公务员|【历史上的今天】5月第一讲

　　5月份《历史上的今天》第1讲!2019年5月8日德国马德堡半球实验完成65周年!每一次重要的科学实验都将人类对世界的认识推向了一个新的高度。这部分内容我们也做了相对系统的梳理，助你上岸一臂之力!!!

第一讲 2019年5月8日德国马德堡半球实验完成65周年

　　【热点链接】

　　1654年5月8日，马德堡半球，亦作马格德堡半球，是当时的马德堡市长奥托·冯·格里克于神圣罗马帝国的雷根斯堡(今德国雷根斯堡)进行的一项科学实验，目的是证明大气压的存在。而此实验也因格里克的职衔而被称为“马德堡半球”实验。当年的进行实验的两个半球仍保存在慕尼黑的德意志博物馆中。现实也有供教学用途的仿制品，用作示范气压的原理，它们的体积也比当年的半球小得多，把半球的空间抽真空，不需再用十多匹马，有的只需四个人便可拉开。

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　　【真题回顾】

　　2017-四川-3. 下列关于气候现象的说法，不正确的是：

　　A.在北半球，夏季的大气压比冬季高

　　B.气旋常可演变成大风甚至台风、飓风

　　C.赤道地区由于没有地转偏向力，不会出现龙卷风

　　D.高气压区的天气多为晴天，低气压区多风雨天气

　　【答案】A

　　【解析】第一步，本题考查气候现象并选错误项。

　　第二步，一般情况下气温高，气压低;反之气温低，气压高。在北半球，夏季气温高于冬季气温，所以夏季气压低于冬季气压。

　　因此，选择A选项。

　　【拓展】B项：气旋是大气中水平气流呈逆(顺)时针旋转的大型涡旋，气旋中心常常出现阴雨天气和大风。当气旋中心持续风速达到12级以上，便形成了台风或飓风。

　　C项：风的形成需要水平气压梯度力和地转偏向力的相互配合，赤道地区下层大气以上升运动为主，水平气压梯度力很小，同时无地转偏向力，故赤道附近形成赤道无风带，不会出现龙卷风。

　　D项：若一地区为低气压，周围地区的空气就在水平方向上流入该地区，该地区的空气上升，使空气中水汽易凝结成云进而产生降雨，因此低压区常为阴雨天气;反之高压区多晴朗天气。

　　2015-山东-17. 下列生活现象与大气压强无关的是：

　　A.用注射器进行肌肉注射

　　B.给钢笔吸取墨水

　　C.茶壶上留一个小孔

　　D.将吸盘挂衣钩贴在墙上

　　【答案】A

　　【解析】第一步，本题考查物理知识。

　　第二步，在进行肌肉注射时，液体进入体内的原因是推动注射器活塞产生的推力，并非大气压强。

　　因此，选择A选项。

　　【拓展】B项：给钢笔吸取墨水时，挤压墨水囊，墨水囊中的压强小于外界大气压，大气压将墨水压入墨水囊中。

　　C项：将茶水倒出时，壶内气压减小，茶壶上留一个小孔是为了平衡茶壶内与外界气压，这样水更容易倒出。

　　D项：在用吸盘挂衣钩时，需将吸盘内的空气挤出，使吸盘内气压小于大气压强，吸盘就会被大气压牢牢地压在墙上。

　　【知识拓展】

　　一、大气压强

　　(一)概念

　　大气压强是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。气压大小与高度、温度等条件有关。一般随高度增大而减小。在水平方向上，大气压的差异引起空气的流动。表示气压的单位，习惯上常用水银柱高度。例如，一个标准大气压等于760毫米高的水银柱的重量，它相当于一平方厘米面积上承受1.0336公斤重的大气压力。国际上统一规定用“百帕”作为气压单位。经过换算： 一个标准大气压=1013百帕(毫巴)。 深圳市的年平均气压为1009.8百帕。

　　(二)常用单位

　　标准大气压。表示气压的单位，习惯上常用水银柱高度。例如，一个标准大气压等于760毫米高的水银柱的重量，它相当于一平方厘米面积上承受1.0336公斤重的大气压力。由于各国所用的重量和长度单位不同，因而气压单位也不统一，这不便于对全球的气压进行比较分析。因此，国际上统一规定用"百帕"作为气压单位。

　　经过换算：一个标准大气压=1.013×105帕

　　1个标准大气压=760mm水银(汞柱)柱高

　　(三)气压成因

　　从分子动理论可知，气体的压强是大量分子频繁地碰撞容器壁而产生的。单个分子对容器壁的碰撞时间极短，作用是不连续的，但大量分子频繁地碰撞器壁，对器壁的作用力是持续的、均匀的，这个压力与器壁面积的比值就是压强大小。

