大气压强与高度的关系

陈传超

人教版初中《物理》（九年级）中关于大气压强随高度变化的论述有这样一段话：不同高度的大气压不一样，天气的变化也会影响大气压.在海拔3 000 m以内，大约每升高10 m，大气压减小100 Pa.以上对于大气压强随高度减小的原因并没有准确地说出.同学们都知道，海拔越高的地方，空气越稀薄，再加上有“天气的变化也会影响大气压”这句话，所以很多同学错误地认为：不同高度的大气压强不同是由于空气密度的分布不均匀造成的.果真如此吗？

由于气体压强产生的原因和液体压强产生的原因类似，为了说明问题的方便，我们从液体压强入手分析这个问题.如图1所示，容器内装有两种液体，密度分别是ρ1、 ρ2（当然ρ1< ρ2），A点位于两种液体的交界面上，距上表面的距离为h1，B点是交界面下的一点，距交界面的高度为h2.

A点的液体压强是由于该点上方的液体产生的，则A点的液体压强为

pA = ρ1 g h1.

B点的液体压强由两部分相加，即

pB = ρ1 gh1+ ρ2 g h2.

比较以上两式，不难发现：无论ρ1、 ρ2的关系如何，B点的液体压强pB均大于A点的液体压强pA.由此可见，A、B两点压强大小不同的原因不是由于密度不同，而是由于深度的不同造成的.

实际上，人就生活在大气层的底部，相当于图1中的B点，海拔越高的地方（距离大气层上表面的h越小），则那里的大气压强就越小.所以，造成不同高度的两点大气压强大小不同的原因不是由于空气密度的不均匀造成的，而是由于高度的不同造成的.

那么密度的不同造成了哪些变化呢？下面我们利用函数图象来研究这个问题.

假如空气的分布是均匀的，如图2所示，设大气层的厚度为L，则距离地面为h的某点的大气压强为

p= ρ空气 g（L-h）

=- ρ空气 gh + ρ空气gL.

由此可见，p与h之间的函数关系是一次函数，其图象如图3所示.而实际的大气压强随高度的变化曲线却如图4所示.

两图的主要区别是：图3中的图象为直线，图4中的图象为曲线.也就是说图3中大气压强随高度的增加而减小的幅度是均匀的，而图4中大气压强随高度的增加而减小的幅度却越来越小.造成这种差别的原因是图3中空气的密度分布是均匀的，图4中空气的密度分布是不均匀的.

综上所述，高度的不同决定了大气压强变化的趋势，空气密度的分布决定了大气压强变化的幅度，也就是说大气压强随高度变化的规律是密度和高度共同作用的结果.

同学们，读了此文后，你们是否理解了教材上说的“海拔3 000 m以内，大约每升高10 m，大气压减小100 Pa”，为什么加上“大约”这个词呢？

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