专题提升Ⅰ 大气压的测量和计算（解析版）

专题提升Ⅰ大气压的测量和计算学习目录学习目录目录TOC\o"1-4"\h\z\u模块一知识掌握 1知识点一、大气压的测量 1方法1.大气压的大小可以用空盒气压计或水银气压计进行测量。 1方法2、其他实验测量大气压 2知识点二、大气压的计算 4【巩固提高】 6知识重点知识重点模块一知识掌握知识点一、大气压的测量方法1.大气压的大小可以用空盒气压计或水银气压计进行测量。①空盒压强计(或叫金属盒压强计、无液压强计)：其上有两行刻度，一行以百帕为单位，一行以毫米汞柱为单位。方法2、其他实验测量大气压方法1.如图“估测大气压的值”这一实验应用的原理是P=F/S，在测量F这一物理量时，把注射器活塞推至底端是为了排尽空气，在测量S这一物理量时，首先要读出注射器的容积V，再用刻度尺测出带刻度的长度L，即可求出受力面积S＝V/L，这里的S是指图中B的面积。方法2．用吸盘测量大气压值的实验，可选用的测量工具有刻度尺、弹簧测力计、秒表和天平。(1)实验步骤：①如图所示，将塑料吸盘压在光滑的水平玻璃板上，挤出里面的空气。②用小桶通过细绳与吸盘挂钩相连接，向小桶中缓慢添加细沙，直到吸盘恰好脱离玻璃板。③用天平测出小桶和里面物体的总质量m。④测量出吸盘的直径大小d。⑤根据测得数据计算大气压强值P=4mg/Πd2。某同学自己设计了一个粗测大气压强的实验：把两个橡胶皮碗对在一起，用力挤出中间的空气，如图所示，把皮碗悬吊起来，在皮碗下挂重物，逐渐增加所挂的重物，测出最多能挂的物重G，再测出此时皮碗的直径d，皮碗的重忽略不计，则根据这些数据计算大气压p的公式是（）A．p=Gπd2 B．p=Gd C．p=4G【解答】解：皮碗的表面积S＝πr2＝π(d根据题意可知，最多能挂的物重G等于对皮碗的拉力，而大气对皮碗的压力与物体对皮碗的拉力是一对平衡力，则F＝G，所以，大气压：p=F故选：C。小宁在进行估测大气压实验时，首先读出注射器所标容积为V，用刻度尺量出其有刻度部分的长度为L；再用弹簧测力计慢慢拉注射器的活塞，如图甲所示，活塞刚好被拉动时，弹簧测力计的示数为F1；然后他将活塞推到注射器底端（排出里面空气），用橡皮帽封住注射器的小孔，如图乙所示，用弹簧测力计慢慢拉注射器的活塞，活塞刚好被拉动时，弹簧测力计的示数为F2，则他测量出的大气压强为（）A．p=F1LVC．p=(F1【解答】解：设注射器的刻度部分长为L，其容积为V，则注射器的横截面积为S=V图甲的弹簧测力计示数反映的是活塞与筒壁的摩擦力F1，图乙的弹簧测力计示数反映的是活塞与筒壁的摩擦力F1+大气的压力＝F2，所以，大气对活塞产生的压力实际为F2﹣F1，代入压强公式p=FS=F2−F故选：D。飞机在空中飞行时都有一定的迎角（机翼轴线与水平气流的夹角），飞机飞行时的升力除了与机翼形状有关外是否还与迎角大小有关？为了研究这一问题，在老师的帮助下，小科利用电风扇、升力测力计、飞机模型，按如图甲所示方式进行如下实验。（1）以下哪种机翼剖面能使飞机获得向上的升力。（2）小科在探究“飞机飞行时的升力与迎角大小关系”时，他改变迎角大小，使其分别为0°、5°、10°、15°、20°，多次实验后，得到相关数据并处理，画出“升力与迎角的关系”如图乙。小科由此认为，其他条件相同时，飞机飞行时能获得最大升力的迎角为15°，你认为他的判断对吗？为什么？。（3）除机翼形状和迎角大小外，小科只利用这些器材还可以探究飞机的升力与的关系。