　　(四)影响因素

　　气压的大小与海拔高度、大气温度、大气密度等有关，一般随高度升高按指数律递减。

　　气压有日变化和年变化。一年之中，冬季比夏季气压高。一天中，气压有一个最高值、一个最低值，分别出现在9～10时和15～16时，还有一个次高值和一个次低值，分别出现在21～22时和3～4时。气压日变化幅度较小，一般为0.1～0.4千帕，并随纬度增高而减小。气压变化与风、天气的好坏等关系密切，因而是重要气象因子。通常所用的气压单位有帕(Pa)、毫米水银柱高(mm·Hg)、毫巴(mb)。它们之间的换算关系为：100帕=1毫巴≈3/4毫米水银柱高。气象观测中常用的测量气压的仪器有水银气压表、空盒气压表、气压计。温度为0℃时760毫米垂直水银柱高的压力，标准大气压最先由意大利科学家托里拆利测出。

　　(五)与健康相关

　　1.气压对人体健康的影响，概括起来分为生理的和心理的两个方面。低气压对人体生理的影响主要是影响人体内氧气的供应。由于人体特别是脑缺氧，还会出现头晕、头痛、恶心、呕吐和无力等症状，神经系统也会发生障碍，甚至会发生肺水肿和昏迷，这就是通常说的"高山反应”。

　　在高气压的环境中，肌体各组织逐渐被氮饱和(一般在高压下工作5—6小时后，人体就被氮饱和)，当人体重新回到标准大气压时，体内过剩的氮便随呼气排出，但这个过程比较缓慢，如果从高压环境突然回到标准气压环境，则脂肪中蓄积的氮就可能有一部分停留在肌体内，并膨胀形成小的气泡，阻滞血液和组织，易形成气栓而引发病症，严重者会危及人的生命。

　　气压变化对人体健康的影响，更多表现在高压或低压所代表的环流天气形势的生成、消失或移动方面。在低压环流形势下，大多为阴雨天气，风的变化比较明显;而在高压环流形势下，多为晴天，天气比较稳定。在高压控制下，空气干燥，天晴风小，夜间的辐射冷却容易形成贴地逆温层，尘埃、真菌类、花粉、孢子等过敏源，容易在近地层停滞，从而诱发喘病的发作。

　　同时，气压的变化还会影响人的心理变化，使人产生压抑、郁闷的情绪。例如，低气压下的雨雪天气，尤其是夏季雷雨前的高温高湿天气(此时气压较低)，心肺功能不好的人会异常难受，正常人也有一种抑郁不适之感。而这种憋气和压抑，又会使人的植物神经趋向紧张，释放肾上腺素，引起血压上升、心跳加快、呼吸急促等;同时，皮质醇被分解出来，引起胃酸分泌增多、血管易发生梗塞、血糖值也可能急升。有学者对每月气压最低时段与死亡高峰进行了对比研究，结果发现89%的死亡高峰都出现在最低气压的时段内。

　　二、德国地理知识

　　(一)简介

　　德意志联邦共和国，简称德国(两德统一前简称西德或联邦德国)，是位于中欧的联邦议会共和制国家，北邻丹麦，西部与荷兰、比利时、卢森堡和法国接壤，南邻瑞士和奥地利，东部与捷克和波兰接壤，该国由16个联邦州组成，首都为柏林，领土面积357167平方公里，以温带气候为主，人口约8267万人，是欧洲联盟中人口最多的国家，以德意志人为主体民族。

　　德国人的祖先是古代居住在中欧的日耳曼人。10世纪时日耳曼人建立神圣罗马帝国，后发生分裂。1871年普鲁士王国吞并除奥地利帝国以外的德意志各邦国建立德意志帝国，完成德意志统一。1914年和1939年，德国先后挑起两次世界大战并战败。1945年分裂为东西两部分。1990年10月3日，德意志民主共和国(简称东德或民主德国)正式加入联邦德国，实现两德统一。目前，德国是欧洲第一大经济体，也是欧盟的创始会员国之一、还是北约、申根公约、八国集团、联合国等国际组织的重要成员国。

　　德国是一个高度发达的资本主义国家。欧洲四大经济体之一，其社会保障制度完善，国民具有极高的生活水平。以汽车和精密机床为代表的高端制造业，也是德国的重要象征。

　　(二)地形地貌

　　德国的地形变化多端，有连绵起伏的山峦，高原台地，丘陵，有秀丽动人的湖畔，及辽阔宽广的平原。整个德国的地形可以分为五个具有不同特征的区域：北德低地、中等山脉隆起地带、西南部中等山脉梯形地带、南部阿尔卑斯前沿地带和巴伐利亚阿尔卑斯山区。

