大氣壓的變化課件

我們身邊的大氣壓馮育楠陳禹潤白雪邸玉娜常琳單虹半杯本實驗情況將杯內(nèi)分別注入大約9/102/3?1/3容積的水取不同薄片作實驗，每一種薄片都分別蓋在盛水不等的杯口，倒置后觀察發(fā)生的現(xiàn)象。用有機玻璃版蓋在杯口，按緊倒置后只有9/10杯水較易作到板不落水不灑，其它情況難以出現(xiàn)上述結果，并且杯內(nèi)水越少，實驗越難作成。若把有機玻璃板再擦上機油，9/10杯水也很難出現(xiàn)上述現(xiàn)象改用三合板、舊唱片、紙箱板分別蓋在上述盛水不等的水杯口，倒置后均能實現(xiàn)板不落，水不灑，水再減少，實驗也就越加困難。換用厚塑料紙、薄塑料紙、厚紙片、薄紙片等軟質(zhì)薄片，分別蓋在盛水不等的杯口，倒置后均能實現(xiàn)板不落水不灑，只是薄塑料紙、薄紙片容易被水杯抽入杯內(nèi)。返回對“半杯水”倒置托片不落現(xiàn)象的種種解釋一種解釋認為，托板受到上下兩方面的壓力，托板下部由該處大氣壓強提供，上部除了氣體產(chǎn)生的壓強之外，另有水柱產(chǎn)生的壓強，因此，上面的壓強大于下面的壓強。托板不落是因為托板還受到水向上的粘滯力的作用及四周表面張力的作用。關于粘滯力的作用，它只能通過與器壁接觸層才能起作用，設水杯呈圓柱形．高約0.12m，內(nèi)徑約0.06m。就1／2杯水來分析，器壁與接觸層相互間的粘滯力為：

f=ηs＝η·πDh=(1.14×10-2)×(3.14×0.06×0.12／2)≈1.9×10-4(牛)這個力僅相當于0.0l9g水的重量，而半杯水大約有160g。顯然粘滯力的影響微不足道。至于表面張力，它的作用只能通過杯口才能發(fā)揮，暫且不談水與杯口吸附力的制約。單就表面張力而言，它能提供的向上的最大合力為：

F=al=aπD=(73×10-3)×3.14×0.06≈1.4×10-2(牛)這個力連托片自身也難以維持?？梢?，把托板不落歸結為粘滯力和表面張力是站不住腳的。其實，這個問題我們完全可以不去計算而直接推理判斷它的正誤。設想如果維持半杯水不落的原因是粘滯力和表面張力的作用，那么，水杯倒置后拿開托片，水也不會從杯內(nèi)驟然灑落，這顯然與事實不符。返回

下一頁水杯倒置實驗的研究滿杯水實驗情況半杯本實驗情況對“半杯水”倒置托片不落現(xiàn)象的種種解釋返回主頁滿杯水實驗情況取一滿杯水，分別用不同薄片覆蓋杯口，觀察水杯倒置后的情況。用有機玻璃板、塑料板、三合板、舊唱片、紙箱板等硬質(zhì)薄板，細心操作，倒置后薄片不掉、水不灑，實驗現(xiàn)象正常。將有機玻璃板用機油均勻擦涂(這樣水與有機玻璃板不再浸潤)，重作上述實驗，仍能成功。用厚塑料紙、薄塑料紙、布、厚紙片、薄紙片等軟質(zhì)薄片覆蓋杯口，倒置后薄片不掉，但稍后，薄塑料紙、布、薄紙片被水杯吸入上方，水沿杯子邊緣外流灑落。上述實驗說明，滿杯水時，無論選用何種薄片，實驗都能作成，但使用薄塑料紙、布、薄紙片現(xiàn)象不穩(wěn)定，容易被水杯抽入，這主要是因為它們本身強度小，倒置后杯口稍有水外流，上部壓強減小，紙片局部略有上移即被吸入杯內(nèi)，隨之水全部灑出。返回

科學與我們零距離人體與大氣壓大氣壓的五種變化生活中的大氣壓世界之聞名實驗宿舍里的小實驗圖紙演示實驗我們的研究大氣壓隨地勢高低的變化

從微觀角度看，決定氣體壓強大小的因素主要有兩點：一是氣體的密度n；二是氣體的熱力學溫度T。在地球表面隨地勢的升高，地球?qū)Υ髿鈱託怏w分子的引力逐漸減小，空氣分子的密度減??；同時大氣的溫度也降低。所以在地球表面，隨地勢高度的增加，大氣壓的數(shù)值是逐漸減小的。如果把大氣層的空氣看成理想氣體，我們可以推得近似反映大氣壓隨高度而變化的公式如下：

p=p0exp(μ-gh／RT)

