核心概念
物理学
天气
空气
大气压
引言
你看过电视上的天气预报吗？如果看过，你可能会注意到天气地图上移动的字母“H”和“L”。它们通常被称为“高压”（H）和“低压”（L）区域。他们所说的压力是指大气压。气压的变化可以预测天气的短期变化。但是，你如何知道气压是否变化——或者它是高压还是低压？科学家们开发了一种叫做气压计的仪器，它可以测量大气压。在这个活动中，你将通过自己制作一个气压计来了解它是如何工作的！
背景
地球被一层叫做大气层的空气包围着。大气层大约有300英里厚，其中大部分在地球表面10英里以内。空气由气体分子组成，如氮气、氧气和二氧化碳。所有这些分子都压在地球上，这种压力被称为气压或大气压。
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您可能会惊讶地发现空气有重量，尽管您感觉不到它。我们已经进化到使我们体内的压力与外部大气压力相匹配。然而，您能够感受到大气压的变化。例如，如果您乘坐飞机，您的耳朵可能会开始疼痛。这是因为在高海拔地区，您的内部压力大于外部压力。只有通过使您的耳朵“砰”的一声来平衡两种压力，它们才会停止疼痛。
大气压在海平面最高，当您向上移动到大气层时会降低。在海平面，正常气压范围为800至1050毫巴。在珠穆朗玛峰顶，气压大约低30%！气压随海拔和温度而变化。温暖的空气密度较低，会上升并导致气压较低。当它上升时，它会冷却并变成水蒸气，然后凝结成液体。这会导致云的形成和降雨。因此，低压通常与多云和多雨天气相关。另一方面，高密度的冷空气会导致气压升高。当冷空气下沉时，它会变干燥，从而导致高压区域出现温暖干燥的天气条件。
既然我们知道气压如何帮助预测天气，我们仍然需要找出如何测量气压。为此，科学家们开发了气压计。存在许多不同类型的气压计。其中一种是水基气压计：水被密封在玻璃容器中，容器有一个狭窄的喷嘴将外部与内部连接起来。当外部气压升高时，它会推压喷嘴中的水，导致水位下降。当较少的空气（较低的气压）推压喷嘴内部的水时，水位会上升。在这个活动中，您将构建这种气压计的一种变体。您认为它可以预测明天的天气吗？
材料
耐热玻璃罐
适合玻璃罐口的橡皮筋
气球
木制烤串
剪刀
胶带
纸
笔
三个碗
自来水（热水和冷水）
冰块
纸巾
准备工作
切掉并丢弃气球的开口，然后将剩余的气球部分拉伸到玻璃罐的开口周围，将其紧紧包裹起来。
用橡皮筋将气球固定在罐子上。
用胶带将木制烤串的末端平坦地粘在气球的顶部，使尖端远离罐子。
在第一个碗中倒入室温水，第二个碗中倒入热水（小心热水，如有必要，请成年人帮忙），第三个碗中倒入冰水。
将您的气压计靠近墙壁放置，使烤串与墙壁平行。
在墙上的气压计后面粘贴一张纸。
在纸上画一条与烤串尖端对齐的线。
标记气压计放置的位置。您稍后在活动中必须将其放在同一位置。
步骤
拿起气压计，将玻璃罐放入热水碗中。水不应超过橡皮筋。你对气压计有什么观察？您是否注意到任何变化？如果是，是什么样的变化？
一分钟后，将气压计从水中取出，快速擦干，并将其放在靠近墙壁的同一位置，您在那里贴了纸。在纸上画另一条线，使其与烤串的尖端对齐。现在尖端指向哪里？气压计发生了什么变化？
将气压计放入室温水碗中。再次观察会发生什么。将其在碗中放置约10分钟。10分钟后，气压计与之前相比有什么不同？
10分钟后，将气压计放回墙壁旁边，并在烤串指向的位置在纸上画另一条线。这次你注意到了什么？
接下来，将气压计放入冰水碗中约一分钟。冰水中的气压计会发生什么变化？你注意到了什么不同？
再次将气压计放在你的纸图表前，并在烤串尖端指向的位置画另一条线。你能解释你的观察结果吗？
将气压计放入室温水碗中，再次重复这些步骤。这次烤串尖端指向哪里？为什么？
额外：用不同的水温重复您的测试。您的结果如何随着其他水温变化？
额外：将您的气压计带到室外测量大气压。在另一张纸上画一个看起来像尺子的刻度。然后将图表放在气压计旁边，使中间线与烤串尖端对齐。将气压计放在室外几天，每天标记烤串指向的位置。当尖端在您的刻度上向上或向下移动时，这意味着什么？
观察和结果
您是否能够用您的气压计测量气压的变化？在这个活动中，您实际上测量的是玻璃罐内的气压变化——而不是外部大气压的变化。由于我们无法自己改变外部大气压，因此我们改变了玻璃罐内的气压，以演示气球气压计的工作原理。
当您用气球密封玻璃罐时，玻璃罐内部会有一定的气压。由于气球表面非常平坦，因此木制烤串的尖端应与玻璃罐的顶部基本齐平。然而，当您将玻璃罐放入热水中时，罐内的空气会受热膨胀。由于罐子用气球密封，因此它无处可逃——气球开始膨胀。这是因为玻璃内部的气压增加并压迫气球。结果，木制烤串向下指。您画的线应该在原始线下方。
当您将气球放入室温水中时，空气会冷却回到之前的室温，因此您的气球应该再次变平。同时，木制烤串应与您的原始线对齐。当您将玻璃罐放入冰水中时，则会发生相反的情况。当罐内的空气进一步冷却时，它会收缩并将气球拉入罐内。这使得木制烤串向上指。您为冰水画的线应该在原始线的上方。回到室温水中，气球和木制烤串应该回到它们原来的位置。
如果您用您的气压计测量外部气压，则会发生相反的情况：当罐外的空气推压气球时，随着大气压升高，烤串将向上指。随着大气压下降，木制烤串将向下指。每天标记木制烤串的位置可以告诉您会发生什么样的天气！
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此活动与科学伙伴合作推出
