我要大气压强的实验数据

我要大气压强的实验数据
我要大气压强的实验数据

我要大气压强的实验数据
的,有较强的综合性.从日常生活中,学生已经积累了有关浮力的体验,如木块能漂浮在水面是由于受到水的浮力,氢气球在空中能上升是受到空气的浮力,不同物体在水中的浮沉是不同的等,这些体验都没有经过科学的分析、抽象与概括,只凭学生粗浅的观察分析,形成了一些模糊甚至是错误的观念,这些错误观念的形成又会成为学生学习浮力知识的思维障碍.
基于上述原因,在《浮力》教学中,可以让学生通过系列探究活动,从活动中获取信息,从而抽象出概念和规律,消除学生模糊甚至是错误观念.
为完成探究活动,将学生分为若干小组,要求每实验小组准备如下器材：鸡蛋一个、大小不同的小石块各一个、细线若干、清水、杯子、水桶、空的饮料瓶、橡皮泥等.教师准备弹簧测力计、玻璃棒、密度计、量筒、圆柱体组（体积为10cm3的铜块、铁块、铝块各一个）、潜水艇模型、酒精、盐水等.
探究一：在水中下沉的物体受到浮力吗?
设疑：将乒乓球和小石块同时放入盛有水的烧杯中,发现乒乓球会上浮到水面,小石块则沉入水底.
乒乓球会上浮到水面是由于水的浮力的作用.生活中遇到的这样的例子很多,如轮船在海面上航行,氢气球脱手后会腾空而起等,那么在水中下沉的物体是否受到浮力呢?
猜想：（1）水中下沉的物体不会到浮力,因为受到水的浮力的作用的轮船是漂在水面的.（2）水中下沉的物体会受到浮力,因为将水中的石头搬上岸时,会觉得在水中很轻而搬出水面后觉得石头变重了.
设计实验：同学们经过讨论,形成一致的实验方案.将小石块用线系住,挂在弹簧测力计下,浸入水中,观察弹簧测力计的示数是否会发生变化,如果不变,说明在水中下沉的物体不受浮力的作用,如果变小,说明在水中下沉的物体是受到浮力的.同学们用自己准备器材进行实验,获取有关信息.
结论：在实验过程同学们发现,当石块浸入水中,测力计的示数变小.这说明在水中下沉的物体也受到浮力,而且浮力的大小就等于测力计两次的示数差.
疑问：为什么木块在水中会上浮,石块在水中会下沉?浮力的大小跟哪些因素有关?
探究二：浮力的大小跟哪些因素有关?
设疑：重做上面的实验,将小石块用线系住,挂在弹簧测力计下,慢慢浸入水中,观察到小石块在逐渐浸入水中过程中,测力计的示数会逐渐变小,但在小石块全部沉入后,测力计的示数不再变化,这说明同一物体在不同的情况下所受浮力大小不同的.浮力的大小跟哪些因素有关?
猜想：浮力大小究竟和哪些因素有关,大家可以根据生活经验进行猜想,发表自己的见解,并说出自己的理由.
1、浮力大小和物体的轻重有关节.理由是轻的木块在水中会浮起来,而重的金属块则沉下去,说明木块所受浮力比金属块大.
2、浮力大小和物体体积有关.理由是：“你看!轮船体积大,在海上载这么多的货物,说明它所受的浮力大.”
3、浮力大小和物体浸入液体的深度有关.前面的实验说明了这一点.
4、浮力大小和液体密度有关.理由是盐水密度大,不饱满的种子的盐水里漂浮而在清水中会沉入水底.
对于第一种猜想,应帮助学生纠正关于物体轻重的说法,轻重必须用同体积的物体来进行比较,所以这个学生关于木块的说法应改成浮力大小与物体密度有关,至于木块上浮就说它所受浮力大的错误想法,在下一步实验探究时,由学生自己来纠正.第二种猜想引导学生注意的轮船体积大实质是浸入水中的体积大.
将同学们的猜想归纳为四个：浮力的大小可能与物体密度大小有关；浮力大小可能与浸入体积大小有关；浮力大小可能与浸入液体深度有关；浮力大小可能与液体密度大小有关.
设计实验：引导运用“控制变量法”进行实验.浮力大小可能和上述因素都有关系,但当我们研究浮力大小和其中一个因素的关系时,必须控制其它因素,使其保持不变,以排除其它因素的影响和干扰.
同学们设计并进行实验验证自己所提出的猜想.对验证第一个猜想的小组教师要准备体积相同的不同物体（圆柱体组）.对验证第四个猜想的小组教师要准备盐水、酒精.
