初衷（结合实验和幻灯）师：同学刚才在做“覆杯实验”时对纸片没有下落的解释是：由于有大气压强的作用将纸片压在了杯口。你们对此解释难道没有疑惑吗？这样的解释完整吗？硬纸片只受到大气压强的作用吗？答：不完整。硬纸片并非只受大气压的作用，它上放的水柱对其也有压强的作用。之所以没有下落，是因为大气对纸片向上的压强大于水柱对其向下的`压强。问：谁能根据这个实验给你的灵感，设计一个理论上成立的测量大气压强值的方法？答：换用足够长的杯子，使托起的水柱最高时水柱产生的压强就等于外界大气产生的压强了。师：非常好。他想到了利用平衡的知识来设计出来间接测量和计算大气压的方法。这一思想我们在以前的学习中已经不止一次的应用过。比如在用弹簧测力计测量物体所受的重力，在物体静止时，弹簧测力计的示数是不是直接就是物体的重力？答：不是，而是物体受到拉力的示数。追问：那为什么弹簧秤的示数我们认为就是物体受到的重力那？答：因为此时物体受到的重力与拉力彼此平衡。问：又如在研究影响滑动摩擦力因素的实验中，我们拉动弹簧使木快在木版上做匀速直线运动，此时弹簧测力计是直接测量摩擦力的吗？答：不是。弹簧测力计其实测的是与摩擦力平衡的拉力。总结：同样在这里，同学想到了利用这一方法来间接的测出大气压的值。即当硬纸片拖起的水柱最高时水柱对纸片的压强在数值上就等于外界的大气压强。在理想状况下我们可以用增长玻璃杯的长度来增加水的高度，但是现实情况下却并不可行，因为没有这么长的玻璃杯。那怎么办呢？答：可以换用密度较大的液体代替水进行实验。追问：理由是什么？答：根据液体压强的计算公式p=ρgh，压强一定时，液体的密度越大，深度h就越小。师：很好！某某同学的想法和加利略的学生托里切利不谋而合，托里切利正是选用了液体中密度很大的水银来进行测量大气压的实验的，成为最先测出大气压强数值的科学家。（二） 托里切利实验的具体做法（课件）1、说明：由于汞蒸气有毒，因此无法在课堂上演示，我们就借助于课件共同来看一下实验的过程。实验叙述1：在长约1m，一端封口的玻璃管里灌满水银，问：为什么要灌满水银？答：这是为了排开玻璃管内的空气。实验叙述2：将管口堵住，然后倒插在水银槽中，放开堵管口的手指后，发现管内的水银面下降一些就不在下降了。问：管内水银下降的原因是什么？答：是由于水银柱对水银槽上表面的压强大于外界对水银槽上表面的压强。问：水银下降之后，在管内水银柱的上方是否有空气？答：没有。追问：为什么没有？答：因为开始注水银时已经将管内的空气全部排走了。强调此时上方是真空问：水银面为什么在下降了一些后又不再下降了。（管内水银柱最终不再下落是靠谁托住了它？）答：因为此时水银槽外的大气压支撑着玻璃管内一定高度的水银。师：此时管内的水银不再下降，同时水银槽内的水银也不再增加，产生这一现象的原因就是同学们所说的此时水银柱产生压强在大小上等于外界大气作用在水银面的压强。实验叙述3：用刻度尺测得此时管内水银柱的高度是76cm，也就是760mm。2、结合幻灯片在理论上理清思路（1）根据液体压强特点，在同一深度液体向各个方向的压强相等，因此大气作用在水银槽上方向下的压强等于同一深度处水银槽内的水银作用在此处向上的压强（如幻灯片所示），根据平衡的知识，p=p大气。（2）请你们根据实验测得的数据动笔算算，大气压强到底有多大。（强调是标准大气压）（三）具体大气压的概念师：1.01×105到底有多大呢？人的手掌面积约为50cm2，下面就请大家计算一下：大气压作用在手掌上的压力有多大？答：500N。师：相当于一个质量为50kg的人站在你手掌上产生的压力。追问：这么大的压力，可是为何你感觉不到呢？答：作用在手掌上下的大气压强相互抵消了。师：这个也说明大气压是朝向各个方向的。（四）想想议议问：我们置身于大气海洋中，既然大气压强如此之大，为什么我们感觉不到它呢？答：人体内部（肺部）也存在压强，这样内外相通，压强互相平衡了。当然还有就是长期以来人们已经习惯这样的环境了。（五） 如果在做托里切利实验时，将玻璃管倾斜放置，结果会怎样。（强调h的起始点是从水银槽的水银面的上方。）（六） ：如果在做托里切利时，在保证管口浸如水银槽的情况下，如果将玻璃管向上提一点，情形又会怎样呢？（七） 问：如果在做托里切利托里切利实验时，在灌装水银的过程中不小心混入了少许空气，会不会影响测量结果？ 五、 学生总结问：这节课我们共介绍了两个非常有名的实验，它们是什么？答：马德堡半球实验和托里切利实验。问：这两个实验分别说明了什么问题？答：马德堡半球实验说明了大气存在压强；托里切利实验测出了一个托里切利实验标准大气压强的具体数值