大氣壓
大 氣 壓 教 案
港區初級中學 茅振宇
一、 提出猜想
上一章我們學習了液體的壓強，知道了液體由于受到重力作用會對容器底產生壓強，同時由于具有流動性，使得液體向各個方向都有壓強。那空氣呢？（眾所周知，我們賴以生存的地球周圍被厚厚的空氣層包圍著，包圍地球的空氣層又叫做大氣層，我們就生活在大氣海洋的最底層。）這里我想請問：空氣有無重力？
答1：有。
[若無人回答，可以試著從空氣具有密度角度引導（空氣有無密度？（有）那空氣有無質量？有無重力（有）]
問：原來空氣具有重力，這點與液體相似。那么我再想問，空氣是否還與液體一樣具有流動性呢？
答：有。
總結：既然空氣與液體一樣，即具有重力又有流動性，那么是否空氣也具有壓強呢？如果空氣存在壓強，這個壓強又有多大呢？這就是今天我們所要共同研究的問題。
二、 實驗驗證（學生）得出結論
1、 學生上臺演示實驗并驗證猜想
在課前我已經布置同學們回去思考這一問題，也鼓勵大家試著通過利用身邊的器材設計一些實驗，去證實一下空氣是否具有壓強，不知你們做的情況如何？得出結論了嗎？我看到有部分同學將實驗器材都帶來了，那我們不妨就請這些同學上來向大家說說他們實驗的情況以及其中的思考。
實驗1：“覆杯實驗”
做法：①在下端開口的礦泉水瓶底放上一塊硬紙片，將裝置倒置過來后發現硬紙片會下落；②如果在下端開口的礦泉水瓶里注滿水后用硬紙片將開口封住，迅速將裝置倒置過來，發現紙片并未落下。
思考：兩次實驗的不同之處在于前者瓶里沒有水，有的是空氣，而后者瓶里充滿著水。兩次結果的不同之處應是源于這個原因。后來我們認為只有用大氣存在壓強這一說法才能解釋。正是由于的作用將紙片壓在杯口，使得紙片無法掉落。第一次實驗中由于瓶內也有空氣，這樣就會使內外壓強相互抵消，紙片由于自身重力就會下落。這個實驗充分說明了大氣存在壓強。
實驗2：“筆管提水”
做法：取一只兩端開口的塑料筆管完全浸沒于水中，在水下用一只手指堵住其中的一端后將整個裝置提起，會發現管內的水不會下落。當將手指松開后，管內的水就會自由下落。
思考：雖然我們看不見管口有物堵住它，但在管口四周存在著空氣。我們認為，這些空氣起到了手指的作用，堵住了管口，使筆管內的水能呆在里面。這說明這些大氣對管底的水柱有向上的壓強，支撐著水柱。當松開左手食指后，由于上端管口進入了空氣，從而使得上下相互抵消，水由于自身的重力而下
實驗3：“吞蛋實驗”
做法：在廣口瓶中放入一些沙子，將燃著的酒精棉花放入廣口瓶中，這時會發現塞在瓶口的雞蛋被迅速地吞入瓶中。
思考：一方面酒精棉花燃燒需要消耗瓶中的氧氣，另一面瓶內氣體隨著溫度的升高大部分被擠出瓶外，這是雞蛋就會被外界強的作用壓了下去。這個實驗說明大氣存在壓強。
實驗4：“被空氣壓扁的易拉罐”
做法：在空的易拉罐里注入少量的水后將此裝置放于酒精燈上加熱直至里面的水沸騰。然后迅速的將酒精燈熄滅同時用事先準備好的面粉團將易拉罐口堵住。馬上就能看見易拉罐被壓癟了，同時伴有“劈啪”的聲音。
思考：我們認為這也是強的作用。在用酒精燈對罐內的水加熱的過程中，罐內的空氣由于受熱膨脹從而被大部分的擠出。（當罐內的水沸騰，將易拉罐從酒精燈上撤走后，罐內剩余的氣體就會冷卻收縮），從而使外界大于罐內氣體壓強，于是鐵罐被壓扁了。這個實驗說明大氣存在壓強。
2、 得出的相關結論（存在、產生原因、壓強的方向）
（1）大氣存在壓強：這四組同學通過實驗都向我們證實了關于大氣存在壓強這一猜想的正確性，使我們相信了強確實是存在的。我們賴以生存的地球周圍被厚厚的空氣層包圍著，包圍地球的空氣層又叫做大氣層，我們就生活在大氣海洋的最底層。大氣對浸在里面的一切物體均具有壓強。這種由空氣施加的壓強叫做強，簡稱。（注意：是強的簡稱，不是力的簡稱）