【解答】解：（1）要飞机获得向上的升力，应该使其上侧的压力小于下侧的压力，故应使上侧的压强小于下侧的压强，使其上方气流流速快，下方气流流速慢，所以应该使赛车下方为平面形状，上方为凸形，故选：A；（2）图中数据15度时，升力最大，但可能比15大或比15度小时升力比15还大。故不对，没有在15度左右进行更多的实验；（3）使用调速风扇，还可以探究飞机的升力与风速的关系。故答案为：（1）A；（2）不对，没有在15度左右进行更多的实验；（3）风速。知识点二、大气压的计算大气压也是压强的一种，在计算过程中注意对物体进行受力分析，再计算。小科发现中性笔的笔帽上有小孔，为了解小孔作用，小科查阅资料：儿童不小心将笔帽吸入引发窒息，这个通气孔能保证呼吸道不被完全堵塞，因此被称为“救命孔”。（1）若不小心吸入笔帽，人体在用力吸气时，通过该笔帽通气孔的气体流速可达20m/s。为确保生命安全，人体与外界通气量要达到1.36×10﹣4m3/s，则通气孔的面积至少为mm2。（2）若不小心将没有通气孔的笔帽吸入气管，此时由于呼吸道堵塞导致肺内气压比外界气压小1.3×104Pa，笔帽的横截面积约为0.85cm2，请通过计算说明医生至少需要多少牛的力才能将笔帽取出？（计算结果精确到0.1N）【解答】解：（1）根据V＝Sh可知，通气孔的面积：S=Vℎ=1.36×10−4m（2）由题意知，人对笔帽的力应等于笔帽受到的内外压力差，由公式p=FF＝ΔF＝ΔpS＝1.3×104Pa×0.85×10﹣4m2≈1.1N.故答案为：（1）6.8；（2）医生至少需要1.1N的力才能将笔帽取出.强台风登陆时，中心附近最大风力可达14级，风速为162千米/时，其中心最低气压955百帕，会造成人员伤亡和巨大的经济损失。（1）台风登陆时，许多浙江农村的房屋屋顶的瓦片被台风掀起，其原因是。（2）部分城区发生严重内涝，许多车辆被淹。已知某被淹小车，车门上部露出水面，若车门被淹部分按矩形计算，被淹面积约为8000厘米2，车门在水中受到的平均压强约为3500帕，通过计算说明，这扇门受到水的平均压力为多少牛？（3）此台风从福建某地登陆后，风速保持不变，向648公里外的衢州运动，请计算需要多少时间到达衢州，以便衢州人民做好防护准备。【解答】解：（1）台风刮过屋顶，屋顶上方的空气流动速度大，压强小；屋内空气流动速度小，压强大，房屋的屋顶瓦片受到向上的压强大于向下的压强，受到的向上的压力大于向下的压力，产生一个向上的压力差，把房屋的屋顶瓦片掀开。（2）已知被淹面积约为S＝8000厘米2＝0.8m2，由p=FF＝p′S＝3500Pa×0.8m2＝2800N，（3）已知风速v＝162km/h，路程s＝648公里＝648km，由v=st=s答：（1）台风刮过屋顶，屋顶上方的空气流动速度大，压强小；屋内空气流动速度小，压强大，房屋的屋顶瓦片受到向上的压强大于向下的压强，受到的向上的压力大于向下的压力，产生一个向上的压力差，把房屋的屋顶瓦片掀开；（2）这扇门受到水的平均压力为2800N；（3）需要4h时间到达衢州。【巩固提高】在测量大气压强的实验中，为消除活塞与针筒间的摩擦力对实验的影响，某同学设计了如图所示装置。将注射器筒固定在水平桌面上，把活塞推至注射器筒底端，用橡皮帽封住注射器的小孔，活塞通过水平细线与烧杯相连。向烧杯中缓慢加水，当活塞刚开始向左滑动时，测得杯中水的质量为880g；然后向外缓慢抽水，当活塞刚开始向右滑动时，测得杯中水的质量为460g。烧杯质量为100g，活塞面积为7.7×10﹣5m2，g取10N/kg，轮轴间的摩擦和细线重不计。则所测大气压的值应为（）A．1.2×105Pa B．1.1×105Pa C．