用廢舊酒瓶和酒瓶蓋等測(cè)大氣壓強(qiáng)

張仁義　劉青生　張素琴

目前，在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，通常是用水銀來(lái)測(cè)大氣壓強(qiáng)，由于水銀有劇毒，特別是水銀蒸氣，這嚴(yán)重影響了師生的身體健康。一些發(fā)達(dá)國(guó)家早就禁止在中學(xué)生實(shí)驗(yàn)中用到水銀。下面，我們來(lái)談?wù)動(dòng)脧U舊酒瓶和酒瓶蓋等測(cè)大氣壓強(qiáng)。

1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

既要確保人體安全，又要能用來(lái)證明大氣壓強(qiáng)。

2實(shí)驗(yàn)原理

一定質(zhì)量的氣體，在封閉容器中發(fā)生等溫變化時(shí)，遵循玻意耳定律。

3實(shí)驗(yàn)器材

帶有蓋的酒瓶、染色的水、燒杯、透明塑料管、一次性注射器、天平。

4實(shí)驗(yàn)步驟

4.1用天平測(cè)出瓶和蓋的總質(zhì)量m1，然后將瓶裝滿水，用天平測(cè)出它的質(zhì)量m2。則水的質(zhì)量為m水=m2－m1，得出容器的體積為V0=V水=(m2-m1)／p水，再將水倒出、烘干后，豎直放置。

4.2旋轉(zhuǎn)瓶蓋，關(guān)閉活塞k。使瓶?jī)?nèi)封閉有一定質(zhì)量的氣體。

4.3用注射器將燒杯中的水注入長(zhǎng)為L(zhǎng)的塑料管中，直至管口“0”的位置為止。

4.4旋轉(zhuǎn)瓶蓋，打開活塞k。水開始流入瓶?jī)?nèi)。流出一定的體積后，便停止流動(dòng)，此時(shí)記下玻璃管內(nèi)水的高度h，同時(shí)，求出流到瓶?jī)?nèi)水的體積：V=π×(d／2)²-(L—h)=π×1／4cm²×(40-24)cm=12.56cm³

4.5實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)

對(duì)瓶?jī)?nèi)氣體，初狀態(tài)時(shí)：壓強(qiáng)P1=P0，

體積V1=V0=(m2－m1)／p水

=(1705—1180)g／(1g·cm^-3)；

末狀態(tài)時(shí)：壓強(qiáng)P2=P0＋pi水gh，

體積V2=V0－V=V0－π×(d／2)²·(L—h)=π×1／4cm²×(40-24)cm=525cm³－12.56cn³=512.44cm³

氣體發(fā)生等溫變化，根據(jù)玻意耳定律有：

P1V1=P2V2

即P0V0=(P0+p水gh)(V0－V)，則P0

=p水gh(V0—v)／v

4.6將所得數(shù)據(jù)代入表達(dá)式得，P0

=p水gh(V0－V)／V

=0.979×10⁵Pa

4.7這與托里拆利實(shí)驗(yàn)測(cè)得的大氣壓的結(jié)果基本相符合，其誤差小于3.0％。

5實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問題

5.1水要裝滿，且用天平稱出的質(zhì)量要準(zhǔn)確。

5.2裝置密封性要好，不能漏氣。

5.3要用染色水，以增大可見度。

5.4不要長(zhǎng)時(shí)間握住酒瓶，保證水、瓶、空氣的溫度變化可忽略(即忽略熱損失)。

5.5選質(zhì)量適當(dāng)大些的酒瓶為好，防止試驗(yàn)中裝置傾倒。