（2）產生的原因：強產生的原因與液體相類似，是由于大氣具有重力而產生的。
（3）的方向：
問：剛才做“覆杯實驗”時，那位同學將杯口朝下發現紙片并未脫落，說明強是向著什么方向作用的。
答：向上作用的。
問：在做“被空氣壓扁的易拉罐”實驗中易拉罐癟了下去，而且是罐的四周都癟了下去，這說明從什么方向作用在易拉罐上的？----成功就說。
答：說明強的方向與液體壓強的方向一樣，也是朝向各個方向的。
3、 運用所學知識解釋現象
問：我們通常說的吸飲料。飲料真的是被吸上來的嗎？
師：這兒有兩瓶飲料（一瓶敞口，一瓶塞有橡皮塞），我們分別請一位男同學和一位女同學上來嘗嘗它們的味道。
現象：一個吸的輕松自如，一個用力吸卻一滴也沒有吸到
問：為什么會產生這樣的差異？（提醒學生注意兩次實驗條件的差異）
答：后者的瓶口有活塞。
問：為什么這一裝置上的不同就會造成最終結果的巨大差異呢？
答：女同學用嘴吸吸管時，吸走的管內的空氣，而瓶口又沒有被塞子塞住，這樣瓶中的水就會在管外的作用下在吸管內上升；而男同學使用的瓶子由于在瓶口被塞子塞住，所以外界無法作用在液面上，從而無法將液體壓進吸管內，因此半滴也吸不到。
追問：通過這兩個實驗，你們認為飲料真的是被“吸”上來的嗎？
答：不是。是被壓上來的。
三、 馬德堡半球實驗
1、總結和引入：通過同學們的實驗以及由此引發的思考，我們了解到了大氣具有壓強。其實關于大氣是否存在壓強這一猜想早在十七世紀科學家們就對此問題進行過研究。歷史上有一個證明大氣存在壓強的著名實驗，你們是什么嗎？
答：馬德堡半球實驗
問：哪位同學對這段歷史比較熟悉，不妨向大家說說這個非常有趣的故事？
學生敘述。
2、課件演示
師：**同學繪聲繪色的描述使我們似乎回到了1654年。下面我們通過觀看一段動畫，視覺上再次感受一下當時的情景。（分拉兩個半球的馬匹從2匹增加到4匹、8匹，直至16匹，直到“啪”的一聲，把兩個半球分開）
3、學生分組體會
師：同學們在聽了故事，看了動畫后各個都躍躍欲示的。是不是想親自體會一下的巨大。這就滿足你們的心愿。看到桌上的一對皮碗了嗎？可以用它來模擬當時銅制的半球。沒有抽氣機，怎么辦？
答：用手將皮碗內的空氣擠出。
學生實驗
四、強有多大？
引入：馬德堡半球實驗讓世人親眼見到了的巨大，同學們剛才也都親自體會到了這一點，那么到底有多大呢？如何測量呢？
（一） 托里切利實驗的構想初衷（結合實驗和幻燈）
師：同學剛才在做“覆杯實驗”時對紙片沒有下落的解釋是：由于有強的作用將紙片壓在了杯口。你們對此解釋難道沒有疑惑嗎？這樣的解釋完整嗎？硬紙片只受到強的作用嗎？
答：不完整。硬紙片并非只受的作用，它上放的水柱對其也有壓強的作用。之所以沒有下落，是因為大氣對紙片向上的壓強大于水柱對其向下的壓強。
問：誰能根據這個實驗給你的靈感，設計一個理論上成立的測量強值的方法？
答：換用足夠長的杯子，使托起的水柱最高時水柱產生的壓強就等于外界大氣產生的壓強了。
師：非常好。他想到了利用平衡的知識來設計出來間接測量和計算的方法。這一思想我們在以前的學習中已經不止一次的應用過。比如在用彈簧測力計測量物體所受的重力，在物體靜止時，彈簧測力計的示數是不是直接就是物體的重力？
答：不是，而是物體受到拉力的示數。
追問：那為什么彈簧秤的示數我們認為就是物體受到的重力那？
答：因為此時物體受到的重力與拉力彼此平衡。
