初中物理中的标准大气压 (人教版初中物理大气压)

众所周知,地球被一层厚厚的大气所包围。在地球上大气可以说无孔不入,无时不在。大气对地球上任何它能接触到的物体都要产生压强的作用,也许由于这一现象太“平凡”了,所以我们经常忽略了它的存在。这一忽略如果发生在其他领域倒也无可厚非,但在专门研究《液体的压强》一节的现行初中物理教材中,对大气压的忽略却极易使广大教师和学生误入歧途。例如,请看下面这道在近年来各省市的初中考试(最早见2010年武汉中考物理)试题中频繁出现的题目:如下图所示,小明把自制的气压计从山脚带到山顶的水平地面上,玻璃管内水柱的高度( ),水对容器底的压强( )(选填“变小”、“不变”或“变大”)。

初中物理课本哪一册讲大气压强,初中物理估测大气压注意事项

自制气压计

上述试题第二空的答案果真是“变大”吗?试想如果细玻璃管足够长(下到瓶底,上至可以将瓶中水全部“吸”入管内),我们不断把该小瓶的高度增加,直到最后一滴水离开瓶底时,水对瓶底的压强不就将变为零了吗?!若按照上述答案,本来随着小瓶高度的增加,水对瓶底的压强一直在变大,怎么会又突然间变为零呢?显然变大的答案是错误的,正确的答案应该是变小!然而,就笔者上网查阅和请教众多物理老师的结果来看,认为“变大”是正确答案的人竟然是绝对的多数……因此,笔者觉得确实有必要对这一问题探讨一下。

大气虽然对固体物体存在压强,但由于一般固体间的受力面不是密封的(吸盘除外),大气压强是直接作用在固体表面上的,所以我们在计算固体对固体压强时,不考虑大气压是正确的。然而,由于 液体具有流动性和排气性所以处在大气中的液体对任何物体的压强其实都包括了作用在该液体表面的大气压。 因为大气是通过液体对该液体内部的物体产生了较大的压强的作用,所以我们在计算液体内部压强时,忽略大气压的作用就是不应该的。这就类似一个空载和满载的汽车对地面的压强大小截然不同一样,汽车上货物的重力显然是不能被忽略的。但是,我们一般在计算液体压强时,都忽略了大气压,只计算了液体本身产生的压强,其结果必然与实际压强相差很大。例如,下面例题(人教2012版八年级下册)就没有考虑到大气压。

初中物理课本哪一册讲大气压强,初中物理估测大气压注意事项

水的压强计算并没有考虑作用在水面的大气压

这种忽略大气压的结果不仅会使上述例题计算的压强p与事实相差一个大气压值,而且会造成对上述中考题的解答失误。如果考虑到大气压的作用,正确的分析过程应该如下所示:

初中物理课本哪一册讲大气压强,初中物理估测大气压注意事项

试题分析手书图

上图中水对容器底A点的压强pA,从瓶内来看应为瓶内气压与瓶内水柱产生的压强之和,从瓶外来看 应为外界大气压与玻璃管内水柱产生的压强之和,水不流动时二者应该相等;若外界大气压减小,虽然玻璃管内水柱的压强会变大,但二者之和要等于瓶内气压与瓶内水柱的压强之和;由于瓶内被封闭气体体积变大会使其压强变小(高中物理知识),瓶内水柱下降也会使其压强变小,故这二者之和即 水对瓶底的压强会变小。具体变化示意如上图公式中的向上(变大)和向下(变小)的箭头所示。

事实上,任何没有被密封的液体内部压强肯定都要比液体所在处的大气压要大。也正是因为如此,下图中所示的水才能克服大气压从瓶中喷出。令人遗憾的是我们在计算液体内部压强时,竟然“理所当然地”忽略了大气压………

初中物理课本哪一册讲大气压强,初中物理估测大气压注意事项

瓶中水的压强大于外界大气压

相对来讲,物理学要比一般的课程难学和难教。但我们也不能为了让她“变得”容易,罔顾事实于不顾,在不应该忽略大气压的地方人为地对她视而不见,否则将会后患无穷,这么多师生对上述中考试题解答的失误就是一例。