跳舞的硬币实验报告

跳舞的硬币实验报告
⼤学物理实验实验报告
实验名称：跳舞的硬币实验
实验⽬的：
对⽓体的热胀冷缩有更全⾯直观的认识
实验原理：
1.理想⽓体状态⽅程
理想⽓体状态⽅程是描述理想⽓体在处于平衡态时，压强、体积、物质的量、温度间关系的状态⽅程，其对常温常压下的空⽓也近似地适⽤，因此本实验中的理论分析也可以运⽤该⽅程。

其⽅程为其中指⽓体压强，V指⽓体体积，n指⽓体摩尔数，R为理想⽓体常数，T指⽓体的热⼒学温度。

由此可得：在该实验情境中，硬币将瓶⼝封住后，瓶内⽓体的摩尔数与体积不会变化，故nR/V在本实验中硬币跳舞前可认为是⼀个常数。

设硬币的质量为m，重⼒加速度为ｇ，瓶⼝的⾯积为S，在该实验情境中，硬币不受⽔平⽅向⼒的作⽤。

竖直⽅向上，硬币受五个⼒作⽤。

2.硬币受⼒分析
ａ．硬币的重⼒mg，⽅向竖直向下；
ｂ．瓶⼝对硬币的⽀持⼒Ｎ，⽅向向上；
ｃ外界⼤⽓对硬币的压⼒F0＝P0Ｓ，⽅向下若硬币⾯积明显⼤于瓶⼝⾯积，只计算瓶⼝部分的⼤⽓压⼒即可，硬币超出瓶⼝的部分由于受到的⽓压⼤⼩相等⽅向相反，可抵消。

ｄ．瓶内⽓体对硬币的压⼒F1＝P1Ｓ，⽅向向上；
ｅ．瓶⼝⽔的表⾯张⼒，⽅向向下，在本实验中可忽略。

可得公式：
初始阶段，瓶内⽓体压强与⼤⽓压强相等，F0＝F1，N＝mg；当瓶内⽓体对硬币的压⼒F，不断增加，Ｎ不断减⼩，当N=0时，硬币被顶起。

3.硬币被顶起的临界值
综合上述两段，硬币被顶起时的临界值为: ,因此即
因此当瓶内⽓体温度较初始时增加的量为时，硬币开始跳动。

4.影响硬币跳动快慢的因素
随着温度的升髙，瓶内⽓体的压强P增⼤，增⼤到⼀定值时，硬币跳起，部分⽓体溢出，ｎ减⼩，丁在该极短的时间内可认为不变，导致多减⼩，随即硬币落下。

此过程不断循环，造成了硬币跳舞的现象。

根据以上公式可知，每次硬币被顶起的间隔期，与瓶内⽓体温度变化的快慢有关.
实验器材
１元硬币（三个），透明玻璃瓶⼀个，塑料瓶、冰箱，热⽑⼱，秒表,尺⼦。

实验步骤
1.⾸先利⽤尺⼦测量硬币的直径与玻璃瓶⼝的内径，三次测量后取平均值得出，硬币直径和玻璃瓶⼝内径。

2.玻璃瓶放⼊冰箱中冷冻后拿出。

在瓶⼝沾少许⽔，放上硬币１枚，使硬币将瓶⼝完全封闭。

3.当硬币开始跳动时，通过秒表读出30S内硬币跳动次数，取下硬币。

4.重复②、③，⽤⼿握住玻璃瓶，当硬币开始跳动时，记录下此时温度，读出30S内硬币跳动次数，取下硬币。

5.重复②、③，将玻璃瓶⽤热⽑⼱捂住，当硬币开始跳动时，记录下此时温度，
读出30S内硬币跳动次数，取下硬币。

6重复②，在瓶⼝沾少许⽔，放上硬币2枚，使硬币将瓶⼝完全封闭。

⽤⼿握住玻璃瓶，当硬币开始跳动时，读出30S内硬币跳动次数，取下硬币
7.重复②，在瓶⼝沾少许⽔，放上硬币3枚，使硬币将瓶⼝完全封闭。

⽤⼿握住玻璃瓶，当硬币开始跳动时，读出30S内硬币跳动次数，取下硬币。

实验数据及处理
实验分析
1.为什么要⽤⽔润湿玻璃瓶⼝与硬币？
让硬币与瓶⼝之间没有缝隙，防⽌瓶内⽓体流出
2.硬币为什么会连续跳动⽽不是跳动⼀次后就停⽌跳动？
因为瓶内温度在⼀段时间内都在不断变化直到与外界温度相同。

3.其他条件相同时，升温⽅式对硬币跳动次数的影响？
硬币跳动次数增加
4.其他条件相同时硬币质量对跳动次数的影响？
跳动次数减少。