对同学们在实验中获取的信息的分析处理中,引导学生注意实验中物体浸入液体的深度的改变实质是物体浸入液体中的体积的改变.
结论：同学们在用“控制变量法”进行实验后发现,当其它条件都一样,只有物体密度或浸入液体深度不一样时,测得浮力大小相等,说明浮力大小与它们无关；而当其它条件都一样,只有液体密度或物体浸入液体体积不一样时,测得浮力大小不等,说明浮力大小和它们有关.对数据的进行分析比较,得出了结论,即“浸在液体里的物体所受浮力的大小与液体密度和排开液体的体积有关”.
探究三：浮力的大小等于什么?
设疑：我们已经探究出浮力大小与液体密度和排开液体的体积有关,那么,它们之间有没有确定的数量关系呢?引导同学们由定性到定量、由浅入深地进行探究.
在桶中盛大半桶水,用手将空的饮料瓶按入水中,体会饮料瓶所受浮力及其变化,同时观察水面高度的变化,通过分析比较同学们发现,饮料瓶浸入越多,浮力越大,排开水也多.引导学生思维形成“浮力大,排开的水多；浮力小,排开的水少”的定性的认识.
提出问题：浮力的大小和排开水的多少是否有着必然的联系呢?引导探究“浮力大小与排开液体所受的重力”究竟是什么关系?
猜想：浸入水中的物体所受浮力的大小可能与物体排开水所受的重力相等.
设计实验：引导同学们思考；如何测量物体在水中所受浮力的大小?如何测量物体浸入水后排开水所受的重力?
对于浮力的测量,同学们很容易想到,在这里重点引导学生讨论测量物体浸入水中后排开水所受的重力.
第一种方法：即为教材（人教版义务教育课程标准实验教材《物理》九年级P83中）所示方法,这种方法关键在如何在溢水杯中装满水,使浸入物体排开的水能全部流入小桶中.
第二种方法：在量筒中盛适量的水,将物体浸入水中,读出上升的刻度,即为物体排开水的体积,再根据m＝ρV和G＝mg计算出物体所排开水的重力.
第三种方法：在喝水的杯子里装满水,测出杯子和水的总重量,然后将物体浸入水中,当杯中水不再溢出里,取出物体,测量杯子和剩下的水的总重量,减轻的重量即为物体排开水的重力.
第四种方法：……
结论：同学们通过实验惊奇的发现,物体所受的浮力,竟和它所排开水所受的重力正好相等.从而得出阿基米德原理：“浸在液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体所受的重力.”
浮力的利用
设疑：通过前面的探究,同学们已经知道在水中下沉的物体也会受到浮力的作用,同时也知道在水中上浮的物体受到的浮力不一定比下沉的物体所受到的浮力大.为什么乒乓球会浮在水面,而小石块会沉入水底.即物体的浮沉由什么决定?
猜想：物体的浮沉由物体自身的重力与所受的浮力的大小关系来决定的.
实验探究：将鸡蛋放入盛有水的杯子中,鸡蛋是沉在水底的,向杯中慢慢加盐,边加边搅拌,引导学生观察鸡蛋沉在杯底、悬浮在盐水中、在盐水中上浮最后漂浮在盐水表面等不同现象,让同学们知道下沉、悬浮、上浮、漂浮.同学们经过分析鸡蛋受力情况,利用二力平衡的知识,讨论物体的浮沉条件.
结论：当物体所受的浮力大于物体重力（F浮>G物）时,物体会上浮；当物体所受的浮力小于物体重力（F浮<G物）时,物体会下沉；当物体所受的浮力等于物体重力（F浮＝G物）时,物体会悬浮.上浮的物体在露出液面后,排开的液体将减少,浮力也就会减小,最终物体所受浮力等于物体的重力（F浮＝G物）,此时会漂浮在液面.
如何调节物体的浮沉：浮力在我们的生活中有着广泛的应用,如大家熟悉的轮船、氢气球等,人们利用浮力就是要改变浮力与物体重力的大小关系.
将一块橡皮泥放入盛有水的本子中,橡皮泥会下沉到水底,同学们想办法让橡皮泥浮在水面,并用橡皮泥承载物体,比较谁想的方法能让橡皮泥所能承载的物体最多,同学们通过实验能找出“空心法”让在水中下沉的物体漂浮.同学们还讨论出改变物体重力的这种方法.
浮力的应用实例：潜水艇、密度计、气球与飞艇的原理.向潜水艇模型里吹气或从里面吸气观察潜水艇的浮沉,直观了解潜水艇是如何实现上浮与下潜的；用密度计测量盐水、酒精的密度,通过分析密度计在不同液体中所受浮力的大小关系,了解密度计的刻度及测量原理.介绍热气球、氢气球、飞艇,知道这些物体是通过改变自身重力来实现上浮的,并思考怎样才能使升入空中的热气球、氢气或飞艇安全返回.
