探究气体压强与体积、温度关系的实验

探究气体压强与体积、温度关系的实验

①．通过气球的胀缩更直观地体会在一定条件下，气体压强与体积、温度的关系

②. 学会用玻意耳定律、盖•吕萨克定律解释实验现象，并从微观角度理解本质

③．理解理想气体状态方程，感受大气压的存在

二、实验原理：

玻意耳定律：一定质量的封闭气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比，即P1*V1=P2*V2。

在其他条件不变的情况下，体积减小，压强增大，体积增大，压强减小。

盖•吕萨克定律：压强不变时，一定质量气体的体积跟热力学温度成正比，即V1/V2=T1/T2。在其他条件不变的情况下，温度降低，体积缩小，温度升高，体积增大。

查理定律：体积不变时，一定质量气体的压强跟热力学温度成正比，即P1/P2=T1/T2。

在其他条件不变的情况下，温度升高，压强增大，温度降低，压强减小。

基于玻意耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律等经验定律，得出克拉伯龙方程即理想气体状态方程：pV =nRT

该方程严格意义上来说只适用于理想气体，但近似可用于非极端情况（低温或高压）的真实气体（包括常温常压）。

人们把假想的，在任何情况下都严格遵守气体三定律的气体称为理想气体。就是说一切实际气体并不严格遵守这些定律，只有在温度较高，压强不大时，偏离才不显著。

气体压强与体积、温度关系的原理解释：

①气体的压强实际上是大量的做无规则运动的气体分子与容器壁不断碰撞而产生的，因此

当其他条件不变的情况下，气体体积减小会使气体分子容器壁碰撞的次数增多而使压强增大，反之，体积增大，压强减小。

②一定质量的气体保持体积不变时，分子的密度也保持不变。温度升高后，分子的平均动

能增加，根据压强产生的微观机理可知，气体的压强就会增大，反之，温度降低，分子的平均动能减小，压强减小

③一定质量气体的温度升高时，分子的平均动能增加，为了保持其压强不变，必须相应地

增大气体的体积，使分子的密度减小，反之，温度降低，体积减小，使分子密度增大。1标准大气压=101325牛顿/米^2，即为101325帕斯卡（Pa)。

三、实验器材：

透明塑料饮料瓶1个、大号气球1个、医用一次性输液管一段（带上原装滚轮开关）、剪刀、打火机、强力胶、一盆热水、一盆冷水

四、设计思路：

1．气球、饮料瓶、输液管都是生活中常见的材料，方便易得，成本低廉。

2. 气球有一定的弹性，变化较为直观，有助于感受气压的存在和变化。

3.学生对玻意耳定律、盖.吕萨克定律、查理定律的理解存在困难，通过简易实验有助于学生对这方面知识的理解。

五、实验装置图：

[制作方法]

用打火机将剪刀头烧热，将烧热的剪刀头在瓶下部烫一圆孔，孔径与输液管相同，再将带滚轮开关的一段输液管插入其中5mm左右，用强力胶封住圆孔与输液管接口处，以保持瓶内气体密封性，然后将气球装入瓶内，气球口径反套在瓶口上。

六、实验步骤：

1.先将装置的开关关上，在瓶口处吹气球，打开装置开关，再吹气球，比较前后两种情况下气球变化及吹气的难易程度。

3.将开关关闭，观察气球变化。

4.打开开关，观察气球变化。

5.用嘴在通气口处（输液管处）吸气，观察气球变化。

6.打开开关，将瓶子浸入热水中加热，然后关闭开关，置入冷水中降温，观察气球的变化。

七、实验结果

1.当关上开关时，开始吹气球，发现尽管用了很大的力，但是气球不过大了一点。

2.打开开关，气球很容易就胀大了。

3．再次关闭开关，发现气球虽然敞着口，但是既不胀大也不缩小。

4．打开开关，发现气球慢慢缩为原状。

5..用嘴在气门处（输液管处）吸气时，发现气球胀大。

6. 打开开关，将瓶子浸入热水中加热，然后关闭开关，置入冷水中降温时，发现气球稍微鼓胀起来。

八、现象解释：

1.将开关关闭时，气球不容易变大的原因为：此时，瓶内气体被密封，向瓶口吹气，相当于向瓶内气体施加压力，使瓶内气体体积减小，根据玻意耳定律，一定质量的封闭气体，在等温过程中，体积变小时，压强要增大，因此使劲用力也很难使气球变大。

2.．而将开关打开后，瓶内气压与外界大气压相通，气球在吹大的同时，空气从瓶内被挤出

去，使吹气球的阻力减小，气球就很容易胀大了。

3. 将开关关闭，气球虽然敞着口，但不胀大也不缩小的原因：瓶内气压与大气压相等，使气球保持平衡状态。

4. 用嘴在气门处（输液管处）吸气，气球胀大是由于瓶内气体减小，气压减小，使瓶内气压小于外界大气压，内外压强差造成气球胀大。

5.打开开关，将瓶子浸入热水中加热，然后关闭开关，置入冷水中降温时，发现气球稍微鼓胀起来的原因：根据盖.吕萨克定律，一定质量的封闭气体，在压强不变时，温度降低，体积要缩小。

九、实验反思：

1.如果不用输液管滚轮开关控制也可，可直接用手指堵住圆孔，但操作上较为麻烦（保持瓶内气体密封时需要一直按着圆孔处），不易操作，且密封性较差不易保持。

2.因塑料瓶遇热容易变形，不宜多次操作，可换成更为硬质不易受热受冷变形的材料代替。3．实验时热水准备的有点少，可多装点热水，或用热水浇淋效果可能会好些。

4．烧热剪刀头所需的时间较长，而用打火机进行烧热，存在较大弊端：因打火机不能长时间加热，实验时弄坏了两个打火机，采用蜡烛代替可能更为安全和稳定，剪刀头也可以用铁丝代替。

5．用嘴在气门处（输液管处）吸气时，会感觉到异味，主要原因为气球质量较差，橡胶味很重且可能有毒，可以用抽气机代替人嘴吸气。