第八章　压强与浮力

第四节　大气压强

一、教学背景分析

《大气压强》是《压强与浮力》的第四节。通过前面课程的学习，学生已经了解了固体压强和液体内部的压强。在学习过本节课的内容后，可以为学生构成一个相对完整的压强的知识体系。此外，本节课也为本章第七节《飞机为什么能上天》做了铺垫。

由于气体看不见、摸不着，气体的压强也容易被人们忽视。大气压强虽然很大，身体却感觉不出来，但是人们生活中许多常见的现象又都与大气压强有关。例如：用吸管喝水，学生往往只是单纯觉得是自己把杯中水“吸”进了嘴里，而很少去思考大气压强在这一过程中的重要作用。通过本节课的学习可以让学生对大气压强有更多的了解。

本节课的内容主要可分为三个部分：大气压强的存在、大气压强的测量、大气压强的应用。通过一系列小实验和马德堡半球实验让学生认识到大气压强的存在，并体验物理学上通过实验验证理论的过程。再通过了解托里拆利实验，知道测量大气压强的方法和大气压强的大小。最后，通过对用吸管喝水、活塞式抽水机、离心式水泵等大气压强应用的事例进行分析、解释，让学生对所学大气压强的知识加以应用。

二、教学目标

1．通过观察演示实验，知道大气压强的存在，且大气压强是向各个方向的。

2．通过学习托里拆利实验，知道一种测量大气压值的方法以及一个标准大气压的大小为1.01×10⁵Pa。

3．通过查看资料、联系生活中的现象，了解大气压强受海拔、温度等因素影响。

4．通过了解活塞式抽水机、离心式水泵的工作过程，体会物理与生活息息相关。

三、教学重点和难点

教学重点：大气压强的存在，用大气压解释生产、生活中的现象。

在学生的日常生活中，很少去思考大气是否存在着压强。因此，通过多个实验和一些身边的现象让学生认识到大气压强的存在就是十分必要的。在了解大气压强的存在及其特点后，再去解释大气压强的现象，充分体会大气压强在生产、生活中的各种应用。以这两个环节作为重点，能够更好地让学生体会“从生活走向物理，从物理走向社会”。

教学难点：大气压强的测量。

大气压强的测量对于学生来说是较难理解的一个部分。首先通过介绍托里拆利实验，让学生了解如何把难以测量的大气压强巧妙地转化为水银柱产生的压强。再通过对前面所学的液体压强公式进行应用，计算得到大气压强。最后，通过让学生计算“如果用水做托里拆利实验，至少需要多高的管子”，让学生对大气压强的大小有更加直观的认知。

四、教学过程

1. 教学引入

利用两心壶表演魔术。提前在倒装壶中装好红色的水，现场在壶中倒入无色的清水。然后先倒出清水，再倒出红色的水，再倒出清水。

提问：为什么装入壶中的清水变成了红色？

为什么又变回了清水？

壶中到底有什么秘密？

引出课题：大气压强。

2. “知识点”教学

●大气压强

（1）将硬塑料片平放在平口纸杯杯口，用手按住，倒置过来，松开手，看到了什么现象？

硬塑料片在重力的作用下掉落下来。

（2）将纸杯装满水，仍用硬塑料片盖住杯口，用手按住，倒置过来，松开手，看到什么现象？为什么有这种现象？

硬塑料片没有掉下来。硬塑料片受到重力作用，又受到了水向下的压力作用，但是没有下落，则它一定受到了向上的力的作用。硬塑料片没有与其他物体接触，因此这个力的施力物体只能是大气，说明大气对硬塑料片有压强。