课外调查与制作：通过Internet查找有关热气球的有关知识并整理交流.自己找器材制作一个“孔明灯”并放飞.
探究教学体会：通过系列探究活动的设置,激发学生的求知欲,提高了学生的学习兴趣,使学生情绪饱满,课堂气氛活跃,学生的积极性、主动性得以充分发挥.
在探究活动中,通过提问、实验等形式设疑,引导学生发现并提出问题,并对学生所提问题进行分析引导,让他们所提问题具有探究价值,培养了学生发现问题、提出问题的能力.
在提出问题的基础上,引导学生依据已有的知识和曾经获得的经验,对问题的做出猜想和假设,让学生学会猜想,学会预测,培养了学生猜想和假设的能力.
在设计实验的环节中,打破了传统教学中的“照单抓药”,不再是书上怎么说我就怎么做,书上怎么安排我怎么做,不再出现实验中没有这样的器材,老师没有准备这样的器材我就不能进行实验的现象.学生能自主设计实验,对同一个探究问题,能探讨出多种实验方案.实验器材也不再完全靠老师准备,而是能自主选择器材,学生自己能从身边找一些代用品来完成实验,在实验中摆脱了对老师的依赖,培养了学生自主选择器材设计实验的能力.
信息时代,让学生在课外通过Internet查找热气球的有关知识,有力拓展了学生的视野.在自己找器材制作一个“孔明灯”并放飞的活动中,很多学生做了一次没有放飞,便积极思考失败的原因,应用所学的知识,对制作的“孔明灯”进行多次改进,直到能放飞为止.这些活动,将探究活动不仅仅局限于课堂,更延伸至课外,对“孔明灯”的改进,促使了所学知识的应用,培养了学生的动手能力及应用所学知识解决实际的能力.
大气压强
目标要求：
理解大气压强现象；知道大气压强随高度的增加而减小；常识性了解大气压强现象重要应用中活塞式抽水机和离心式水泵的工作原理,了解在温度不变的情况下,一定质量的气体压强跟体积的关系.
重点内容：
大气压强是一个重要的物理现象,它跟生产、生活有密切的关系,是本节的重点.
难点内容：
分析相关大气压现象产生的原因及一些大气压应用的原理是本节难点.
知识点精析
1、大气的压强
（1）大气压强的存在
地球周围被厚厚的空气层包围着,包围地球的空气层又叫大气层,我们就生活在 大气海洋的底层.空气虽然我们看不见,摸不着,但空气也像液体那样,受到重力的作用,而且能流动,因而空气向各个方向都有压强.
①大气压强定义：大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强.简称大气压或气压.
②大气压强产生的原因：空气因受重力作用而产生压强.对此,我们可以对比理固体压强是由于压力作用而产生的,液体压强是由于液体受重力作用而产生的,空气也受重力作用,同样产生压强.
③大气压强存在事例：
实验一：模拟马德堡半球实验.
如图3-58所示,两个皮碗口对口挤压,然后两手用力往外拉,发现要用较大的力才能拉开.
马德堡半球实验和模拟实验的共同点是：将金属球内和皮碗内的空气抽出或挤出,使金属球内和皮碗内空气的压强减小,而外界的大气压强就把它们紧紧地压在一起,要用较大的力才能拉开,这就有力证明了大气压强的存在.
实验二：“瓶吞蛋”实验.
如图3-59所示,用剥了壳的熟鸡蛋堵住广口瓶口,实验前用手轻轻用力,不能将鸡蛋完整地压入瓶内.再将点燃的棉球扔入装有细沙（防止烧裂瓶底）的瓶中,迅速将该熟鸡蛋塞住瓶口,待火熄灭后,观察到鸡蛋“嘣”的一声掉入瓶内.
上述实验,由于棉花燃烧使瓶内气压降低,当瓶内压强小于瓶外大气压强时,鸡蛋在大气压强的作用下,被压入瓶内.
实验三：“覆杯实验”

如图3-60,玻璃杯内装满水,用硬纸片盖住玻璃杯口,用手按住,并倒置过来,放手后,整杯水被纸片托住,纸片不掉下来.
该实验玻璃杯内装满水,排出了空气,杯内的水对纸片向下的压强小于大气对纸片向上的压强,因而纸片不掉下来.
