知识梳理
浮力
定义
大气对浸在其中的物体形成的浮力,称作大气浮力,简称大气压或气压.
形成
缘由
空气遭到重力作用且具有流动性
证明
马德堡半球实验证明大气浮力的存在
检测
托里拆利实验最早测出大气浮力的数值。一般把等于760mm高的水银柱所形成的浮力的大小叫标准大气压.1标准大气压=760mmHg=1.013×105Pa
与高度的关系
大气压随高度的降低而降低
沸点与气压关系
液体的沸点随着气压的减少而增加,随着气压的增
大而下降
应用
用吸管喝啤酒、活塞式抽水机和离心式油泵,铅笔吸墨水、塑料吸盘的安装、注射器汲取药液等
流体
浮力
与流
速的
关系
流体
化学学中把具有流动性的二氧化碳和液体也称为流体
关系
在二氧化碳和液体中,流速越大的位置,浮力越小
客机
升力
客机喷管横截面的上表面弯曲,下表面比较平,客机飞行时,襟翼上表面的流速小于下表面的流速,故上表面的浮力大于下表面的浮力,上下表面存在浮力差,因此有压力差,因而形成向下的升力.
应用
风中阳伞容易被吹得上翻;火车检票时人应站在安全线外;向平行且自由下垂的两张纸中间吹气时两张纸会互相紧靠;在竖直插人液体的导管下端用一水平管吹气时竖直管中液面上升;兵乓球置于倒扣的漏斗内从左端使劲向上吹气时,兵乓球不会掉出来等.
典例讲解
例1.下述例子中与大气浮力无关的是()
A.
用注射器将药液注入胸肌
B.
塑胶吸盘能贴在光滑的墙壁
C.
悬空塑胶管里的水不会流下来
D.
活塞式抽水机把地下水抽上来
【分析】大气压的应用大多是借助内外的气压差,所以要判定是否是大气压的应用,要注意有没有产生的“气压差”。
【解答】解:A、用注射器将药液注入胸肌,借助的是人的推力,与大气压无关,故A符合题意;
B、吸盘的工作过程是:使劲将吸盘紧压在墙上上,将吸盘中的空气排出,松手后,因为吸盘内的空气降低,内部气压大于外界大气压,外界大气压将吸盘紧压在墙上上,故B不符合题意;
C、大气对纸片向下的压力托住了杯中的水,与大气压有关,故C不符合题意;
D、抽水机工作时,使其内部气压大于外界大气压,在外界大气压的作用下将水压入抽水机内,从而实现把水从低处压到高处的目的,所以是借助了大气压,故D不合题意。
故选:A。
例2.如图所示,沈清朋友借助托里拆利实验检测大气浮力的值。对此,下述判定正确的是()
A.此时大气浮力等于760mm高的水银柱所形成的浮力
B.把玻璃管稍为提起一些,则管内外水银面的高度差将变大
C.若将玻璃管稍微倾斜,则管内外水银面的高度差将不变
D.若把此装置从电视塔首层乘扶梯带到顶楼,则管内外水银面的高度差将减小
【分析】(1)在托里拆利实验中,玻璃管内外水银面的高度差反映了大气浮力的大小;玻璃管内水银柱形成的浮力等于大气浮力,p大气=p水银=ρ水银gh;
(2)气压跟海拔有关,海拔越高,气压越低。
【解答】解:A.读图可知,玻璃管内水银面到水银槽中水银面的垂直高度为750mm,为此,当时的大气浮力等于750mm高水银柱形成的浮力,故A错误;
BC.若将玻璃管稍为提起一些或倾斜,但不能改变大气压的大小,又不能改变水银柱的浮力,故管内外水银面的高度差将不变,故B错误、C正确;
D.若把此装置从电视塔首层乘扶梯带到顶楼,因为气压跟海拔有关,海拔越高,气压越低,则顶楼大气压小,能支持的水银柱高度也就变小,故D错误;
故选:C。
例3.将一个杯子后面放三个蜡烛,如图,是杯子和蜡烛位置的俯瞰图大气压强公式单位,现今从图上方向下和蜡烛火焰等高用吸管吹气,三个蜡烛的亮灭情况是()
A.中间的亮,两边的蜡烛熄灭
B.都熄灭
C.都不灭
D.中间的灭大气压强公式单位,两边的蜡烛亮
【分析】根据流体浮力和流速的关系(流体流速越大的地方浮力越小,流速越小的地方浮力越大)剖析解答。
【解答】解:向杯子吹气时,气流从茶壶两侧向前流动,由于流体流速越大的地方浮力越小,所以流动的空气向中间靠拢吹向中间蜡烛,中间蜡烛熄灭,而外侧蜡烛不会熄灭,故选项ABC错误、D正确。
故选:D。
例4.小建老师在一次下班途中看见如图1所示的场景:一位朋友撑一把阳伞行走在雨中,一阵狂风吹起,伞面被“吸”起,发生形变。
【实验推测】猜想:伞面受力大小可能与空气的有关。
【设计实验与进行实验】小建老师自制了一个上凸下平的模型,将其固定在托盘测力计上;如图2所示。在模型的正前方用电吊扇迎头吹风,模拟气流。
【收集数据】
风速
无风
低速
高速
托盘测力计示数(N)
18
16
10
【分析论证】模型上方空气流速快,浮力小,模型遭到向的升力;空气流速越,这个力越。
【拓展应用】
(1)如图3所示,小车辆的外型类似于客机喷管上凸下平,当一辆疾驰的小车辆在平直的道路上匀速行驶时,请回答:
①小车辆在水平方向上遭到的阻力(选填“大于”、“小于”或“等于”)它的牵引力;
②小车辆对地面的压力车的重力(选填“大于”、“小于”或“等于”);
