本站原创如果你稍稍留意一下就会发现,生活中我们经常会在不知不觉之中应用物理知识解决实际问题,很多时候如果你问具体操作者这是什么原因时,他或许并不能说出个所以然.不过,对于学习过相关知识的我们,应该在面对生活中物理知识的应用事例时,准确地说出其中的道理.下面的两个事例你能给个完美的答案吗?
情景一：星期天,明明同学家的卫生间的马桶堵塞了,他看到爸爸拿着从楼下超市写来的吸盘,按在马桶下水口上下按压几下,很快就将马桶疏通了,如图1所示.
问题1.吸盘为什么能疏通马桶?
问题2.你能由此受到启发,选择合适的器材,设计实验方案测量你所在地方的大气压吗?
解析：问题1中,污物堵住下水道时,我们将吸盘放在下水道口,按下吸盘,吸盘中的空气被挤出一部分,此时吸盘与污物之间的气压变小,外界大气压大于吸盘内气压,于是将吸盘紧紧压在下水道口,使得内外空气不能流通.而污物以下的管道与外界是相通,因此污物以下管道的大气压等与外界大气压.此时形成了污物以下大气压大于污物与吸盘之间向下的大气压.因此当我们将洗盘向上提时,向上的压力差使得污物向上移动,污物与管道间形成空隙,于是水就可以顺利的流下去,随着水流的冲刷,污物也会解体,最终被一起冲走.
问题2中,我们根据P等于F/S可知,测出压力F和受力面积S,就可计算出大气压.此时吸盘受到两个力的作用：一是大气作用在吸盘上的大气压力F大,其大小始终不变；另一个是对吸盘向上的拉力F拉,其大小随吸盘被缓慢上拉的同时逐渐增大,F大和F拉是同一直线上反方向的两个力,当F拉略大于F大时,（此时粗略认为F拉等于F大,即平衡）吸盘被拉离,读出此时弹簧测力计的示数F拉,便间接得出F大（F大等于F拉）,用尺测出吸盘的直径D,算出其面积S,即大气压的作用面积,借助压强公式P等于F/S可以粗略算出大气压P.
答案：问题1.压强差所形成的压力差是吸盘疏通下水道的原因；
问题2.（1）用刻度尺测出吸盘的直径D,算出面积S等于πD2/4；
（2）将吸盘四周沾上水,挤出里面的空气压在光滑的水平地面上；
（3）用弹簧测力计竖直往上拉吸盘柄,直到吸盘脱离地面,读出弹簧测力计的示数,就是拉力的大小F；
（4）计算出当地大气压强P等于F/S等于4F/πD2.
点拨：本实验是根据P等于F/S的实验原理,结合二力平衡,利用转换法间接测出压力的大小；实验中主要有两个地方带来较大的误差：拉力的测量值稍大于实际值,吸盘内不是真空.
本实验的方案还有很多,关于吸盘面积的测量,我们还可以采用将细线在盘周绕一圈,测量出吸盘周长L,算出直径D等于L/π,算出面积S等于L2/4π；考虑到拉力比较大,甚至会超过弹簧测力计的量程,所以我们还可以这样测量拉力F：方法1,如图2所示,取一轻质杠杆（质量忽略不计）,为使OA、OB分别为阻力臂L2和动力臂L1以方便测量,必须让杠杆处于水平位置,人手作用于玻璃板上向下缓慢拉动,读出拉开玻璃板时弹簧测力计的示数F1,根据杠杆平衡条件可算出F大等于F2等于F1L1/L2.方法2,如图3所示,取一轻质动滑轮,不计绳重和摩擦,缓慢向上拉动弹簧测力计,读出刚拉开玻璃板时弹簧测力计的示数F1,算出大气压力F大等于2F1.最后根据P等于F/S都可以算出大气压的值.
情景二：（改编自2012年南京中考17题）如图4所示,压强与浮力的复习课上,老师在一个盛水的玻璃杯内插入一根吸管A,用另一根吸管B对准A的管口上方吹气,看到A的管口有水喷出.老师说：大家不觉得奇怪吗?为什么对着A管口吹气,下面的水会跑上来流出来?难道“水往低处流”这句话是错的?
解析：我们在利用B管对着A管口吹气之前,吸管A和烧杯构成连通器,吸管内和烧杯内液面相平.利用B管对着A管口吹气时,因为流体中流速越大,压强越小,流速越小,压强越大,所以当用B管对着A管口吹气时,A管上方的空气流动速度增大,压强减小,A管下方水面的大气压强不变,于是A管下方水面向上的大气压强大于A管里面大气向下的压强,向上的压强差所形成的向上的压力差,使得A管内的水上升,最终从A管口喷出来.
答案：往B管中吹气,吸管A上方空气的流速增大,压强减小,A管中液体受到向上的压强大于向下的压强,液面上升.
点拨：上述情景中,是利用了流体压强与流速的关系.对于流体压强问题,要明确被研究的物体,物体的哪两个侧面流体流速不同,判断两个侧面的压强情况,进而判断物体在压强差作用下的运动情况.
生活中还会有类似的情景：①平行于岸边航行的船不能靠岸太近.因为平行于岸边航行的船若靠岸太近,此时船与岸间水的流速大、压强小；而另一侧水的流速小、压强大,故在内外压强差的作用下,船被压向岸,可能造成危险；
②用吸管把饮料吸进嘴里.用吸管吸饮料时,吸管内的空气变少,压强变小,管外的大气压大于管内的大气压,故饮料在外界大气压的作用下被压入嘴里；
③狂风会把一些不牢固的建筑物的屋顶掀翻.其原因是屋顶上方的空气流速大,压强小；而屋内的空气流速小,压强大,故在内外压强差的作用下将屋顶掀翻.
很显然,情形③与本题情景是一样的.
练习
1.如图5所示的现象中,能用流体压强与流速关系解释的是（）
图5
2.李老师经常引导学生利用身边的生活用品做实验,通过动手动脑,学习物理知识,揭示物理规律.下面图6的实验中不是揭示流体压强与流速关系的是（）
图6
3.如图7所示,四幅图对应的与气体压强有关的说法中,与实际不符的是（）
图7
4.如图8所示,在装有适量水的盘子,固定一支点燃的蜡烛,然后将一个透明的玻璃杯倒扣在蜡烛上,蜡烛火焰很快熄灭,盘中的水在_____的作用下进入杯中.这一过程中,杯中水柱产生的压强将___________.
参
1.C2.C3.A4.大气压增大
（作者单位：江苏省金湖县实验中学）