④大气压强的特点：
分析上述三个实验,我们不难理解大气压强存在问题.更深入研究：“瓶吞蛋”表明大气竖直向下有压强,“覆杯实验”表明大气向上有压强.再观察如图3-61所示,慢慢向各个方向转动,硬纸片仍不掉下来,表明大气向各个方向都有压强.因而显示出大气压强的特点：大气向各个方向都有压强.
2、大气压强的大小
①实验启示：
由图3-62（1）,大气压托起杯内的水柱,若求出了水柱的压强即知大气压的大小.如图3-62（2）去掉硬纸片,把盛满水的杯子倒扣在水槽中发现杯中的水仍不下落,换成3-62（3）更长一些试管红色水仍不下落.关键：寻找能托起最高水柱产生的压强,即等于大气压强的大小.

由于p气=p水=ρ水gh水,而ρ水太小,需h水很大,玻璃管的长度有限,改用增大ρ液,减小h液的方法,取ρ液很大的液体——水银来测大气压的大小.
②托里拆利实验：
方法：先在长约1米,一端封闭的玻璃管中装满水银,用手指按住管口；将玻璃管倒立在水银槽中；玻璃管倒立在水银槽内后,水银柱的变化是：先下降,达到一定的高度后停止下降,由管侧的刻度尺读出管内外水银而的高度差约760mm.如图3-63.当玻璃管倾斜时,水银柱的长度虽然增大,但竖直高度不变.
分析：甲.此时管内水银柱上方没有空气,是真空,对管内水银柱没有压强.乙.管内水银柱不再下落是靠槽内水银面受到的大气压强托住了.丙.760mm水银柱的压强与大气压强大小应相等,也就是大气压强跟760mm高水银柱产生的压强相等.
计算：p大气=p水银=ρ水银gh水银
=13.6×103千克/米×9.8×0.76米
=1.01×105帕≈105帕.
即大气压强的值约为105帕.
质疑：人的手掌面积约50厘米2,由此可计算出作用在手掌上的大气压力约500牛,相当于一个质量50千克的人站在手掌上产生的压力.但为什么我们并没有感到如此大的大气压力呢?我们人体在大气中承受着强大的大气压力作用,为什么没有被压瘪呢?
我们再做如图3-64的实验,取一个带阀的空油漆桶,让一个同学站在桶上压一压,不会发生任何形变.将阀门接抽气机抽出桶内空气,将发现油漆桶逐渐变瘪了.可见,巨大的大气压力确实存在.由于我们人体内部有气体压强,与外部大气压相互抵消.否则,我们的命运将 与这个油漆桶一样.
3、大气压的变化
（1）大气压随高度减小.
大气压是由于大气层受到重力作用而产生的.我们在地理课中已学过,大气层的结构,越到高空大气越稀薄,那里的大气压强越小.
课本图3-65表示出了大气压随高度变化的情况和不同高度处的大气压值,反之,若知道某高度处的气压值,也就知道该处的实际高度.所以飞机飞行的高度、登山运动员所处高度就是通过测所在处的气压值而确定的.

由图还可以看出大气压随高度的变化是不均匀的.在海平面至3千米高度之间,每升高1千米,大气压值约减小104帕,3千米以上,每升高1千米,大气压值减小量逐渐变小.
（2）标准大气压：
由于大气压不但随高度变化,在同一地点也不是固定不变的,为了研究问题时方便统一,通常把等于760毫米水银柱的大气压叫标准大气压.
1标准大气压=1.01325×105帕.
1标准大气压的值在一般计算中常取1.01×105帕,粗略计算中还可取105帕.
（3）沸点随气压改变：

停止沸腾的水,气压减小时会发生什么现象
如课本图3-66所示,烧瓶中的水沸腾后移去酒精灯,水停止沸腾,待水温降低一些后将大注射器接到烧瓶口上,向外拉注射器,可以看到,烧瓶内的水又开始沸腾.
这表明：气压减小时水的沸点降低.
反之：气压升高时水的沸点升高.
典型例题：
例1 在托里拆利实验中,当玻璃管倾斜后,玻璃管内的水银柱的长度（ ）；水银柱的高度将（ ）. （填“变大”“变小”或“不变”）
分析：在做托里拆利里实验时,当玻璃管内水银柱静止时,管内水银柱产生的压强等于大气压,当玻璃管倾斜后,管内水银柱的液面与管外水银槽内的水银面之间高度差变小,平衡被破坏,为了维持与外界大气压平衡,玻璃管内水银柱长度要变大,使得水银柱的竖直高度不变.
变大；不变.
解题思路评析：解答此题易犯液体深度概念错误,把玻璃管内水银柱长与水银柱的深度混为一谈.因此认为,大气压值不变,所以管中水银柱长度不变,深度不变.