問：又如在研究影響滑動摩擦力因素的實驗中，我們拉動彈簧使木快在木版上做勻速直線運動，此時彈簧測力計是直接測量摩擦力的嗎？
答：不是。彈簧測力計其實測的是與摩擦力平衡的拉力。
總結：同樣在這里，同學想到了利用這一方法來間接的測出的值。即當硬紙片拖起的水柱最高時水柱對紙片的壓強在數值上就等于外界的強。在理想狀況下我們可以用增長玻璃杯的長度來增加水的高度，但是現實情況下卻并不可行，因為沒有這么長的玻璃杯。那怎么辦呢？
答：可以換用密度較大的液體代替水進行實驗。
追問：理由是什么？
答：根據液體壓強的計算公式p=ρgh，壓強一定時，液體的密度越大，深度h就越小。
師：很好！某某同學的想法和加利略的學生托里切利不謀而合，托里切利正是選用了液體中密度很大的水銀來進行測量的實驗的，成為最先測出強數值的科學家。
（二） 托里切利實驗的具體做法（課件）
1、說明：由于汞蒸氣有毒，因此無法在課堂上演示，我們就借助于課件共同來看一下實驗的過程。
實驗敘述1：在長約1m，一端封口的玻璃管里灌滿水銀，
問：為什么要灌滿水銀？
答：這是為了排開玻璃管內的空氣。
實驗敘述2：將管口堵住，然后倒插在水銀槽中，放開堵管口的手指后，發現管內的水銀面下降一些就不在下降了。
問：管內水銀下降的原因是什么？
答：是由于水銀柱對水銀槽上表面的壓強大于外界對水銀槽上表面的壓強。
問：水銀下降之后，在管內水銀柱的上方是否有空氣？
答：沒有。
追問：為什么沒有？
答：因為開始注水銀時已經將管內的空氣全部排走了。
強調此時上方是真空
問：水銀面為什么在下降了一些后又不再下降了。（管內水銀柱最終不再下落是靠誰托住了它？）
答：因為此時水銀槽外的支撐著玻璃管內一定高度的水銀。
師：此時管內的水銀不再下降，同時水銀槽內的水銀也不再增加，產生這一現象的原因就是同學們所說的此時水銀柱產生壓強在大小上等于外界大氣作用在水銀面的壓強。
實驗敘述3：用刻度尺測得此時管內水銀柱的高度是76cm，也就是760mm。
2、結合幻燈片在理論上理清思路
（1）根據液體壓強特點，在同一深度液體向各個方向的壓強相等，因此大氣作用在水銀槽上方向下的壓強等于同一深度處水銀槽內的水銀作用在此處向上的壓強（如幻燈片所示），根據平衡的知識，
p=p大氣。
（2）請你們根據實驗測得的數據動筆算算，強到底有多大。（強調是標準）
（三）具體的概念
師：1.01×105到底有多大呢？人的手掌面積約為50cm2，下面就請大家計算一下：作用在手掌上的壓力有多大？
答：500N。
師：相當于一個質量為50kg的人站在你手掌上產生的壓力。
追問：這么大的壓力，可是為何你感覺不到呢？
答：作用在手掌上下的強相互抵消了。
師：這個也說明是朝向各個方向的。
（四）想想議議
問：我們置身于大氣海洋中，既然強如此之大，為什么我們感覺不到它呢？
答：人體內部（肺部）也存在壓強，這樣內外相通，壓強互相平衡了。當然還有就是長期以來人們已經習慣這樣的環境了。
（五） 如果在做托里切利實驗時，將玻璃管傾斜放置，結果會怎樣。（強調h的起始點是從水銀槽的水銀面的上方。）
（六） ：如果在做托里切利時，在保證管口浸如水銀槽的情況下，如
果將玻璃管向上提一點，情形又會怎樣呢？
（七） 問：如果在做托里切利托里切利實驗時，在灌裝水銀的過程中不小心混入了少許空氣，會不會影響測量結果？
五、 學生總結
問：這節課我們共介紹了兩個非常有名的實驗，它們是什么？
答：馬德堡半球實驗和托里切利實驗。
問：這兩個實驗分別說明了什么問題？
答：馬德堡半球實驗說明了大氣存在壓強；托里切利實驗測出了一個托里切利實驗標準強的具體數值