(2)为解决某市下商城“工”字形通道中走廊的通风问题,技术员设计了以下几种方案。如图4所示,白色部份为外墙突起部份,
为安装在走廊顶的换气扇,其中既有效又节能的是。
【分析】对于流体来说,流速越大的位置浮力越小,流速越小的位置浮力越大;
物体受平衡力作用时,物体保持静止或匀速直线运动状态;
【解答】解:按照题意,一阵狂风吹起,空气流动速率改变,伞面被“吸”起,发生形变,我们可以猜测伞面受力大小可能与空气的流速有关;
按照表格中数据剖析,当无风时,托盘测力计示数等于模型重力,当风速变为低速,直至高速,托盘测力计示数变小了,说明模型遭到了向下的升力,而且空气流速越快,这个力越大;
(1)①飞奔的小车辆在平直的道路上匀速行驶时,车辆处于平衡状态,受平衡力作用,所以小车辆在水平方向上遭到的阻力等于它的牵引力;
②小车辆的外观类似于客机翼型上凸下平,依照前面实验推论上方凸空气流速快,浮力小,车辆遭到向下的升力,所以小车辆对地面的压力大于车的重力;
(2)为解决某市下商城“工”字形通道中走廊的通风问题,让卧室中空气流动上去,那就要使走道右侧通道空气流速不同,因而使两边通道浮力不同,通过这个浮力差使得通道内空气流动产生通风的疗效,按照探究实验推论,我们只要在两通道的其中一个加隆起,就可以保证两边有浮力差,为了节能我们也没有必要改装换气扇,综上所述此题应选C;
答案为:流速;上;快;大;(1)①等于;②小于;(2)C。
例5.小花借助标有最大刻度值4.5mL的注射器等器材,对大气压的值进行检测,实验步骤如下:
a.先让注射器吸入少量水,之后将活塞推至注射器底端,当注射器的小孔饱含水后,再用橡皮帽挡住注射器的小孔;
b.用细绳掳获注射器活塞头部,使绳另一端与弹簧测力计挂钩相连,之后水平往右拉注射器,如图甲示意。当注射器中的活塞联通时,记下弹簧测力计的示数为8.1N;
c.用刻度尺测出注射器全部刻度的宽度为6cm;d.按照检测数据,算出大气压的值。
(1)实验所用的器材为:注射器、刻度尺、细绳、橡皮帽、水和。
(2)此注射器活塞横截面积是cm2;按照实验数据估算出大气浮力是Pa,比真实值(选填“偏大”或“偏小”)。
(3)小花又用塑胶吸盘挂钩对大气压的值进行检测,如图乙。她将吸盘紧紧压在厚玻璃上,测出吸盘的半径为D,之后用弹簧测力计平缓地拉塑胶吸盘直到使其脱离玻璃,读出拉开顿时的拉力为F,算出大气压的值为(用字母表示)。她发觉测出的大气压值比真实值(选填“偏大”或“偏小”)。造成这些结果的缘由是:。
(4)小花与朋友们剖析实验时,发觉测得的大气压值偏差较大,对此找出了下述可能的诱因:
①橡皮帽挡住的注射器小孔中有残余二氧化碳
②活塞与注射器筒壁间有磨擦
③弹簧测力计的示数没有读准
④活塞与注射器筒壁不完全密封。
上述缘由一定会使检测值大于真实值的是。
【分析】(1)实验中要测出拉力的大小,因而要用到弹簧测力计;
(2)注射器的体积可通过图中读出,其单位为mL,注射器是圆锥体,借助公式V=SL的变型,可求其横截面积的大小;
按照二力平衡的条件,当活塞刚才带动时,弹簧测力计的拉力与大气对活塞的压力是一对平衡力;
再依照公式p=
,将测得的压力和面积代入公式即可算出浮力的大小;
按照估算出结果可晓得与真实值之间的关系;
(3)依据公式p=
,将测得的压力和面积代入公式即可算出浮力的大小;
影响检测结果的诱因有好多,我们应尽可能考虑周全,但不外乎检测时的偏差和操作过程中吸盘与玻璃板能够紧密接触等几方面;
(4)从公式p=
剖析,会使检测值大于真实值的可能是所测力F偏小或所测面积S偏大。
【解答】解:(1)依据公式p=
可知,须要检测力的大小,所以要用到弹簧测力计;
(2)注射器的容器V=4.5mL=4.5cm3,注射器全部刻度的宽度:L=6cm;
依据V=SL可知,注射器活塞横截面积:S=
=
=0.75cm2=7.5×10﹣5m2;
大气浮力:p=
=
=1.08×105Pa;
一个标准大气压的值是1.01×105Pa,所以所测的大气压值小于真实值;
(3)由吸盘的半径为D可知,吸盘的面积:S=πR2=π
2=
;
大气压的值:p′=
=
;
因为吸盘内由空气残留,会造成所测的力F偏小,大气压的值偏小;
(4)①橡皮帽挡住的注射器小孔中有残余二氧化碳,会造成所测的拉力偏小,则大气压值偏小,故①正确;
②活塞与注射器筒壁间有磨擦,会造成所测的拉力偏大,则大气压值偏大,故②不正确;
③弹簧测力计的示数没有读准,造成所测的拉力可能偏大也可能偏小,则大气压值可能偏大也可能偏小,故③不正确;
④活塞与注射器筒壁不完全密封,会有空气步入注射器筒内,造成所测的拉力偏小,则大气压值偏小,故④正确;
故选:①④。
故答案为:(1)弹簧测力计;(2)0.75,1.08×105,偏大;(3)
,偏小,吸盘内有空气残留;(4)①④。