例2 一个标准大气压能支持___________高的煤油柱.（ρ煤油=0.8×103千克/米3）
分析：根据托里拆利测定大气压值的思想,煤油柱产生的压强应等于标准大气压值,或者煤油柱产生的压强与76厘米水银柱压强相等.
（1）1标准大气压=1.013×105帕.
∴ρ煤油gh煤油=1.013×105帕.
∴ .
（2）1标准大气压=76厘米水银柱的压强,
∴ρ煤油gh煤油=ρ水银gh水银
∴
解题思路评析：解答本题易犯三个方面错误：
①未理解大气压值测定的思维过程,不能建立等式方程.
②未记住标准大气压值的两种表述方式：1标准大气压=1.013×105帕=76厘米水银柱.
③液体压强公式ρ液gh液中h的单位是“米”,而习惯标准大气压值水银柱76“厘米”,忘记换算,导致结果错误.
例3取两只粗细相差很小的试管,大试管里装满水,把小试管的封闭端插入大试管中,然后倒过来,使试管口朝下,你会看到,随着大试管里的水不断从试管间的缝隙中流出,小试管会慢慢地自动上升,如图3-72,试解释上述现象.
解析：这个“腹管上升”实验,是大气压作用的结果,当水在其重力作用下,从两试管间的缝隙中流出来时,小试管上部将出现“真空”,这样,小试管由于受大气的压力大于其重力,便自动上升到大试管里.

例4 如图3-73是一个采用橡皮吸盘的真空吊,用来提取金属板,如果要求每个吸盘可以提取半吨的重物,在大气压等于1个标准大气压的情况下,吸盘的直径至少要多大?（吸盘下降时,靠横梁的重力将吸盘与金属板之间的空气挤走,要使吸盘与金属板分离时,利用一个杠杆操作吸盘的阀门,让空气进入吸盘）
分析：这是利用大气压在工业生产中应用的典型例子.对金属板而言,当平衡时,竖直向下的重力等于吸盘对金属板的吸力,而吸盘的吸力等于大气压强与吸盘面积之积.
设吸盘半径为r米,则吸盘的面积
S=πr2=3.14r2米2
∴p0S=mg
∴ =1.546×10-2米2
∴r=0.124×10-2米=12.4厘米.
∴吸盘直径为2r=24.8.
巩固练习：
1、下列现象中属于应用大气压强的是（ ）
A、用吸管吸瓶中饮料 B、捏瘪了钢笔橡皮管可以吸上墨水
C．茶壶盖上留有小孔 D．把药液注射进肌肉里
2．氢气球飘升到高空以后,突然破裂的原因是 ( )
A．氢气球内压强增大 B．高空的温度升高
C．高空的大气压变大 D．高空的大气压变小
3．利用离心抽水机抽深井中的水,抽水机离地面的距离最大不超过(设大气压为1个标准大气压) ( )
A．760毫米 B．9．8米 C．10．34米 D．没有限制
4．大气压及其变化与气象有密切联系,现在常常利用大气压的变化作为天气预报的重要资料,中央电视台所展示的高空等压线表示的是 ( )
A．天气情况相同的连线 B．离海平面高度相同地方的连线
C．大气压相同地方的连线 D．气温相同地方的连线
5．内地青年应征人伍赴藏后,刚到达青藏高原时常会头晕、头痛、耳鸣,有的甚至恶心呕吐,其主要原因是 ( )
A．高原上气温偏低,经常下雪
B．高原上空气稀薄,气压偏低
C．高原上大气中二氧化碳含量较多
D．高原上道路崎呕,人体能量消耗过多
6．一座楼,每两层楼房间水龙头的高度差是2．5米,已知二楼水龙头的水压是4个标准大气压,那么四楼水龙头的水压约是多少标准大气压?如果最高层水龙头的水压是1．5个标准大气压,那么该楼共有多少层?
7．注射器的活塞推到顶端后,用橡皮帽将注射器小管口封住,再在活塞下面悬挂砝码．若活塞截面积为S=10厘米2,最高能挂多重的砝码?(大气压为1标准大气压)
8．如图3—74所示,U形管内装有水银,一个管口与容器相连,另一管口与大气相通, 水银面之差A＝10厘米,那么容器气体的压强是多少厘米高水银柱?(大气压为1个标准大气压)

答案与提示：
1、 ABC
2、D
3、C
4、C
5、B
6、1个标准大气压可支持10米左右水柱,每升高10米,水压下降1个标准大气压,每层楼高2.5米,下降 个标准大气压.四楼水压约3.5个标准大气压,该楼房共有12层.
7、101牛
8、66厘米高水银柱