(μ為空氣的平均摩爾質(zhì)量，P0為地球表面處的大氣壓值，g為地球表面處的重力加速度，R為普適氣體恒量，T為大氣熱力學溫度，h為氣柱高度)由上式我們可以看出，在不考慮大氣溫度變化這一次要因素的影響時，大氣壓值隨地理高度h的增加按 指數(shù)規(guī)律減小，其函數(shù)圖象如圖所示。在2km以內(nèi)，大氣壓值可近似認為隨地理高度的增加而線性減??；在2km以外，大氣壓值隨地理高度的增加而減小漸緩。所以過去在初中物理教材中有介紹：在海拔2千米以內(nèi)，可以近似地認為每升高12米，大氣壓降低1毫米汞柱。從大氣壓隨地理緯度的變化

地球表面大氣層里的成份，變化比較大的就是水汽。人們把含水汽比較多的空氣叫“濕空氣”，把含水汽較少的空氣叫“干空氣”。有些人直覺地認為濕空氣比干空氣重，這是不正確的。干空氣的平均分子量為28.966，而水氣的分子量只有18.106，所以含有較多水汽的濕空氣的密度要比干空氣小。即在相同的物理條件下，干空氣的壓強比濕空氣的壓強大。在地球表面，由赤道到兩極，隨地理緯度的增加，一方面由于地球的自轉和極地半徑的減小，地球?qū)Υ髿獾奈χ饾u增大，空氣密度增大；另一方面由于兩極地區(qū)溫度較低，所以空氣中的水汽較少，可近似看成干空氣，所以由赤道向兩極，隨地理緯度增加，大氣壓總的變化規(guī)律是逐漸增大(因氣候等因素影響，局部某處的大氣壓值變化可能不遵循這一規(guī)律)。

大氣壓的日變化

對于同一地區(qū)，在一天之內(nèi)的不同時間，地面的大氣壓值也會有所不同，這叫大氣壓的日變化。一天中，地球表面的大氣壓有一個最高值和一個最低值。最高值出現(xiàn)在9～10時。最低值出現(xiàn)在15～16時。導致大氣壓日變化的原因主要有三點。一是大氣的運動；二是大氣溫度的變化；三是大氣濕度的變化。日出以后，地面開始積累熱量，同時地面將部分熱量輸送給大氣，大氣也不斷地積累熱量，其溫度升高濕度增大。當溫度升高后，大氣逐漸向高空做上升輻散運動，在下午15～16時，大氣上升輻散運動的速度達最大值，同時大氣的濕度也達較大值，由于此二因素的影響，導致一天中此時的大氣壓最低。16時以后，大氣溫度逐漸降低，其濕度減小，向上的輻散運動減弱，大氣壓值開始升高；進入夜晚；大氣變冷開始向地面輻合下降，在上午9～10時，大氣輻合下降壓縮到最大程度，空氣密度最大，此時的大氣壓是一天中的最高值。

大氣壓隨氣候的變化

大氣壓隨氣候變化的情況比較多，但最為典型的就是晴天與陰天大氣壓的變化。有句諺語叫“晴天的大氣壓比陰天高”，反映的就是大氣壓的這一變化規(guī)律。通常情況下，地面不斷地向大氣中進行長波有效輻射，同時大氣也在不斷地向地面進行逆輻射。晴天，地面的熱量可以較為通暢地通過有效輻射和對流氣層的向上輻散運動向外輸運。陰天時，云層減少了對流層大氣向外的輻散運動。云層這種保存地表和對液層熱量的作用稱為“溫室效應”。這樣，陰天地區(qū)的大氣膨脹就比較厲害，從而導致陰天地區(qū)的大氣橫向向外擴散，使空氣的密度減小，同時陰天地區(qū)大氣的濕度比較大，也使大氣的密度減小。因這兩個因素的影響，從而導致陰天的大氣壓比晴天的大氣壓低。宿舍里的小實驗覆杯實驗（薄紙硬紙板

