师:同学们,今天我们继续学习人教版初二物理第九章大气压强,本节课学习目标是了解大气压在生活中的影响。上节课留了个问题,从大气压产生本质思考,随着海拔高度改变,大气压会怎样。大气压产生本质是大量空气分子无规则运动,对接触面碰撞产生力。随着海拔上升,单位体积内空气分子减少,碰撞减弱,大气压变小。接下来我们做实验验证。
为验证大气压是否随海拔上升而减小,我们来到高楼做实验。要用便携式气压计测量不同海拔的气压,现在我们在一楼,气压计指针显示764,即此时大气压能支撑764毫米水银柱。如之前分析,大气压变小,水银密度不变、g取定值时,能支撑的水银柱高度变小。现在开始上升。
从一楼到29楼,可以看到气压计显示的水银柱高度在减小,即大气压在减小。29楼海拔84米,水银柱高度只有755毫米,相比一楼减少约9毫米,即大气压减小的值相当于9毫米水银柱的压强。实际上,海拔每上升一米,气压约降低11.1帕。
随着海拔上升气压减小,高原生活的人们会有什么不便呢?老师去过西藏,发现高原上烧开的水不烫,这是为什么?物理书说水沸点是100摄氏度,但注明是在标准大气压下,气压对沸点有什么影响?接下来做实验,模拟海拔升高、气压降低时,原本接近100摄氏度沸腾的水,沸点会怎样变化。
这里有一大杯水,还有1 - 3号三个空烧杯,分别在1 - 3号烧杯中倒入150克水。
1号杯静置在空气中,通过电子温度计看到此时1号杯中水温为19.6摄氏度,水没有沸腾现象。对2号杯中的水加热,水温持续上升,当水温上升到101.3摄氏度时不再上升,水面不断翻滚,2号杯中的水沸腾,沸点为101.3摄氏度。把3号杯放入真空罩,还未抽吸时,3号杯水面上方为大气压,温度19.4摄氏度,水没沸腾,开始抽吸。
当海拔上升到3万米时,看到水面翻滚,3号杯中的水沸腾,此时温度在19.3摄氏度和19.4摄氏度之间,取沸点为19.3摄氏度。即海拔升高、气压降低时,水的沸点降低。
可以看到气压降低,水的沸点跟着降低,这就是沸水不烫的原因,因为沸腾时水温度保持在沸点。这对生活的影响是食物可能煮不熟,那在高原(海拔高、气压低)的地方怎么煮出100摄氏度的开水呢?关键在水面上方气压,像高压锅煮水,把容器盖紧,水气化的水蒸气聚集在水面上方,使水面上方气压比容器外大,维持水的沸点不下降。老师有个问题考考大家,这杯红色的水,密封起来模拟血管内的血液,放入真空罩,模拟海拔上升抽气降压,血管中的血液会像水一样沸点降低吗?
生:会的,血液主要成分是水,会像烧杯中的水一样沸腾。
师:究竟会不会,一起来看实验。
取出之前降低水沸点实验中的一大杯水,倒入容器,滴入红墨水模拟血液,密封好。此时温度多少摄氏度,血液没有沸腾,把容器放入真空罩,开始抽气。
当海拔上升到使水沸点为19.3摄氏度时,水已沸腾,但密封容器中的血液无动于衷。
生:跟高原上煮水一样,红色的水装在密闭容器里,不和外面气压接触,虽然外界气压下降,但血液周围气压不变,所以沸点维持住了。
师:说得很好,人体中血管和血管周围肌肉起到密闭容器作用,保护血液不会轻易沸腾。电视机前的你答对了吗?除此以外,大气压在生活中还有哪些应用呢?我们一起来看看同学们的发现。
生:这是家中常见的井泵装置,它是如何保持盆内水位不变的呢?水平外的a点是大气压强,水平内点b的压强是水压与内部气压之和。因为PA等于PB,所以能保持水位不变。将水槽中的水舀出去模拟水槽水位下降,可以看到瓶中的水位也下降,并有气体进入水瓶。当水槽水面下降至瓶口以下时,水瓶中的水下落,有气体进入瓶中。当水槽中的水得到水瓶中的水补充后,再次没过瓶口,水瓶中的水不再下降,此时产生新平衡,外液面a点大气压没变,说明b点压强没变,但水压减小了,内部气压增大了。
生:大家好,这是我找到的大气压应用——茶壶。可以看到茶壶壶盖上有个孔,这个孔有什么作用呢?原来有了这个孔,茶壶可成为连通器,连通器是指上端开口、下端连通的容器。取连通器中间位置的液面受力分析,因为液面静止受力平衡,所以该平面上向左和向右的力相同。又因为p = f÷s,受力面积相同,说明压强也相同。p左 = 大气压 + 左边水压,p右 = 大气压 + 右边水压,即左边水压 = 右边水压。根据p = ρgh,同种液体密度相同,g不变,所以左右液面高度相平。现在做个实验探究茶壶运用连通器的什么原理。这是茶壶壶盖的孔,现在用一张胶带盖住茶壶上的孔,向茶壶中注满水。