1.0×105Pa D．0.9×105Pa【解答】解：当注射器中的活塞开始向左滑动时，G1＝（0.88+0.1）kg×10N/kg＝9.8N，对活塞受力分析：f+F＝G1＝9.8N；当注射器中的活塞开始向右滑动时，G2＝（0.46+0.1）kg×10N/kg＝5.6N，对活塞受力分析：F﹣f＝G2＝5.6N；两式联立解得：F＝7.7N；所以p=FS=故选：C。某同学用2.5毫升注射器、弹簧测力计、细绳、刻度尺和橡皮帽粗略测量大气压的值，其中弹簧测力计和注射器的自重可忽略不计。步骤一：用刻度尺测出注射器（用图中的字母表示）部分长度是4厘米。步骤二：把注射器的活塞涂上润滑油，推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器的小孔。步骤三：如图所示安装好器材，水平向右缓慢拉动注射器筒，当注射器中的活塞被拉动时，记下弹簧测力计的示数，如图所示。步骤四：算出大气压强的值是。（1）将上述实验步骤补充完整。（2）有同学认为用该实验测得的大气压值与真实值必然存在差异，下列事实支持他的观点的是（填序号）。①活塞与注射器筒壁不可能完全密封②活塞与注射器筒壁间的摩擦无法消除③橡皮帽封住的注射器前端会有残余气体（3）为使实验误差更小，某同学取下橡皮帽，水平向右缓慢拉动注射器筒，记录注射器中的活塞刚被拉动时弹簧测力计的示数，其目的是测量。【解答】解：（1）本实验要测量大气压的值，用弹簧测力计测量拉力F，用刻度尺测出注射器有刻度部分的长度L，由题可知注射器的容积，根据S=VL计算注射器筒的横截面积，根据p注射器有刻度部分的容积为V＝2.5mL＝2.5cm3，注射器的横截面积S=VL=2.5cm34cm水平向右缓慢拉动注射器筒，当注射器中的活塞刚被拉动时，弹簧测力计的示数等于大气对活塞的压力F，此时弹簧测力计的指针在7N和8N中间，即为7.5N，所以大气压强p=FS=（2）该实验测量大气压时，活塞与注射器筒壁不可能完全密封；活塞与注射器筒壁间的摩擦无法消除；橡皮帽封住的注射器前端会有残余气体，这些都会使拉力不等于大气压力，对测量结果造成影响，故选①②③；（3）取下橡皮帽，水平向右缓慢拉动注射器筒，注射器中的活塞受到拉力和摩擦力的作用，刚被拉动时弹簧测力计的示数等于摩擦力，所以这样做的目的是测量活塞与注射器筒壁之间的摩擦力。故答案为：（1）CE；1.2×105Pa；（2）①②③；（3）活塞与注射器筒壁之间的摩擦力。在自主学习探究过程中，小宝同学利用带拉环的吸盘、厚玻璃板、水、刻度尺、大量程弹簧秤来测量大气压强的大小，具体实验步骤是：①用刻度尺测出吸盘的直径，算出吸盘平面面积为10平方厘米；②将吸盘沾水湿润后，压在厚玻璃板上，排尽吸盘内空气；③用弹簧秤水平拉动吸盘，直到恰好脱落，读出此时弹簧秤示数为96牛；④记录整理数据；⑤算出大气压的值，分析实验结论。实验装置如图甲，请结合你所学的知识分析：（1）根据小宝同学的实验数据，计算出大气压的值为帕；（2）小宝同学又把玻璃板分别斜放、立放，使弹簧秤向不同方向拉吸盘，也都测出了大气压的值，这说明；（3）在实验时，如果拿一个吹风机对着吸盘自上而下吹风，如图乙，则你预计的弹簧秤示数可能会96牛（选填“大于”、“小于”或“等于”）。【解答】解：（1）大气压的值为：p=FS=（2）小宝同学又把玻璃板分别斜放、立放，使弹簧秤向不同方向拉吸盘，也都测出了大气压的值，这说明大气对各个方向都有大气压；（3）由图可知，若将高压气泵的出风口如图乙那样对着吸盘自上而下吹风，根据流体压强和流速的关系可知，吸盘外侧空气流速增大，压强变小，大气对吸盘的压力减小，所以，弹簧秤拉动吸盘至恰好脱落时的示数一般会小于96N。