塑料板）筆管提水返回主頁塑料板返回筆管提水返回世界之聞名實驗馬德堡半球?qū)嶒炌欣锊鹄麑嶒?/p>

返回主頁馬德堡半球?qū)嶒炛鸟R德堡半球?qū)嶒炆鷦佣辛Φ刈C明了大氣壓強的存在，使人們認識了大氣壓的強悍：1654年5月8日，在德國的馬德堡市發(fā)生了一件新聞：德國國王和貴族們都趕來觀看一個實驗，主持這個實驗的是這座城市的市長奧托?格利克，他是一位熱心科學實驗的科學家。得知托里拆利實驗后，也放下公務，做起了科學實驗。格利克定做了兩個直徑約37厘米的空心銅半球，這兩個半球做得很精密，把兩半對好合起來可以不漏氣。格利克在一個半球上裝一了一個活門，從這里可以接上抽氣筒，把球里的空氣抽出來。把活門關好，外面的空氣不能進入球里，可以保持球里為真空。格利克在每個半球的拉環(huán)上拴了8匹馬，叫它們向相反的方向拉兩個半球，趕馬人用鞭子驅(qū)趕著馬，16匹馬拉得十分用力，然而兩個半球仍舊緊緊地合在一起，沒有拉開。拉呀，拉呀，突然“啪”一聲巨響，好像放炮一樣，16匹馬終于把兩個半球拉開了。

由此思考……托里拆利實驗

伽利略的學生托里拆利完成了伽利略的夙愿。受伽利略的啟發(fā)，托里拆利考慮，如果選用比水的密度大很多的液體，能夠汲取的高度就會很矮。日常環(huán)境中，密度大的液體首推水銀，也就是汞，一種液態(tài)的金屬，密度是水的13.5倍。托里拆利在一根約1米長的玻璃管里灌滿水銀，把開口的一端先塞住，將玻璃管倒立在盛水銀的盤子里，然后拔出塞子。這時管子里的水銀在重力的作用下流到盤子里，水銀柱的上方形成了真空。但是，當管內(nèi)水銀面降低到比盤內(nèi)水銀面高出760毫米時，汞就不再從豎直的管子里流出，而是一直保持這個高度了。從原理上看，這個裝置是世界上第一個“氣壓計”。玻璃管中的水銀柱會保持固定的高度，怎么解釋這個現(xiàn)象呢？托里拆利的合作者維瓦尼提出，厚厚的大氣向下壓在盤子里的水銀上，大氣壓的力量與760毫米水銀柱的重力勢均力敵，從而令水銀柱始終保持一個高度。由于托里拆利的玻璃管中出現(xiàn)了真空，于是，人類能夠制造真空、大氣有質(zhì)量的消息不脛而走，全歐洲的科學家都激動起來。法國數(shù)學家帕斯卡不但在家里做實驗，還跑到山上做，與山下的實驗做對比，發(fā)現(xiàn)海拔會影響大氣壓的數(shù)值。這不難理解，在高山上，頭頂上的大氣要薄一些，大氣壓也就低了。

返回圖紙演示實驗鐵盒變形吞蛋實驗大氣壓隨高度變化實驗噴泉實驗抽氣實驗返回主頁鐵盒變形抽出空氣………………將撥皮的熟雞蛋放在瓶口不漏下把燃著的酒精棉放入瓶中……雞蛋掉入瓶中返回上一頁噴泉實驗將圖一所示裝置放入圖二中…………上一頁

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人體與大氣有不可分離的密切關系，這不僅是由于人體需要呼吸和調(diào)節(jié)體溫，大氣對于人體還有一種不易被人們覺察到作用——大氣的壓力（即大氣壓）。一名優(yōu)秀的游泳運動員在幾分鐘之內(nèi)不呼吸還不成問題。但如果沒有大氣壓力，恐怕連幾秒鐘也生存不了。１９７１年６月，前蘇聯(lián)載人航天器“聯(lián)盟號”返回后，打開艙門一看，３名宇航員都已死亡，連掙扎的痕跡都沒有。事后調(diào)查，原來是航天器漏氣，使座艙里人工大氣壓猛然下降，人體突然暴露在沒有大氣壓的宇宙空間，一瞬間就喪失了生命。

一般認為，標準的大氣壓是１.０３３６千克／厘米2，照此計算，一個成年人的人體總共要受到１２－１５噸重的大氣壓力，聽起來真令人大吃一驚。由于大氣壓強總是從各個不同的方向作用于同一點的，并且大小相符，每兩個相反的壓力便互相抵消，因此我們?nèi)梭w才感覺不到那樣大的壓力，但它卻是實實在在地存在著。我們從一誕生就適應了這種大氣壓力，并且只有依靠它才能生存。

就說呼吸吧！當吸氣中樞興奮時，通過膈神經(jīng)使胸腔和腹腔間的橫膈肌肉收縮，胸腔容積擴大，肺氣泡也跟著擴大，使其中的氣壓下降，并低于外部大氣壓。于是外界空氣就在大氣壓的作用下，從鼻孔或嘴部流進肺部，進入肺氣泡。呼氣的情況正好相反，由于胸腔容積縮小，肺內(nèi)空氣收縮，內(nèi)部壓強大于外部，氣體便從肺里呼出來。

