气体试验定律巧应用

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1、测量可溶性固体物质密度的两种方法0.引言密度的测量是中学物理实验教学的常见选题之一。在实验中，对于形状不规则的固体，通常采用流体静力称衡法来测其体积。但该方法要求待测物体不溶于水、不吸水或与水不发生化学反应。那么溶于水、吸水或与水发生化学反应的物质的密度怎样测量呢？虽然我们可以选取其他符合条件的液体来代替水，但实际上寻找符合条件的液体是比较困难的。针对这一问题，我们进行了一点研究，从原理上对实验方案做了改进，取得了较好的实验效果。本文以大米为例，介绍测量可溶性固体物质密度的两种方法。1.设计思想测量可溶性固体物质

2、的密度，其关键在于准确测量固体的体积。由于通常情况下固体的体胀系数、温胀系数很小，与气体相比可以忽略不计，所以，在一定的实验精度范围内，可以认为固体的体积不随压强、温度的变化而变化。有鉴于此，我们设计了两种实验方案，从两个视角测量了可溶性固体物质的密度。2.1.实验方案一：2.1.1.实验原理图1取质量为的固体物质装入气密性较好的容器中。假设容器中气体初始状态的压强为，固体物质的体积为，气体与固体的总体积为。保持温度不变，改变容器中气体的体积，设后来容器内气体的压强为，相应总体积变为。根据玻马定律：当温度不变时，

3、对于一定质量的理想气体，其压强与体积的乘积为常量（），即整理方程，可得（其中、、、都是可测量的物理量）根据以上公式可计算出待测物质的体积，然后由密度公式计算出待测物质的密度。2.1.2.实验装置及实验过程本实验装置（图1）由注射器、压强传感器、数据采集器和计算机组合而成。单位：金太阳教育　姓名：刘占想　E_mail：lzx4149999@163.com取适量的大米，用托盘天平测其质量后装入注射器内。缓慢推动活塞，改变注射器内密封气体的体积，通过压强传感器、数据采集器就可以从计算机上读出压强的数值。记录活塞所在位置

4、的刻度以及该状态下气体的压强。2.1.3.实验数据及其分析我们用质量的大米，通过上述方法测量到、值如下：1.271.371.471.571.67178.34160.30145.40132.47121.94计算出大米的密度。我们知道大米的密度与其质地、品种、含水量等有关，它的密度没有一个标准值，为此，我们应用同样的方法测量了标准锌粒的密度，具体实验数据如下表：1.171.271.371.471.571.67182.16161.82145.62132.60121.48111.70*，，，，。通过对标准锌粒密度的测量，

5、我们发现实验的误差较小，这表明用上述方法来测量大米的密度是可行的，也是可信的。2.2.实验方案二：2.2.1.实验原理取质量为的固体物质装入气密性较好的容器中。假设容器的容积为、固体物质的体积为、容器中气体初始状态的温度为（，为开尔文温度，为摄氏温度，以下同）。保持压强不变，改变容器中气体的温度，设后来容器内气体的温度为，相应总体积变化了。根据盖·吕萨克定律：当压强不变时，对于一定质量的理想气体，其体积与温度的比值为常量（），即。整理方程，可得（其中、、、都是可测的物理量）。图2单位：金太阳教育　姓名：刘占想　E

6、_mail：lzx4149999@163.com根据上述原理，我们设计了如图2所示的装置。在一圆底烧瓶中放入适量的固体物质，将插有温度计、直角玻璃管（内封有一段小水柱）的橡皮塞塞上。当气体受热膨胀时，水柱就向右移动，在移动的过程中气体始终保持等压变化，体积的变化即为水柱移动的距离与玻璃管横截面积的乘积。因此。上述公式从原理上讲是可行的。考虑到实验所用玻璃管很细而且较长，气体进入玻璃管后散热很快，容易冷却到室温。因此，我们根据气体状态方程对上述公式进行了修正。(为室温)将代入方程，整理得根据这个公式计算出待测物质的

7、体积，然后由密度公式计算出待测物质的密度。图32.2.2.实验装置及实验过程将烧瓶装满水，倒入量筒内，测出烧瓶的容积，用游标卡尺测出玻璃管的内径，算出玻璃管的横截面积。取适量大米，测其质量后装入烧瓶，用滴管向水平玻璃管中注入一段水柱，然后用橡皮塞塞紧烧瓶并将烧瓶固定在铁架台上。待烧瓶内的气体冷却至室温后，记录初始状态气体的温度和水柱所在位置。如图3，用水浴法对烧瓶进行加热，待烧瓶中的气体受热均匀后，记录气体此时的温度和水柱移动的距离。2.2.3.实验数据及其分析应用该实验装置，我们对大米的密度进行了测量，所得数据

8、见下表：(℃)(℃)()35.603.02130.310.436.075.58计算得到：，用同样的方法，我们对标准锌粒进行测定，实验数据如下表：(℃)(℃)()单位：金太阳教育　姓名：刘占想　E_mail：lzx4149999@163.com35.603.02138.412.036.286.90计算得到：，，与锌的标准值相比，误差。从实验结果来看，用上述方法测大米的密度也