　　德国北部低地的特征是丘陵起伏的沿海岸高燥地和粘土台地与草原，泥沼以及中等山脉隆起地带前方向南伸展的黄土地之间有星罗棋布的湖泊。中等山脉隆起地带则将德国分成南北两片。西南部中等山脉梯形地带包括上莱茵低地及其边缘山脉。南部阿尔卑斯山前沿地带包括施瓦本巴伐利亚高原以及在南部的丘陵和湖泊，

　　碎石平原，下巴伐利亚丘陵地区和多瑙洼地。巴伐利亚阿尔卑斯山区则包括阿尔高伊的阿尔卑斯山、巴伐利亚的阿尔卑斯山和贝希特斯加登的阿尔卑斯山，在这些山区散落着风景如画的湖泊。德国境内有六个山脉。

　　德国地势北低南高，可分为四个地形区：北德平原，平均海拔不到100米;中德山地，由东西走向的高地块构成;西南部莱茵断裂谷地区，两旁是山地，谷壁陡峭;南部的巴伐利亚高原和阿尔卑斯山区，其间拜恩阿尔卑斯山脉的主峰祖格峰海拔2963米，为全国最高峰。

　　德国的主要河流有莱茵河(流经境内865公里)、易北河、威悉河、奥得河、多瑙河。较大的湖泊有博登湖、基姆湖、阿莫尔湖、里次湖。

　　(三)气候特征

　　德国处于大西洋东部大陆性气候之间的凉爽的西风带，温度大起大落的情况很少见。降雨分布在一年四季。夏季北德低地的平均温度在18℃左右，南部山地为20℃左右;冬季北德低地的平均温度在1.5℃左右，南部山地则为-6℃左右。属于例外的是气候温润的上莱茵河谷，以及经常可以感到从阿尔卑斯山吹来的燥热南风的上巴伐利亚和山风刺骨、夏季凉爽、冬季多雪，从而构成自己独特气候区的哈尔茨山区。因各地区地理条件的不同，德国最高温度在摄氏20-30℃之间，最低温度在1.5-﹣10℃之间。

　　德国的北部是海洋性气候，相对于南部较暖和。西北部海洋性气候较明显，往东、南部逐渐向大陆性气候过渡。平均气温7月14～19℃，1月-5～1℃。年降水量500-1000毫米，山地则更多。

　　(四)人口

　　截至2016年，德国总人口8267万，是欧盟人口最多的国家，每平方公里人口密度为226人，是欧洲人口最稠密的国家之一。

　　三、著名科学实验

　　(一)托里拆利实验

　　托里拆利实验是大气压强中一个比较重要的实验。该实验第一次测出了大气压强值为760mm水银柱所产生的压强。

　　该实验完整是这样做的：用长约1m的玻璃管，一端开口，一端封闭。灌满水银后，用拇指堵住管口，倒放在水银槽中，管中水银下降至760mm。这时管中上方出现一段真空。(如图)

　　1.如果将玻璃管加粗或者改细一点，对该实验都不会产生影响，测量出来的结果仍然是760mm水银柱。

　　如果将玻璃管向上提起一些，水银柱会管内下降，但距水银槽中水银面高度仍是760mm。将玻璃管向下按压一些，也不会影响到测量结果。

　　小结：玻璃管的粗细不会影响测量结果。把玻璃管向上提起或者向下按下也不会影响到测量结果。

　　2.如果将玻璃管倾斜，管中水银会上升，水银柱长度增加，但这时如果测量其竖直高度仍然是760mm。

　　小结：将玻璃管倾斜后，水银柱长度增加，高度不变。

　　3.如果玻璃管中混入了少量的空气，玻璃管中水银由于受到了一部分气体向下的压强，所以水银柱会下降一些，这时水银柱的高度将会小于760mm，也就是说比真实的气压值要小一些。

　　小结：玻璃管中如果混入少量的空气，测量值会比真实值小。

　　4.如果在玻璃管顶端凿一小孔，管中由于能够进入空气，玻璃管中水银柱的上表面也就受到了大气压强，由于这个压强和水银槽中水银面上方受到的大气压强相等，管中水银就会由于自身的重力而下降，直到和水银槽中水银面相平。

