黃繼奎
大氣壓強是《壓強》單元的重點內(nèi)容,此類問題能有效考查同學(xué)們分析和解決實際問題的能力,是中考的熱點和高頻考點。下面通過4道中考真題對考點進行梳理。
一、大氣壓的存在
包圍在地球周圍的空氣層叫大氣層。大氣層對浸在它里面的物體表面產(chǎn)生的壓強叫做大氣壓強,簡稱大氣壓或氣壓。包圍地球的空氣由于受到重力的作用,而且能夠流動,因而對浸在它里面的物體產(chǎn)生壓強。大氣層內(nèi)部向各個方向都有壓強,且在同一高度向各個方向的壓強大小相等。
例1(2020·湖南·湘潭)用空易拉罐來體驗大氣壓強的存在,下列操作能達到目的的是( )。
A. 用手捏易拉罐,易拉罐變癟
B. 用重物壓易拉罐,易拉罐變癟
C. 讓易拉罐從高處下落撞擊地面,易拉罐變癟
D. 用注射器抽取密封易拉罐中的空氣,易拉罐變癟
解析:用手捏易拉罐、用重物壓易拉罐和讓易拉罐從高處下落撞擊地面分別是手、重物、地面對易拉罐施加力的作用而使其變癟,故A、B、C錯誤;用注射器抽取密封易拉罐中的空氣,易拉罐內(nèi)的氣壓減小,易拉罐外部的大氣壓大于易拉罐內(nèi)部壓強,所以易拉罐受到的向內(nèi)的壓力大于向外的壓力,這兩個力的合力把易拉罐壓癟,可以證明大氣壓的存在,故D正確。答案:D
二、大氣壓的測量
1. 托里拆利實驗:意大利科學(xué)家托里拆利最早通過實驗準確測出了大氣壓強的數(shù)值。托里拆利實驗測量大氣壓強運用了等效替代法。由于水銀柱上方是絕對真空的,玻璃管內(nèi)外水銀柱高度差所產(chǎn)生的壓強等于外界大氣壓。由[p=ρgh]可知,當壓強和密度一定時,高度h不變(與玻璃管的粗細、插入槽內(nèi)的深度以及玻璃管的傾斜情況無關(guān))。
2. 標準大氣壓:大氣壓隨高度的升高而降低,且大氣壓的值與地點、天氣、季節(jié)的變化有關(guān)。一般來說,晴天大氣壓比陰天高,冬天比夏天高。因此,人們把760 mm高水銀柱產(chǎn)生的壓強叫做標準大氣壓,用[p0]表示。[p0] = 1. 013 × 105 Pa,在粗略計算中,[p0]取1. 0 × 105 Pa。
3. 氣壓計:用來測量大氣壓的儀器。氣壓計分兩類:水銀氣壓計和金屬盒氣壓計。
例2 如圖1所示,在一個標準大氣壓下,用1 m長的玻璃管做托里拆利實驗,管中水銀柱高度為 mm。
(1)假定移動玻璃管的過程均不漏氣,請描述玻璃管內(nèi)水銀柱高度的變化情況。將玻璃管傾斜放置,水銀柱的高度將 (選填“升高”“不變”或“降低”,下同)。將玻璃管向上提升一點,水銀柱高度將 。
(2)如果用水來代替水銀做實驗,水 (選填“會”或“不會”)充滿玻璃管,若管口剛好在水面上且保證不漏氣,此時玻璃管內(nèi)底部的壓強為 Pa。(g=10 N/kg,結(jié)果用科學(xué)記數(shù)法表示,保留一位有效數(shù)字)
解析:1個標準大氣壓能支持760 mm高的水銀柱,故此時玻璃管內(nèi)水銀柱高度為760 mm。(1)將玻璃管傾斜一些,大氣壓不變,水銀柱高度也不變,但長度會變大一些。將玻璃管豎直上提,水銀柱產(chǎn)生的壓強等于大氣壓,即高度不變,還是760 mm水銀柱。(2)1標準大氣壓能支持10. 4 m高的水柱,故水會充滿玻璃管。根據(jù)p=ρ水gh=1.0 × 103 kg/m3 × 10 N/kg × 1m=1 × 104 Pa,則玻璃管內(nèi)底部的壓強為1.0 × 105 Pa - 1 × 104 Pa=9 × 104 Pa。
答案:760 (1)不變 不變 (2)會 9 × 104
三、大氣壓的應(yīng)用
大氣壓在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用非常廣泛,如:人的呼吸、用針管吸藥液、用吸管吸飲料、吸盤吸在光滑墻壁上、活塞式抽水機和離心式水泵抽水等。
例3(2020·貴州·畢節(jié))如圖2甲所示,將一個塑料吸盤壓在平板玻璃上,擠出里面的空氣,在吸盤下的掛鉤上掛上重物,吸盤不會掉下來,請你解釋原因。如果把這套裝置移入玻璃鐘罩內(nèi),用抽氣機抽出里面的空氣,如圖2乙所示,請你預(yù)測發(fā)生的現(xiàn)象。
解析:首先用力將塑料吸盤壓在平板玻璃上,將塑料吸盤中的空氣排出,松手后,由于吸盤內(nèi)的空氣減少,內(nèi)部氣壓小于外界大氣壓,外界大氣壓將吸盤緊壓在玻璃上,在吸盤下的掛鉤上掛上重物,吸盤不會掉下來。把這套裝置移入玻璃鐘罩內(nèi),用抽氣機抽出里面的空氣,隨著氣體的減小,氣體壓強逐漸減小,在重力大于吸盤所受空氣壓力時,掛鉤會掉下。
四、液體沸點跟氣壓的關(guān)系
液體的沸點隨液體表面氣壓的升高而升高,隨液體表面氣壓的降低而降低。生活中的高壓鍋就是依據(jù)這個原理制成的,用高壓鍋煮飯,既能節(jié)省燃料,還可以節(jié)約時間。
例4(2020·浙江·舟山)下列生活中的現(xiàn)象均與氣壓有關(guān),其中一個利用的原理與另外三個不同的是( )。
A. 吸飲料 B. 拔火罐 C. 高壓鍋煮飯 D. 吸盤緊貼在墻面
解析:吸飲料、拔火罐、吸盤吸在墻上這三項都是利用了大氣壓來完成的。高壓鍋是根據(jù)氣壓越大沸點越高來工作的,高壓鍋密封性好,鍋內(nèi)氣壓高于外面大氣壓,而液體的沸點與氣壓有關(guān),氣壓越高沸點越高,所以高壓鍋內(nèi)水的沸點高于100 ℃,故本題選C。
答案:C