利用醫(yī)用注射器驗證玻意耳定律

(江蘇省南京市金陵中學高三13班,江蘇 南京 210005)

1 引言

描述理想氣體狀態(tài)變化的克拉珀龍方程是我們在中學物理中接觸到的知識，當理想氣體處于平衡態(tài)時，壓強、體積、物質的量、溫度間的關系式為：PV=nRT。可以看出，當n和T一定時，P和V成反比,這就是玻意耳定律。筆者采用醫(yī)用注射器來驗證玻意耳定律,取到良好的實驗效果。

2 實驗原理

如圖1所示，在注射器頭部用膠帶紙將進氣孔封住,注射頭部朝上。設針筒內(nèi)原氣體長度為h0，針筒的截面積為S,針筒內(nèi)的氣壓為P0。因為塑料活塞桿很輕，其質量可忽略不計,因此P0為大氣壓強。

圖1

圖2

3 實驗過程

首先準備一個透明注射器，將其豎直放置，如圖3所示。為了減小實驗誤差，將活塞桿拉出涂上潤滑劑，然后將桿放回，來回拉動使?jié)櫥瑒┚鶆虻赝磕ㄔ谧⑸鋭┽樛矁?nèi)部和活塞之間，以減小摩擦力作用、增加氣密性。

圖3

圖4

將白紙貼在注射器針管上，在活塞桿停留位置畫刻度線，并標上0，在桿下部依次增加砝碼，每測得一次數(shù)據(jù)，就在紙上畫上刻度，寫下重物的重力值。圖4展示了實際位移h和重力G之間的非線性關系，刻度之間的距離并不相等，逐漸增大。

表1

4 誤差分析

分析產(chǎn)生誤差的因素可能是：(1) 雖然在活塞和注射器管壁之間涂抹了潤滑劑，但是不能完全消除摩擦力;(2) 可能有一定的空氣從外部進入針筒;(3) 在實驗中忽略了活塞桿的質量;(4) 針筒頭部會殘存少量空氣;(5) 針筒內(nèi)的氣體并非是理想氣體；(6) 密封氣體的溫度在實驗過程中可能發(fā)生了變化。如果在實驗中能盡量減少這些因素的影響，將會使得實驗結果更為完美。

5 結語

通過此次實驗，加深了筆者對玻意耳定律的理解。雖然在實驗中存在著一些影響實驗結果的因素，但是在誤差允許的范圍內(nèi)還是成功地驗證了玻意耳定律的正確性。另外，利用這個實驗裝置還可以做成一個類似于彈簧測力計的空氣測力計，將力的測量轉化為距離的測量。