故答案为：（1）9.6×104；（2）大气对各个方向都有大气压；（3）小于。覆杯实验是科学教材中的经典实验。科学小组利用现代高速摄影技术进行了相关研究。当取一个高为18cm的杯子中装入部分水（如图乙），倒置的瞬间水与轻质盖片会一起下降一段高度（如图丙），在杯口和盖片之间形成一段液桥。空气柱高度/cm2.254.509.0013.5015.75液桥高度/cm0.0780.1380.2150.1680.123（1）做覆杯实验时按图所示顺时针旋转360°目的是证明（2）改变杯子内空气柱高度，盖上轻质盖片并倒置，测出相应液桥长度，得到数据如表丁，可待出的结论是；（3）相关实验表明：空气会从液桥进入，液桥越长空气越容易进入，覆杯实验成功率越低。则下列四个留有部分空气的覆杯实验，最不可能成功的是。【解答】解：（1）空气在各个方向都存在压强。做覆杯实验时顺时针旋转360°，纸片都不会掉下来，说明在各个方向都受到大气压的作用；（2）分析数据可知，在杯子高度一定时，当空气柱的高度增加时，液桥高度先增大后减小；（3）已知空气会从液桥进入，液桥高度越大空气越容易进入，覆杯实验成功率越低。从表格数据可知空气柱的高度接近于杯子高度的一半时，液桥高度最大，由此可知B图实验中，空气柱高度最接近杯子高度的一半，液桥高度会最大，最不可能成功，故选B。故答案为：（1）各个方向都有大气压；（2）液桥高度先增大后减小；（3）B。2022年9月27日，由我国自主研制的“鲲龙”AG600M灭火机以全新消防涂装在湖北荆门漳河机场成功完成12吨投吸水试验。（1）经查资料，飞机的机翼是由一组组翼形组成，机翼结构如图4所示。请问机翼这种设计结构能产生升力的原因：。（2）小瑞思考：飞机升力与迎角（α）大小有什么关系？在老师的帮助下，小瑞利用电风扇、升力测力计、飞机模型，按图5方式进行如下实验。①闭合电风扇的开关，调节挡位使其风速最大，并使飞机模型的迎角为0°，记录测力计的示数。②改变迎角的大小，使其分别为5°、10°、15°、20°，重复步骤①并计算升力平均值。③处理相关数据得到“升力与迎角的关系”如图6。Ⅰ.本实验得出的结论：。Ⅱ.若要进一步研究“飞机的升力与其飞行的速度关系”。利用现有器材，只要控制不变，通过调节改变飞机模型的飞行速度即可获得结论。Ⅲ.资料显示：本实验结论与实际相符，且飞机迎角一定时，飞行速度越大，升力也越大。若某飞机以600千米/时做水平匀速直线飞行时的迎角为α1，而以900千米/时做水平匀速直线飞行时的迎角为α2（α1，α2均小于15°）。请比较α1、α2的大小关系：。【解答】解：（1）经查资料，飞机的机翼是由一组组翼形组成，机翼结构如图4所示。请问机翼这种设计结构能产生升力的原因：在流体中，流速越大的位置压强越小。（2）Ⅰ.本实验得出的结论：升力随着迎角的增大而增大，超过15°后，升力随迎角的增大而减小。Ⅱ.若要进一步研究“飞机的升力与其飞行的速度关系”。利用现有器材，只要控制迎角不变，通过调节风扇转速改变飞机模型的飞行速度即可获得结论。Ⅲ.资料显示：本实验结论与实际相符，且飞机迎角一定时，飞行速度越大，升力也越大。若某飞机以600千米/时做水平匀速直线飞行时的迎角为α1，而以900千米/时做水平匀速直线飞行时的迎角为α2（α1，α2均小于15°）。说明高速度和小迎角与低速度大迎角可以获得相同的升力。请比较α1、α2的大小关系：α1＞α2。故答案为：（1）在流体中，流速越大的位置压强越小；（2）Ⅰ.