（3）慢慢把纸杯杯口向各个方向转一圈，又看到什么现象？说明了什么？

硬塑料片依旧没有掉下来。说明各个方向都存在大气的压强。

（4）提出假设：有没有可能是水把硬塑料片粘在杯口？如何通过实验来验证你的猜想呢？

倒置纸杯，在纸杯底部扎一个小孔，看到了什么现象？说明了什么？

硬塑料片掉了下来。排除干扰因素，不是水将硬塑料片粘在杯口。扎孔后，纸杯中进入了空气，硬塑料片上下两侧大气压强相等。在重力作用下，塑料片和水落下。

（5）通过系列实验证实大气压强的存在：

① 用注射器将塑料瓶中的空气抽出，观察塑料瓶的变化（如图8-4-1）；

② 大试管中倒满水，再放入一个小试管，将两者倒置，观察小试管的运动（如图8-4-2）；

③ 注射器口处密封，在活塞下方拴两个钩码，观察活塞的运动（如图8-4-3）。

（6）总结上述实验：

① 在大气内部的各个位置存在着压强，这个压强叫做大气压强。

② 大气的压强是向各个方向的。

●大气压强的存在

简介马德堡半球实验：1654年5月8日，马德堡市长奥托·冯·格里克将两个黄铜的半球壳中间垫上橡皮圈，把两个半球壳灌满水后合在一起形成一个球。然后把水全部抽出，使球内形成真空。再命人驱赶16匹马在球的两侧尝试分开两个半球。16匹马费了很大的力气才终于将两个半球分开。

演示实验：模拟马德堡半球实验。

将两个一样的吸盘对好，挤出其中的空气。请两位同学上台来尝试分开两个吸盘。同学们费了很大的力气也没能分开两个吸盘。然后轻轻掰开吸盘的边缘，让空气进入两吸盘中间，两个吸盘就自己分开了。

通过实验再次说明大气的确是存在压强的。

●大气压强的测量

（1）托里拆利实验

由于水银有毒，因此不在课堂上完成托里拆利实验，变为通过托里拆利实验视频、课件让学生了解这一实验。

一只手握住玻璃管中部，在管内灌满水银，排出空气，用另一只手指紧紧堵住玻璃管开口端并把玻璃管倒插在盛有水银的槽里，开口浸入水银槽内时放开手指，将管子竖直固定。可以看到，玻璃管内的水银逐渐下降，管的上方部分形成了真空。当管内水银液面停止下降时，读出水银液柱与水银槽中液面的竖直高度差，约为760 mm。逐渐倾斜玻璃管，发现管内水银柱的竖直高度不变（如图8-4-4）。

