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[!--downpath--]大气压每时每刻都在影响着人们的生活.登上千米高山时,搭乘的客机在起降时,通常人会倍感不适,出现呕吐、心跳推进、耳膜饱胀的觉得;患有关节炎的人会在天气变化前倍感关节肿胀;高原上水加热到80℃左右就沸腾了……这些都是由于大气压会随海拔高度、季节、天气等诱因的变化而变化.这么,如何检测大气压呢?
一、用水银气压计检测大气压
水银气压计的优点是检测结果精确,缺点是携带不便捷.水银气压计是按照托里拆利实验的原理制成的.
托里拆利实验装置和步骤如图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升高,在玻璃管内部的下端形成真空,因为大气浮力,水银柱下落一定距离后停止.检测出水银柱高度,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,这么1个标准大气浮力就相当于76cm高水银柱所形成的浮力,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,你思索过下述问题吗?
①玻璃管中的水银柱下落一定距离后为何会停止?
解答:因为存在大气浮力p0,按照二力平衡可知,大气对水银柱向下的浮力等于水银柱自身重力形成的向上的浮力.
②如果玻璃管没有竖直放置,玻璃管中的水银柱宽度会变化吗?
解答:在1个标准大气压下,玻璃管中的水银柱宽度会小于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:按照p=ρgh,液体浮力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,为何还要选择水银来做实验,而不选用水呢?
解答:由于1个标准大气压可以支持约10m高的火柱,实验用的玻璃管太长,实验操作不便捷,所以不用水来做实验.
二、用注射器检测大气压
用注射器检测大气压,此方式的优点是检测安全、方便,缺点是检测结果不精确.
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(活塞遭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,之后,用蜡或橡皮帽挡住注射器的小孔.②如图2所示,用细锦纶绳掳获注射器活塞的头部,使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连,之后水平往右平缓地带动注射器筒,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宽度L,用注射器的体积V乘以这个宽度,估算出活塞的横截面积S,S=V/L.④由p=F/S估算出此时大气压的值.
4.实验数据记录表格:(按照表格中的数据,你能估算出大气压吗?)
5.实验剖析:测出的大气浮力的值出现偏差的可能诱因?
解答①筒内空气没有完全排尽测量大气压强的仪器,这些缘由会造成大气压的检测值偏小;②注射器的活塞与筒壁间的磨擦,这些缘由会造成大气压的检测值偏大.
例1小宇借助注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材检测大气浮力的值.实验步骤如下:(1)把注射器的活塞推至注射器筒的底端,之后用橡皮帽挡住注射器的小孔,这样做的目的是.
(2)如图3所示,用细锦纶绳掳获注射器活塞的头部,使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连,之后水平往右渐渐带动注射器筒,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宽度为cm,估算得到活塞的横截面积为cm2.
(4)估算得到大气浮力的数值为Pa.
(5)小宇了解到班内朋友的实验偏差普遍较大,有的偏大,有的偏小.请剖析,该实验结果偏大的诱因可能是.
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视.(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磨擦.
三、用吸盘检测大气压
用吸盘检测大气压,此方式的优点是操作简单,缺点是测出的大气压不是很精确.
例2为了估测大气压到底有多大,某小组同事合作进行了如图4的实验:①将蘸水的塑胶吸盘按在光滑水平烩面上,挤出上面的空气;②用弹簧测力计钩着吸盘挂钩平缓往上拉,直至吸盘脱离烩面;③记录刚才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烩面的接触面积,之后算出大气压.
(1)将吸盘蘸水后再按在光滑水平烩面上,其目的是为了.
(2)从原理上讲,本实验测算大气压的方式是否可行?答:.
(3)假如实验中所用弹簧测力计的阻值为5N,吸盘与水平烩面的接触面积为10cmcm2,请你通过估算,说明她们是否能测算出大气压,为何?(1标准大气压为1.0
×105Pa)
(4)要估测出大气压,你觉得本实验中对主要实验器材有哪些要求?
解答(1)密封性更好;(2)根据二力平衡原理,可行;(3)100N;按照标准大气压算出的拉力远小于弹簧测力计的阻值,故不可能用阻值为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(或半径)更小的吸盘.
例3在测定大气压的实验中,因缺乏大量程的弹簧测力计,小明设计了如下实验,如图5所示.
①将蘸水的塑胶挂钩吸盘按压在光滑水平的玻璃板上,挤出塑胶吸盘内的空气测量大气压强的仪器,测出吸盘的半径为d;
②将装有适量细沙的大桶轻轻地挂在吸盘的塑胶挂钩上;
③用小勺轻轻地向大桶内巴勒斯坦,直至塑胶吸盘正好脱离玻璃板,用天平测出这时大桶和沙的总质量为m.
请问:(1)吸盘脱离玻璃板时,若不计塑胶挂钩的质量,空气对塑胶吸盘的压力大小是:,测得大气压数值的表达式是p大气压=.(2)实验中偏差形成的主要诱因是(写出一条即可):.
解答(1)mg,4mg/πd2;(2)吸盘内空气没完全排尽,或塑胶吸盘即将脱离玻璃板时叙利亚量偏大,或天平的读数不确切.
四、用金属盒气压计检测大气压,能够间接检测海拔高度.
金属盒气压计又叫无液气压计,如图6,它的优点是携带便捷,缺点是检测结果不非常精确.若金属盒气压计上标的不是大气压,而是对应的高度值,这么金属盒气压计可加装成民航、登山用的高度计.
我们也可以用注射器检测大气压,再依照检测的大气压值推算出当地的海拔高度.
例4朋友们参与检测花果山高度的实践活动,查资料晓得在竖直方向每下降10m大气浮力减少Δp,且山下的大气浮力为p0.于是她们随身携带了注射器(有刻度部份的体积为V)、弹簧测力计、细线、刻度尺等.抵达山顶后,她们首先排尽针头内的空气并用橡皮帽堵住其小孔,进行了如图7所示的实验.(实验中针头与活塞之间的磨擦不计)
(1)为了检测山顶的大气浮力,你觉得实验中应测出的数学量有(化学量的名称和相应的符号);
(2)山顶的大气浮力p=(表达式);
(3)花果山的高度h=.
解答(1)拉力F、有刻度部份的宽度L;(2)■;(3)■.
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