升力随着迎角的增大而增大，超过15°后，升力随迎角的增大而减小；Ⅱ.迎角；风扇速度；Ⅲ.α1＞α2。将两个相同纸杯轻轻叠在一起，在杯口水平吹气，发现内纸杯会“跳”出来。现有两种猜想：①因为吹气时有气体进入内外纸杯之间，使内纸杯飞出；②因为吹气改变了内纸杯口的流速，使内纸杯飞出。为了检验猜想，秀秀设计了如甲图所示实验：步骤一：将相同纸杯按甲图所示进行处理，然后将两个纸杯叠在一起。步骤二：用吹风机在杯口通稳定气流。步骤三：更换纸杯型号，重复上述实验，现象始终相同。（1）用吹风机在杯口通稳定气流的具体操作是。（2）若猜想①正确，则甲中B的实验现象是。（3）山山提出可以按照图乙所示方案验证猜想②。已知内纸杯剪去上部后，内纸杯会嵌入外纸杯中，导致气流无法进入内外纸杯之间。请判断其可行性并说明理由：。【解答】解：（1）用吹风机在杯口通稳定气流的具体操作是：将吹风机放在杯口，以恒定的风速沿上杯口水平吹气；（2）若猜想一正确，则进行处理后，进入内外纸杯的气体可以重新从内纸杯跑出去，杯子不会被挤出；（3）可行；上杯口低于下杯口，导致上杯口空气流速与上杯底空气流速都很小，近似为0，不存在压强大小问题，如果没有再飞出，说明在第一次实验中是吹气改变了内纸杯口的空气流速导致纸杯飞出。故答案为：（1）将吹风机放在杯口，以恒定的风速沿上杯口水平吹气；（2）内纸杯不会飞出，会停留在原地；（3）可行；上杯口低于下杯口，导致上杯口空气流速与上杯底空气流速都很小，近似为0，不存在压强大小问题，如果没有再飞出，说明在第一次实验中是吹气改变了内纸杯口的空气流速导致纸杯飞出。在地面附近同一高度或高度差不显著的情况下，空气流速v与压强p的关系可表示为12ρv2+p＝C（式中C是常量，ρ（1）根据上述流速与压强的关系式可知，硬币下方空气压强p下＝。（2）刚好把硬币吹起时，硬币上下表面的压力差ΔF＝。（3）请推导出刚好将硬币吹起时吹气速度的表达式：v＝（用ρ、S、m表示）。【解答】解：（1）由公式12ρv2+p＝C（式中C是常量，ρ表示空气密度）可知：空气流速越大，压强越小；空气流速越小，压强越大。硬币下方的空气流速为0，代入公式12ρv2+p＝C中，得：12×0+p（2）吹硬币时，硬币受到三个力的共同作用：硬币上表面的气体压力F上、下表面的气体压力F下、硬币的自重G；那么刚好被吹起时，F下＝F上+G，即：硬币上、下表面的压力差ΔF＝G＝mg；（3）刚好将硬币吹起时，硬币上方的压强为：p上＝C−12ρv硬币下方的压强为：p下＝C（空气流速为0）；那么硬币上下方的压强差为：p下﹣p上＝Δp=12ρv因为ΔF＝Δp•S所以12ρv2•S＝mg即：v=故答案为：（1）C；（2）mg；（3）2mgρS在学习“流体压强与流速关系”后，同学们知道了当气流吹向机翼时，飞机会获得升力，并且在相同条件下，气体的流速越大，飞机获得的升力也越大。为了探究飞机获得的升力与其他因素的关系，研究人员利用3D打印机制作出大小不同的纸机翼模型进行风洞模拟实验，如图甲所示。用传感器测量相关数据，进行分析研究。（1）研究人员利用控制变量法探究飞机获得的升力与机翼投影面积的关系时，实验数据如表所示。①分析数据，你得出的初步结论是。②此实验选用三组不同的风速分别进行是为了。机翼投影面积S/m2风速为v1时飞机获得的升力F1/N风速为v2时飞机获得的升力F2/N风速为v3时飞机获得的升力F3/N0.013310.0320.0270.0230.009980.0230.0210.0170.006650.0150.0130.011（2）通过上述信息分析可知：v1v2（选填“大于”或“小于”）。