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我們通常所說的：“吐故納新”也是同樣道理，它取決于氧氣、二氧化碳在肺氣泡與肺氣泡毛細血管中血液里的分壓差。據(jù)測定正常人肺氣泡的氧分壓力１００毫米，而血液中的氧分壓才４０毫米，所以氧能從肺氣泡擴散到毛細血管，進入血液。而肺氣泡的二氧化碳分壓是４０毫米，血液中的二氧化碳分壓是４６毫米，使肺氣泡毛細血管的二氧化碳得以向肺氣泡擴散，由肺部吐出。

如果大氣壓強出現(xiàn)大幅度下降，必然引起肺氣泡里氧分壓的減小，那么肺氣泡里的氧分壓與血液中的氧分壓之間的差值也隨之減小，甚至還會出現(xiàn)負值。這時血液中的納氧力就會變差或出現(xiàn)“吐氧”，生理上就出現(xiàn)一系列不正常的反映，嚴重的將引起死亡。雷雨之前我們常出現(xiàn)胸悶、頭昏、情緒煩躁等癥狀，這與氣壓的下降有很大關系。人們登上高山時出現(xiàn)的高山反映，其中原因之一就是高山“缺氧”，使“吐故納新”發(fā)生障礙造成的。

大氣壓的下降不但能造成“缺氧”，也會引起人體內(nèi)腔窩擴大，產(chǎn)生竇膨脹和竇炎。還會出現(xiàn)全身血管擴張，容血量增大，不但導致腦血管的貧血，又增加了心臟的負擔。人們的眼球也會因為氣壓下降而向外膨脹變形，從而影響視力。

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更為有趣的是，我們?nèi)梭w還靠大氣壓把腿和上身連接起來。原來，人腿里有塊股骨。股骨頭部是一渾圓球體，嵌在身體時髖骨臼的凹部。盡管股骨頭部和髖骨之間用關節(jié)串連起來，并且用韌帶系住了它們，但如果僅僅是這樣，我們就會感到兩條腿非常沉重，甚至難以拖動它們。而實際上股骨與髖骨之間有一個沒有大氣的空腔，空腔內(nèi)不存在向外的作用力，那里是個天然的“馬德堡半球”，因而股骨是靠外部大氣壓緊緊地壓在身體上的。有人在尸體解剖后作過測算，作用在股髖關節(jié)上的大氣壓力約為２２千克，大大超過了下肢重量，因此我們抬起腿來走路便不覺得費力了。

實際上，肩關節(jié)、肘關節(jié)和膝關節(jié)等處都有這樣一個關節(jié)腔，大氣壓在這些關節(jié)上同樣發(fā)揮了奇妙的功能。上一頁科學與我們零距離大氣像浩瀚無邊的海洋緊緊地包裹著地球表面，人們生活在地球上承受著大氣給予人體的壓力。通常情況下，人們幾乎沒有感覺到這種壓力，這是因為身體內(nèi)外、前后左右所受到的壓力處于平衡狀態(tài)。但在某種特定的環(huán)境中就能發(fā)現(xiàn)它的確存在，如強冷空氣襲來或悶熱低氣壓出現(xiàn)，高血壓、心臟病患者會有不良的感覺。在疾風中奔跑時，人們總能體會到前胸比后背的壓力要大得多。大氣壓及產(chǎn)生的原因

