用水代替水银进行气体定律实验的研究

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1、用水代替水银进行气体定律实验的研究颜茜王昆林沙育年(楚雄师范学院物理系,云南,675000)摘要：气体定律的验证实验是大学物理实验中的重要内容。按传统的实验方法，是在U型压强计中灌水银，由于水银有毒，价格昂贵，考虑到环保和经济的要求，本文提出了一种采用水代替水银进行实验的新方案，该方案操作方便，实验效果显著。关键词：气体定律U型压强计水的饱和蒸汽压杜瓦瓶中图分类号：O551.1.2文献标识码：文章编号：TheStudyofexperimentofgasrulethatMercuryissubstitutedtowaterYANQian,WANGKunlin&SHAYunianDepa

2、rtmentofPhysics,ChuxiongNormalUniversity,Chuxiong,Yunnan,675000Abstract：Asanimportantcontentincollegephysics,thetraditionalmethodoftheexperimentofgasruleinvolvespouringMercuryintoU-shapepressureinstrumentforprocessing.Takingintoconsiderationthetoxicity,expensivenessandharmtotheenvironmentofmerc

3、ury,theauthorssuggestsubstitutingwaterformercury,anewmethodcharacterizedbysimplerprocessingproceduresandhighereffectiveness.Keywords：gasrule；U-shapepressureinstrument；saturatedsteampressure；Duwabottle气体所遵从的三条实验定律，各自从不同的侧面描述了气体的共性，通过对它们的综合,可导出全面概括气体性质的理想气体状态方程。气体定律是热力学中的基本内容之一，而气体定律的验证实验是大学物理实验中

4、的重要内容。实验所用仪器为气体定律实验仪，其主要部分为一U型压强计,实验时在U型压强计中灌装水银。由于水银有毒，在清洁、灌装水银的过程中水银的泼洒、蒸发在所难免，对环境污染大，而且在实验中水银的用量较大，水银的价格昂贵，考虑到环保和经济的要求，笔者对该实验进行了改进。用水代替水银进行实验时，增加了一个杜瓦瓶，将查理玻璃泡置于杜瓦瓶中，在瓶中注入所需温度的水，以保证玻泡中的气体稳定在所需温度，调节水温就可使待测气体处于各个不同的恒定温度。实验证明，这一改进方案是可行的，既达到了《普通物理实验教学大纲》规定的教学要求，又取得了非常好的实验效果。一、基本原理因三条实验定律中只有两条是独立的

5、，所以一般是验证玻意耳—马略特定律、查理定律。玻意耳—马略特定律为：在温度不变的情形下，一定量理想气体的压强p和体积V的乘积为一常量。即pV＝C常量………..①若以V为横坐标，以pV为纵坐标，则在pV—V图上应得到一条平行于横轴的直线。P查理定律为：在体积V不变的情形下，一定量理想气体的压强pP0随温度t作线性变化。即1/αp0100t/0C……②图（1）其中t为摄氏温度，p0是温度为0℃时气体的压强，为气体的压强系数。4若以t为横坐标，以p为纵坐标，则在p—t图上应得到如图（1）所示的一条直线，该直线在横轴上的截距对应于时的极限值，且。根据实验及理论，应有=－273.15℃，此即为

6、热力学温标的零度或绝对零度，亦即应有=（℃-1）=0.00367（℃-1）………………………………….③由气体实验定律可导出理想气体状态方程：……………④为气体的摩尔数，R为普适气体恒量。将一定量常温、常压下的空气近似看作理想气体，根据方程④，已知了空气的密度ρ0和摩尔质量μ0=28.9g/mol及待测空气的初始体积V0，即可确定R,即………………………………⑤作为验证实验，就是要验证上述①、②的两个关系是否成立，并测出值、R值，与理论值进行比较。二、实验改进实验中所用仪器，其结构如图（2）所示。在支架①上装有固定米尺②，米尺刻度范围0—1400mm，读数器由1/10游标⑥及刻划有红

7、色横线的平面镜⑦组成。在左、右玻管③、④的下端各装着金属接头，分别由可调节升降的夹持器⑤夹持于两支柱。玻管③、④与橡皮管⑨连接，在其中灌装适量的液体，构成U型压强计。④的上端有带阀门的活塞⑧，管壁有刻度；③的上端开口。从②读出③、④两玻管中液面位置的读数L左、L右，由L左与L右之差可以测出封闭在右管中的待测气体的压强。当用于验证玻意耳—马略特定律时，关闭④上端的活塞阀门，将一定量空气封闭在④中，保持温度在室温条件下，改变气体体积，其压强之改变；当验证查理定