（3）研究人员又探究了飞机获得的升力F与迎角α的关系，根据实验数据绘制的图像如图乙所示。分析图像，你得出的结论是。【解答】解：（1）①探究飞机获得的升力与机翼投影面积的关系时应控制风速不变，观察表格的第一、二列数据，由表格可知其它因素相同时，机翼投影面积越大，机获得的升力就越大；②此实验选用三组不同的风速分别进行是为了寻找普遍规律，避免偶然性；（2）流体在流速大的地方压强小，机翼投影面积相同时，飞机获得的升力越大，则风速越大，观察表格的第一、二、三行数据，由表格可知风速为v1时飞机获得的升力F1大于风速为v2时飞机获得的升力F2，所以风速v1大于风速v2；（3）分析根据实验数据绘制的图像图乙可知飞机获得的升力随迎角α的增大先变大后变小。故答案为：（1）①其它因素相同时，机翼投影面积越大，机获得的升力就越大；②寻找普遍规律，避免偶然性；（2）大于；（3）飞机获得的升力随迎角α的增大先变大后变小。如图甲所示是演示“流体压强和流速的关系”实验装置，U形管中装有水，直径相同的a、b两管中的水静止时液面相平。（1）如果在右端c处往装置里急吹气，导致b管上方气流速度a管上方的气流速度，b管与a管的水面上方形成气压差，U形管中（选填“a”或“b”）管水面升高，若a管与b管的水面高度差为12cm，则此时U形管底部d处左右两侧液体的压强差为Pa。（g＝10N/kg）（2）如图乙是某种喷雾器的工作原理示意图，当喷雾器未工作时，细管A内外气压相等，细管A内外液面，当喷雾器工作时，空气从细管B的右端快速喷出，导致细管A上方空气的流速突然（选填“增大”或“减小”），细管A内液面上方气压比容器内液面上方的气压，液体就沿细管A的管口流出，同时受到气流的冲击，形成雾状向右喷出。【解答】解：（1）在流体的流量相同时，通过横截面积大的地方，流体的流速越小，b处横截面积大于a处横截面积，所以在右端c处往装置里急吹气，导致b管上方气流速度小于a管上方的气流速度。因为流体的流速越大，流体的压强越小，所以b处压强大于a处压强，所以b管与a管的水面上方形成气压差，U形管中a管水面升高。a管与b管的水面高度差为Δh＝12cm＝0.12m，根据液体压强公式得，U形管底部d处左右两侧液体的压强差：Δp＝ρ水gΔh＝1.0×103kg/m×10N/kg×0.12m＝1200Pa。（2）细管A内外底部相连，上端开口，形成一个连通器，所以细管A内外液面相平。当喷雾器工作时，空气从细管B的右端快速喷出，导致细管A上方空气的流速突然增大，因为流体的流速越大，流体的压强越小，所以细管A内液面上方气压减小，细管A内液面上方气压比容器内液面上方的气压小，液体就沿细管A的管口流出，同时受到气流的冲击，形成雾状向右喷出。故答案为：（1）小于；a；1200；（2）相平；增大；小。如图，高压锅的锅盖上有一个空心柱为排气孔，空心柱上戴着一个帽子为限压阀，当高压锅内气体的压强超过安全值时，锅内的气体就会冲出限压阀，气体跑出一部分，使锅内气体的压强减小。现有一个直径为24厘米，空心柱小孔的横截面积为8毫米2，限压阀的质量为100克的高压锅，要用它来煮饭，若当时的大气压为1.0×105帕，问：（1）高压锅内气体能达到的最大压强为多大？（2）经商品质量检测部门检测，此高压锅内气体的最大压强不能超过1.8×105帕，要使此高压锅能继续安全使用，原来的限压阀还能使用吗？若不能；应再配备一个质量为多大的限压阀？（3）在生活中，如果用高压锅模拟马德堡半球实验，如果他们没有抽气机等排