高中气体三定律综合演示仪的设计及制作，本文主要内容关键词为：定律论文,气体论文,演示论文,高中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在中学物理中，气体三定律的演示实验，从目前的实验器材来看，只有玻意耳定律的演示比较满意，其他两个实验都不尽如人意，特别是定量分析，误差太大，可信度极差，一般都只能定性分析，很难定量验证。况且这三个实验定律分别用不同的实验装置进行，给教和学带来不便。因此有必要设计一套气体三定律的综合演示仪，既能演示玻意耳定律（m一定，T一定，pV＝C），查理定律（m一定，V一定，p/T＝C），又能演示盖·吕萨克定律（m一定，p一定，V/T＝C）。
1 综合演示仪的设计思路
本文介绍的综合性演示仪就是针对以上的不足进行设计的。（1 ）其制作简单、成本低、需用水银比平常实验少，而且水银灌注、放出都比较安全。（2）实验精度高、综合性强、读数直观，（3）数据间的简单的正、反比一目了然。（4）所用气体为稀薄气体， 把温度的温标选为开尔文，可以直接验证理想气体的状态方程，给教学带来更高的直观性、可信性、方便性。
2 实验装置
如图1所示，厚玻璃管上端封闭，长约36cm， 套一内径大于厚玻璃管外径5～7mm的两头开通的玻管，玻管长约20cm，该管两头用环氧树脂粘接上盖板和下盖板，上盖板应让厚玻璃管穿过，且密封，下盖板上事先钻两个小孔，一个应带有螺纹的小孔，便于排空气和封闭空气，另一个用细管和注射器嘴相连。在外玻管的侧壁，距顶部1/140外管长的地方，装一个气阀T。且带有螺纹，便于排空气和封闭空气。
图1 自制气室及压强计
放气阀T的设计， 是为了预留一定质量的实验气体和在实验结束后，倒出两管内的水银。
制好后的厚壁玻管就是托里拆利管，用来直接测气体压强。两管之间的空间就是容积可调的气室，其中气体的体积，只须读出水银面上气室的长度刻度，“0”刻度应在上板的下底面处，由上往下刻度。 刻度尺要刻度清晰准确，衬于玻管的后方。“0 ”刻度与上盖板的下底面对齐，“0”以上刻负刻度，“0”以下刻正刻度。
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不受大气压强影响的气室容积调节装置（兼灌注水银的工具）
如图2所示，选医用注射器器一支， 只需自制一个带有螺杆的推拉支架，把该支架套入注射器，在注射器外管的上端有边口的地方，用环氧树脂粘牢，无论该处支架受力向上还是向下都不会与注射器外管分开或在外管上移动，把螺杆底端与活塞芯用环氧树脂粘牢，使之不倾斜。这样一来，旋动螺杆，可以让注射器活塞推入（或拔出）注射器外管。放开旋纽，活塞的位置就固定了（而不管活塞受力与否）。这是因为活塞与外管，螺杆与螺母之间的摩擦力矩远大于活塞受到的轴向力通过螺杆斜面反应出的力矩。
图2 气室容积调节装置
4 操作步骤
（1）活塞推到注射器的底部排出内部空气，让注射器吸入水银， 迅速倒转，注射咀向上，套上一段自行车气门针内的软胶管。把气阀 T旋紧，不漏气，把气室螺丝旋松，让放气孔通大气。将气室倒转，让托里拆利管封闭端在下面，把软胶管与气咀套接牢固。徐徐旋进活塞，水银就被灌入气室和托里拆利管内，直至把两管内注满水银为止。旋紧螺丝，把排气孔封死。把气室再倒转过来，让托里拆利管封闭端向上。
（2）预留一定质量的空气，调整实验进入状态。 在气管的下方事先放一托盘容器，打开气阀T，气阀以上的水银会从气阀也流出， 直至没有水银再流出，气室的上方就预留了一定质量的空气，再把气阀T 旋紧。
转动注射器旋钮，往外拉活塞，将发现，先是气室内的水银面下降，气体体积增加，压强减小，当此压强值低于托里拆利管内水银柱的压强后，托里拆利管内的水银将流出，其上方形成托里拆利真空，这时，托里拆利管内的水银面与气室内的水银面的高度差为h 就是气室内气体这时的压强。在演示中，只有托里拆利管上端有一托里拆利真空时，才能测量和监视气体的压强。为此所有演示都在气室小于大气压强许多的情况下，即实验是在稀薄空气下进行的。
（3）验证玻意耳定律：当T一定时，pV＝C。 在托里拆利管上端始终有托里拆利真空的前提下，通过推进或拉出活塞改变气室体积V， 同时记录对应的水银柱高度差h，只要V的改变缓慢，可以认为T不变， 有pV＝C。
（4）验证盖·吕萨克定律：当p一定，V/T＝C。 温度的改变只需把图1中的气室装置整体放入一个盛水的量筒中，通过改变水温， 可用一支温度计，测水温，当温度恒定后，通过调节注射器活塞，让两管内水银面的高度差h一定，即p一定，记录T和V对应值。有V/T＝C。
（5）验证查理定律：即V一定，p/T＝C。方法同（4）（略），通过调节注射器旋钮，让气室V一定，有p/T＝C。