基于Origin的普適氣體常數測量實驗的研究

祁玲敏，韓太坤

(廣東石油化工學院 理學院物理實驗教學中心，廣東 茂名 525000)

普適氣體常數，是一個表征理想氣體性質的常量,又稱為氣體常數、摩爾氣體常數、理想氣體常數。普適氣體常數的測量實驗是大學物理實驗中的基礎實驗之一[1],實驗過程比較簡單，但是對實驗數據的處理相對比較復雜，傳統的做法是采用坐標紙手工繪圖、手工作直線進行線性擬合，這種方法受主觀因素的影響，存在較大的人為誤差。Origin軟件是一個具有非常強大的數據分析和圖表繪制軟件,在科學研究領域有較為廣泛的應用[2-5]。為了提高教學質量,改進傳統的教學方法，本文用傳統最小二乘法和Origin軟件分別對實驗數據進行了處理，并對結果進行了比較，發現用Origin軟件對數據進行線性擬合的結果與最小二乘法計算的結果完全吻合，并且Origin軟件在處理實驗數據與繪圖方面，具有簡單、快速、直觀等特點，可以有效避免人為計算所造成的誤差。

1 實驗原理

實際氣體在通常壓強、溫度不太低的條件下，近似的滿足理想氣體的狀態方程：

(1)

其中，P為氣體的壓強，V為氣體的體積，m為氣體的質量，M為氣體的摩爾質量(一般取空氣的平均摩爾質量為28.8 g/mol)[1]，R為理想普適氣體常數，理論值為8.314 5 J/(mol·K)[6]，T為氣體的熱力學溫度。

設一比重瓶的質量為m0,瓶中裝有空氣時的質量為m1，則瓶中空氣的質量m為：

m=m1-m0

(2)

設實驗時的環境壓強為P0，瓶中的氣體壓強為P，真空表的讀數為P1，三者的關系有：

P=P1+P0

(3)

把公式(2)和(3)代入到(1)中，可得：

(4)

上式可轉化為：