托里拆利实验

托里拆利实验
Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
托里拆利实验
一、实验步骤
1．一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小心地倒插在盛有水银的槽里，待开口端全部浸入水银槽内时放开手指，将管子竖直固定，当管内水银液面停止下降时，读出此时水银液柱与水槽中水平液面的竖直高度差，约为760mm。

2．逐渐倾斜玻璃管，发现管内水银柱的竖直高度不变。

3．继续倾斜玻璃管，当倾斜到一定程度，管内充满水银，说明管内确实没有空气，而管外液面上受到的大气压强，正是大气压强支持着管内760mm高的汞柱，也就是大气压跟760mm高的汞柱产生的压强相等。

4．用内径不同的玻璃管和长短不同的玻璃管重做这个实验（或同时做，把它们并列在一起对比），可以发现水银柱的竖直高度不变。

说明大气压强与玻璃管的粗细、长短无关。

（控制变量法）
5．将长玻璃管一端用橡皮塞塞紧封闭，往管中注满红色水，用手指堵住另一端，把玻璃管倒插在水中，松开手指。

观察现象并提问学生：“如把顶端橡皮塞拔去，在外部大气压强作用下，水柱会不会从管顶喷出”然后演示验证，从而消除一些片面认识，加深理解。

6．通常人们把高760毫米的汞柱所产生的压强，作为1个标准大气压，符号为1atm（atm为压强的非法定单位），1atm的值约为×10^5Pa
二、实验说明
1.不可以用其他液体代替水银，若用水代替，高度会达到米，在普通实验室中不现实，因而不可行；详细过程：
已知ρ水银=13600kg/m∧3;
∵水柱产生的压强与水银柱产生的压强相等即p水=p水银，ρ水gh水=ρ水银gh水银
∴h水=ρ水银/ρ水×h水银
=13600kg/立方米/1000kg/m^3;×
=
2.若操作正确测量值小于真实值，则可能是管内有气体；若测量值大于真实值，则可能是没有把管放竖直，且沿管的方向测量水银柱的高度。

3.实验结果(水银高度)与试管粗细无关。

三、实验注意点
1、托里拆利实验时，若管内有少许空气，水银柱高度将改变，实验结果偏小。

2、、玻璃管倾斜，液柱变长，但垂直高度不变，对实验结果无影响。

3、玻璃管向上提或下压，液柱不变，对实验结果无影响。

4、水银槽中水银的多少对实验结果无影响。

5、玻璃管的粗细对实验结果无影响。

6、不小心玻璃管顶部弄破，会出现什么现象像喷泉一样喷出吗
答：水银全部退回水银槽直至与液面相平（形成连通器，前提是水银槽够高，否则槽内水银将会溢出）
7、不小心弄破玻璃管侧面，会出现什么现象
答：小洞以上的水银柱向上移动置顶，小洞以下的水银柱全部退回水银槽直至与液面相平。

引申
着名的托里拆利实验第一次准确的测出了大气压的值，该实验的过程是：首先将长约1m的玻璃管装满水银，然后倒插入水银槽中，水银面将下降至76cm处（假定当时大气压为76cm汞柱）就不再下降，此时管内水银面上方是真空。

如图所示，
P A=P大气压P B=P汞柱=?汞gh汞
由于P A=P B 所以P大气压=P汞柱=?汞gh汞，通过此公式根据水银柱的高度就可以计算出大气压的值。

假如在高山上做托里拆利实验，水银柱会降低，说明高山上的气压比地面气压小。

由于液体压强只跟液体密度和液柱高度有关，且P大气压保持不变，故可得出以下几点结论：
a将玻璃管加粗（或变细），管内外水银面高度差不变；
b将玻璃管向上提一些（管口还在水银面下），管内外水银面高度差不变；
c将玻璃管向下按一些（管内液面上方还有真空），管内外水银面高度差不变；
d将玻璃管倾斜（管内液面上方还有真空），管内外水银面高度差不变，但是管内水银柱的长度变长。

引申一：如果将托里拆利实验装置改制成水银气压计，并把刻度标在玻璃管壁上，当管子倾斜时，由于水银柱长度变长，故读数会偏大。

引申二：如果管顶距水银槽内液面不到76cm，则管顶处所受到的压强P=P大气压-P汞柱。

如果此时管顶被打破，根据连通器原理，管内水银不但不会喷出，反而会下降至与管外水银面相平。

引申三：如果实验时管内不小心混进了少许空气，则
P汞柱+P空气柱=P大气压，即P汞柱<P大气压，故测量值小于大气压的真实值。

此时，由于密闭气体压强跟气体体积成反比，可得出以下几点结论：
a 将玻璃管向上提一些（管口还在水银面下），管内外水银面高度差将变大；
b将玻璃管向下按一些，管内外水银面高度差将变小；
c将玻璃管倾斜，因管内水银柱变长而使空气柱压强变大，则管内外水银面高度差将变小。

引申四：如果将水银换成水来做托里拆利实验，则有
P大气压=P水= 水gh水，由此可以得出，一个大气压可以支持约10m 高的水柱。