測(cè)量大氣壓的三種實(shí)驗(yàn)方法

1 托里拆利實(shí)驗(yàn)法

器材：長(zhǎng)約1m一端開口的玻璃管，水銀槽，水銀，刻度尺

步驟：

(1)將開口向上的玻璃管內(nèi)裝滿水銀；

(2)用手指堵住管口，將其倒立在裝有適量水銀的水銀槽內(nèi)；

(3)用刻度尺測(cè)量出管內(nèi)外水銀面的高度差H。

結(jié)果分析：由于玻璃管上方是真空，H高水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)平衡。因此有：

P氣=P汞=ρ汞gH

2 “吸盤”測(cè)量法

器材：吸盤，玻璃板(或水平桌面)，彈簧測(cè)力計(jì)，刻度尺，尼龍繩

步驟：(1)用刻度尺測(cè)出吸盤的直徑D；

(2)將吸盤按在光滑的水平桌面上，擠凈里面的空氣：

(3)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量剛把吸盤拉離玻璃時(shí)的大氣壓力F。

結(jié)果分析：

3 “注射器”測(cè)量法

器材：注射器，彈簧測(cè)力計(jì)，刻度尺，尼龍繩

步驟：(1)把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽堵住注射器的小孔;

(2)用繩拴住注射器活塞的頸部，使繩的另一端與彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤相連，然后水平慢慢拉動(dòng)注射器筒，當(dāng)注射器中的活塞剛開始滑動(dòng)時(shí)，記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F；

(3)用刻度尺測(cè)出注射器全部刻度的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，根據(jù)注射器的最大刻度V，計(jì)算得到活塞的橫截面積S。

結(jié)果分析：

上述三種實(shí)驗(yàn)法的共同之處：都是間接測(cè)量法，都用到了等效替代和二力平衡的知識(shí)。法一中水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)相等，通過測(cè)水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)而測(cè)出大氣壓強(qiáng)。法二、法三中，要測(cè)大氣壓力，需要測(cè)出與其二力平衡的測(cè)力計(jì)的拉力。

不同之處：法一中水銀柱上方的真空是比較容易得到，由于p=ρgh，液體壓強(qiáng)與水銀柱的高度有關(guān)，而水銀柱的高度與玻璃管的粗細(xì)、傾斜與否、上提、下壓等都無關(guān)，因此測(cè)量結(jié)果較準(zhǔn)確。但是由于水銀有毒，若用水柱代替，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)P0=1．01×105Pa又相當(dāng)于水柱高：H水=10．3m，所以不宜在教室里演示給學(xué)生看，(測(cè)量水柱實(shí)驗(yàn)可在教學(xué)樓一到四樓樓梯進(jìn)行，事先把水槽、水、橡皮水管設(shè)置好，米尺固定在樓梯上，由幾個(gè)學(xué)生操作：在水槽旁、拉水管、讀讀數(shù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。)托里拆利實(shí)驗(yàn)對(duì)認(rèn)識(shí)大氣壓強(qiáng)的值很重要，是物理學(xué)史上的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該讓學(xué)生知道?？刹捎娩浵蟮姆椒ㄗ尨蠹铱纯串?dāng)年的實(shí)驗(yàn)過程。

法二、法三中器材易得也能安全操作，但由于排凈空氣、剛拉離(“吸盤”測(cè)量法中)、剛滑動(dòng)(“注射器”測(cè)量法)等操作要領(lǐng)很難把握，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差很大，所以適用于學(xué)生的粗略測(cè)量。

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。