　　其实在管顶凿一小孔后，玻璃管和水银槽就构成了一个连通器，因此这时水银在不流动时各液面将保持相平。

　　(二)自由落体实验

　　不受任何阻力，只在重力作用下而降落的物体，叫“自由落体”。如在地球引力作用下由静止状态开始下落的物体。地球表面附近的上空可看作是恒定的重力场。如不考虑大气阻力，在该区域内的自由落体运动是匀加速直线运动。其加速度恒等于重力加速度g。虽然地球的引力和物体到地球中心距离的平方成反比，但地球的半径远大于自由落体所经过的路程，所以引力在地面附近可看作是不变的，自由落体的加速度即是一个不变的常量。它是初速为零的匀加速直线运动。

　　落体实验古希腊思想家亚里士多德(公元前384—322年)曾经断言：物体从高空落下的快慢同物体的重量成正比，重者下落快，轻者下落慢。比如说，十磅重的物体落下时要比一磅重的物体落下快十倍。1800多年来，人们都把这个错误论断当作真理而信守不移。直到16世纪，伽利略(公元1564—1642年)才发现了这一理论在逻辑上的矛盾。伽利略说，假如一块大石头以某种速度下降，那么，按照亚里士多德的论断，一块小些的石头就会以相应慢些的速度下降。要是我们把这两块石头捆在一起，那这块重量等于两块石头重量之和的新石头，将以何种速度下降呢?如果仍按亚里士多德的论断，势必得出截然相反的两个结论。一方面，新石头的下降速度应小于第一块大石头的下降速度，因为加上了一块以较慢速度下降的石头，会使第一块大石头下降的速度减缓;另一方面，新石头的下降速度又应大于第一块大石头的下降速度，因为把两块石头捆在一起，它的重量大于第一块大石头。这两个互相矛盾的结论不能同时成立，可见亚里士多德的论断是不合逻辑的。伽利略进而假定，物体下降速度与它的重量无关。如果两个物体受到的空气阻力相同，或将空气阻力略去不计，那么，两个重量不同的物体将以同样的速度下落，同时到达地面。

　　为了证明这一观点，1589年的一天，比萨大学青年数学讲师，年方25岁的伽利略，同他的辩论对手及许多人一道来到比萨斜塔。伽利略登上塔顶，将一个重100磅和一个重一磅的铁球同时抛下。在众目睽睽之下，两个铁球出人意料地差不多是平行地一齐落到地上。面对这个无情的实验，在场观看的人个个目瞪口呆，不知所措。 这个被科学界誉为“比萨斜塔试验”的美谈佳话，用事实证明，轻重不同的物体，从同一高度坠落，加速度一样，它们将同时着地，从而推翻了亚里士多德的错误论断。这就是被伽利略所证明的，如今已为人们所认识的自由落体定律。“比萨斜塔试验”作为自然科学实例，为实践是检验真理的惟一标准提供了一个生动的例证。

　　(三)牛顿棱镜分解太阳光

　　艾萨克·牛顿出生那年，伽利略与世长辞。牛顿1665年毕业于剑桥大学的三一学院。当时大家都认为白光是一种纯的没有其它颜色的光，而有色光是一种不知何故发生变化的光(又是亚里士多德的理论)。

　　为了验证这个假设，牛顿把一面三棱镜放在阳光下，透过三棱镜，光在墙上被分解为不同颜色，后来我们称作为光谱。人们知道彩虹的五颜六色，但是他们认为那时因为不正常。牛顿的结论是：正是这些红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫基础色有不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色光，如果你深入地看看，会发现白光是非常美丽的。

　　【预测演练】

　　【预测题 单选】下列有关气压的说法错误的是：

　　A. 托里拆利实验首次证明了大气压的存在

　　B. 气体的压强是大量分子频繁地碰撞容器壁而产生的

　　C. 大气压的大小一般随高度升高而升高

　　D. 低气压对人体生理的影响主要是影响人体内氧气的供应

　　【答案】C

　　【解析】第一步，本题考查气压。

　　第二步，高处大气其柱较短，大气压较小，大气压的大小一般随高度升高而降低。

　　因此，选择C选项。

　　【预测题 单选】下列说法错误的是：

　　A. 托里拆利实验首次证明了大气压的存在

　　B. 自由落体实验证明轻重不同的物体，从同一高度坠落，加速度一样

　　C. 棱镜分解太阳光的实验证明白光是由多种色光混合而成

　　D. 自由落体实验发生的国家属于地中海气候

　　【答案】A

　　【解析】第一步，本题考查著名物理实验。

　　第二步，托里拆利实验首次计算出大气压的数值。

　　因此，选择A选项。

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