[精品]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摘要：气体定律的验证实验是人学物理实验屮的重要内容。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，木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，实验效果显苦。关键词：气体定律U型压强计水的饱和蒸汽压杜瓦瓶bstract：Asanimportantcontentincollegephysics,thetraditionalmethodoftheexperimentofgasruleinvolvespouringMercuryintoU

2、-shapcpressureinstrumentforprocessing・Takingintoconsiderationthetoxicity,expensivenessandharmtotheenvironmentofmercury,theauthorssuggestsubstitutingwaterformercury,anewmethodcharacterizedbysimplerprocessingproceduresandhighereffectiveness・Keywords：gasrule；U-shapcpr

3、essureinstrument；saturatedsteampressure；Duwabottle气休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。气体定律是热力学屮的基本内容之一，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。山于水银有毒，在清洁、灌装水银的过程中水银的泼洒、蒸发在所难免，对环境污染人，而且在实验屮水银的用量较人，水银的价格昂贵，考虑到环保和经济的要

4、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《普通物理实验教学人纲》规定的教学要求，乂収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，所以一般是验证玻意耳一马略特定律、查理定律。玻意耳一马略特定律为：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①i定量理想气体的压强P若以V

5、为横处标，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。查理定律为：在体积V不变的情形卜随温度t作线性变化。即0="（）（1+吟）②图（1）其中t为摄氏温度，p°是温度为o°c吋气体的压强，为气体的压强系数。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，该肓线在横轴上的截距对应于“TO时的极限值5,且t.=-—。根据实验及理论，应有®二一273.15C,ap此即为热力学温标的零度或绝对零度，亦即皿有an=—!—（°C

6、）=0.00367（°C1）③'273.15山气体实验定律可导出

7、理想气体状态方程：pA=p^=vR④AT,V为气体的摩尔数，R为普适气体恒最。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P°和摩尔质量uo=28.9g/mol及待测空气的初始体积Vo,即可确定R,即R=AoA）作作为验证实验，就是要验证上述①、②的两个关系是否成立，并测出勺，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

8、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的上端冇带阀门的活塞⑧，管壁有刻度；③的上端开II。从②读出③、④两玻管屮液面位置的读数L左、L右，由L左与L右之差可以测出封闭在右管小的待测气体的压强。当用于验证玻意耳一马略特定律时，关闭④上端的活塞阀门，将一定量空气封闭在④屮，保持温度在室温条件下，改变气体体积，其压强Z改变；当验证查理定律时，将玻管④通过联接密封螺栓◎换成查理玻泡⑩，将一定量空气封闭在查理玻泡中，并让右侧玻管中液面始终处于固定刻线处，从而在保持

9、查理玻泡中气体的体积不变的条件下，改变待测气体的温度，其压强随之改变。用水代替水银进行实验，同吋也带来了两个问题，一是水的蒸发量大，在右侧玻管④中封入一定量空气作为待测气体的同吋，其中必有水的饱和蒸汽，因而水的饱和蒸汽压Ps会使实验产生系统谋差；二是实验屮气体的压强是用U型压强计两管之高度