（2）计算大气压强

当管内水银面不再降低时，作用在槽中水银面上的大气压强与玻璃管内760mm高水银柱产生的压强相等，由此可得

p_大气 = p_水银

= ρ_水银gh

= 13.6×10³kg/m³×9.8N/kg×0.76m

= 1.013×10⁵Pa

提问：如果用水做托里拆利实验，至少要多高的管子呢？

p_大气 = p_水 = ρ_水gh

通过计算可知，至少需要10.34米管子。

（3）标准大气压

1标准大气压 = 760 mmHg = 1.01×10⁵ Pa

提问：为什么这么大的压强压在房顶却没有把房子压塌？

回答：房内也有气体，产生了对房顶向上的压强，与外界对房顶向下的大气压强大小相等，合力为零，保证了房顶不会坍塌。

（4）气压计：生活中常用的气压计有两种：水银气压计和金属盒气压计。

●大气压强的变化

大气压强受海拔影响

展示大气压强随海拔变化的图片（如图8-4-5）。

通过分析可知：海拔越高的地方，空气的密度越小，大气压强越小。

●大气压强的应用

（1）气体压强受体积影响

展示用吸管喝汽水的图片（如图8-4-6）。

提问：用吸管喝水时，如果把瓶口盖严，还容易吸上来水吗？

学生根据生活经验可以回答：不容易。

提问：瓶子里的汽水是怎样被吸上来的？

学生通过思考、讨论得到结论：用嘴吸时，吸管上部的空气被吸走，致使该处压强降低，而饮料液面上方是大气压，由于压差的存在，大气压会压迫饮料进入嘴中。

总结：在温度不变的条件下，一定质量的气体，体积增大，压强减小；体积减小，压强增大。

（2）活塞式抽水机

① 教师演示实验：活塞式抽水机模型抽水。

用红色的水演示活塞式抽水机的工作过程，帮助学生了解液体流动路线。

② 通过看图填空，完善学生对活塞式抽水机工作过程的认识。

（3）离心式水泵

①学生阅读教材。

教师演示实验：离心式水泵模型抽水。

学生了解离心式水泵的工作过程：离心式水泵起动前，为了排除内部的空气，先向泵里灌满水。叶轮转动后把水甩出，使叶轮附近的地方出现一块气体压强很小的区域。低处的水面上有大气压强，大于泵内的压强，所以水在外界大气压强的作用下被压入泵中。

② 展示离心式水泵的扬程图。

提问：哪个扬程对应水泵最大的抽水高度？

回答：最大扬程。

提问：哪个扬程受大气压强影响？

回答：汲水扬程。

提问：哪个扬程由水泵的性能决定？

回答：压水扬程。

提问：在北京和拉萨汲水扬程一样吗？

回答：不一样，在北京更大。

（4）两心壶揭秘

回顾引课的小魔术，并揭秘其原理。两心壶有两个注水口，一个在壶肩上，另一个在把手下面。壶嘴有两个分离的通道，壶内部是两个独立的空间。提前向壶把下面的注水口注入红色的水。在倒水时，先用手指堵住壶把下面的注水口，大气压强阻止了红色的水流出，倒出来的就是清水；再用手指堵住壶肩上的注水口，放开壶把下面的注水口，大气压强阻止了清水流出，倒出来的水就是红色的水。

两心壶，又名良心壶，是我国古人发明的一种有趣的酒壶。最早是为方便服药而设计制作，后来被用于喝酒时“作弊”。宫廷之中也常有用两心壶害人的冤案发生。

3. 课堂小结

（1）大气压强：大气内部的各个位置都存在着压强，大气向各个方向都有压强。

（2）大气压强的值：1.01×10⁵Pa。

（3）大气压强随海拔升高而降低。

（4）在温度不变的条件下，一定质量的气体，体积增大，压强减小；体积减小，压强增大。

（5）大气压的应用：用吸管喝水、活塞式抽水机、离心式水泵、两心壶。

4. 课堂练习

（1）在玻璃瓶内装一些水，用一个插有吸管的塞子将瓶口塞紧，从吸管的上端向瓶内用力吹气。当停止吹气后，你将看到的现象是　　　　　，你认为产生这种现象的原因是　　　　　。

（2）在一个标准大气压下，酒精的沸点是78.5℃。如果在某地测出酒精的沸点是78℃，则当地的大气压可能　　于1.01×10⁵Pa。

（3）做托里拆利实验时，测得大气压强值比真实值小，其原因可能是(　　)

A．玻璃管放得不竖直   B．玻璃管混入少量空气

C．水银槽内的水银太多  D．玻璃管粗细不均匀

（4）以下说法错误的是（　　）

A．马德堡半球实验测出了大气压的值

B．大气压随高度的增加而减小

C．一切液体的沸点都随气压的增大而升高

D．密闭容器内的气体温度不变时，体积减小，压强增大

五、教学反思

大气压强的知识比较抽象，让学生感受到大气压强的存在就是本节课的关键。因此在教学设计中通过两心壶魔术引课，在学习之后揭秘魔术，这样既可以保证学生对学习的兴趣、内容的前后呼应，也使学生感受到物理与生活的紧密联系。

在知识点安排顺序上，采用从大气压强的存在，到大气压强的测量，再到大气压强的应用。重视物理概念和物理规律的形成过程。让学生由浅入深，层层递进，获得更多的感性认识，激发学习、探索身边物理现象的兴趣。通过对身边的大气压强的现象、应用进行解释，培养学生的抽象思维能力和综合运用知识解决问题的能力。