標準大氣壓值及其變遷

大氣壓與天氣預報

大氣壓對液體沸點的影響

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空氣有一定的重量，它就會對人和任何物體施加一種壓力。大氣的這種壓力稱為氣壓，是指大氣施加于單位面積上的力。所謂某地的氣壓，就是指該地單位面積垂直向上一直延伸到大氣頂空氣的總重量。空氣柱中的空氣越多，壓力也就越大。地球上地形差別很大，山巒起伏，高山頂上空氣稀薄，山頂?shù)臍鈮壕鸵壬焦鹊?。關于大氣壓強產(chǎn)生的原因，在辭海和初中物理教材中解釋為是由于大氣層的重量產(chǎn)生的，但是在現(xiàn)行高中物理與普通物理教材中又認為是由于氣體分子對與其接觸的物體的碰撞產(chǎn)生的。這兩種說法各有其實驗基礎。初中物理教學中，教師常托里拆利實驗來顯示由大氣重量產(chǎn)生的壓強可以和?6Cm左右的汞柱產(chǎn)生的壓強相平衡，用以證明大氣壓是由大氣層的重量產(chǎn)生的。而在高中教學中，教師在空杯子口蒙上一層彈性薄膜，由于薄膜呈水平狀，說明杯子內(nèi)外的空氣對薄膜的壓強是相等的。然而杯中空氣柱的重量是絕對不足以產(chǎn)生像76CmHg這么大的壓強的，這只能使人“相信”杯中的氣壓是由于空氣分子對杯壁的密集的、激烈的碰撞的效應了。經(jīng)過科學家們的推算，把大氣壓強看成是由大氣分子的頻繁碰撞產(chǎn)生的效應比把它看成是由大氣層重量產(chǎn)生的更科學些。因此應該選2，但是應該補充的是不僅僅是無規(guī)則運動，而應該更明確的是分子間由于無規(guī)則運動產(chǎn)生的頻繁的碰撞產(chǎn)生但其壓強的。返回標準大氣壓值及其變遷標準大氣壓值的規(guī)定，是隨著科學技術的發(fā)展，經(jīng)過幾次變化的。最初規(guī)定在攝氏溫度0℃、緯度45°、晴天時海平面上的大氣壓強為標準大氣壓，其值大約相當于76厘米汞柱高。后來發(fā)現(xiàn)，在這個條件下的大氣壓強值并不穩(wěn)定，它受風力、溫度等條件的影響而變化。于是就規(guī)定76厘米汞柱高為標準大氣壓值。但是后來又發(fā)現(xiàn)76厘米汞柱高的壓強值也是不穩(wěn)定的，汞的密度大小受溫度的影響而發(fā)生變化；g值也隨緯度而變化。為了確保標準大氣壓是一個定值，1954年第十屆國際計量大會決議聲明，規(guī)定標準大氣壓值為：

1標準大氣壓＝101325牛頓／米2次方返回大氣壓與天氣預報

當你收聽無線電臺的天氣形勢廣播時，常聽到“高氣壓”、“低氣壓”、“高壓脊”、“低壓槽”等詞。這些詞都是指的大氣壓在某一區(qū)域的分布類型，那么為什么大氣壓與天氣預報有如此密切的關系呢？地球表面上的風、云、雨、雪，萬千氣象，都跟大氣運動有關系，而造成大氣運動的動力就是大氣壓分布的不平衡和氣壓分布的經(jīng)常變化。由于地球表面各處在太陽照射下受熱情況不同，各地的空氣溫度就有較大差別。溫度高的地方，空氣膨脹上升，空氣變得稀薄，氣壓就低；溫度低的地方，空氣收縮下沉、密度增大，氣壓就高。另外，大氣流動也是造成氣壓不平衡和經(jīng)常變化的重要因素。這樣在地理情況千差萬別的地球表面上空，就形成各種各樣的氣壓分布類型，多種氣壓類型的組合就構成了一定的天氣形勢，而決定著未來的風云變幻。

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氣象工作者為何能根據(jù)各種氣壓類型來預報天氣呢？這是因為事物間總是相互聯(lián)系、互為因果的，而一定的氣壓類型往往導致一定的天氣現(xiàn)象出現(xiàn)。例如，在高氣壓控制的區(qū)域，由于低處的空氣不斷從高壓中心向外流散，上層空氣就要下沉填補?？諝庠谙鲁吝^程中體積壓縮（因大氣壓隨高度的減小而增大），溫度升高，原來空氣中的細小水珠就會蒸發(fā)消散，不利于云雨的形成。因此高壓中心附近地區(qū)常常是天氣晴朗。而在低氣壓控制的區(qū)域，低層空氣是從周圍流向低壓中心，使低層空氣堆積上升?？諝庠谏仙^程中體積膨脹，溫度降低，空氣中的水蒸汽凝結，易形成云雨。所以低氣壓中心附近往往是陰雨連綿。無怪乎有人把氣壓計稱為晴雨表，是有一定道理的。當然這些規(guī)律都不是絕對的，天氣的變化是受多種因素影響的。但是氣象工作者只要掌握了大面積內(nèi)（一般包括整個歐亞大陸）的氣壓類型的分布，結合考慮其他一些因素，就可對本地區(qū)的風向、晴雨等做出預報。氣象上，氣壓單位常常用百帕表示。一個標準大氣壓是這樣規(guī)定的：把溫度為0℃、緯度45度海平面上的氣壓稱為1個大氣壓，水銀氣壓表上的數(shù)值為760毫米水銀柱高（相當于1013.2