當(dāng)?shù)乜諝馄骄芏葴y(cè)量實(shí)驗(yàn)及其思考

黃坤　熊鵬

1引言

人教版8年級(jí)物理教材中，對(duì)于空氣的密度的測(cè)量，僅僅通過(guò)“小資料”給出，而教材課后作業(yè)題中有一道運(yùn)用空氣密度來(lái)估算一間教室內(nèi)空氣質(zhì)量的題目，這道題也正是2017年湖北省武漢市中考物理試題。

（2017·武漢）空氣的成分按體積計(jì)算，氮?dú)饧s占78%，氧氣約占21%，根據(jù)表1中一些氣體密度估算你所在教室里空氣的質(zhì)量，合理的選項(xiàng)是（ ）。

A.20kg B.200kg

C.1000kg D.2.0×10⁵kg

那么，生活中空氣的平均密度到底是多少呢，能不能用所學(xué)物理知識(shí)和方法進(jìn)行測(cè)量呢？

2實(shí)驗(yàn)器材

醫(yī)用藥瓶（500mL）、60mL醫(yī)用注射器、電子秤（最小稱(chēng)量為0.01g）。

3實(shí)驗(yàn)原理

4實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1）利用針頭和輸液管放出藥瓶?jī)?nèi)的液體（保證瓶口密封），直至放完為止。

（2）取出電子秤，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，按下清零按鈕。

（3）將干燥的醫(yī)用藥瓶輕輕地放在電子秤秤盤(pán)上，讀出質(zhì)量為m。

（4）取下醫(yī)用藥瓶，用注射器吸入50mL空氣迅速注入藥瓶?jī)?nèi)，再次稱(chēng)量藥品質(zhì)量，讀出質(zhì)量為m₂。

（5）重復(fù)上述操作，進(jìn)行第3次實(shí)驗(yàn)，讀出質(zhì)量為m₃。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，整理好器材。

（6）整理數(shù)據(jù)并進(jìn)行運(yùn)算，取平均值，得出最后數(shù)據(jù)。

5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見(jiàn)表2。

6實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

7實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，筆者有以下幾個(gè)方面的疑問(wèn)和思考。

（1）為什么3次測(cè)量得到的數(shù)據(jù)會(huì)逐漸減?。?/p>

（2）空氣的密度是不是一定值呢？

（3）空氣的密度和什么因素有關(guān)？

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，測(cè)量得到的空氣密度逐漸減小，主要原因是由于實(shí)驗(yàn)器材的不穩(wěn)定性造成的。當(dāng)筆者逐次向瓶?jī)?nèi)注入空氣時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣壓逐漸增大，而醫(yī)用注射器內(nèi)部的活塞是用橡皮制成的，因此在抽出注射器針頭時(shí)，由于瓶?jī)?nèi)氣壓較大，會(huì)使注射器針管內(nèi)以及活塞處存有一定量的空氣。而在實(shí)際數(shù)據(jù)處理的時(shí)候，認(rèn)為注入瓶?jī)?nèi)的空氣體積始終是50mL，而實(shí)際質(zhì)量的變化△m是減小的，因此測(cè)量得到的空氣密度會(huì)逐漸減小。通過(guò)查閱相關(guān)資料，了解到空氣的密度是指在一定的溫度和壓力下，單位體積空氣所具有的質(zhì)量就是空氣的密度。在標(biāo)準(zhǔn)條件下（0℃，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），空氣密度約為1.29kg/m³，但當(dāng)大氣壓或溫度發(fā)生變化時(shí)，空氣的密度也會(huì)發(fā)生變化，因此空氣的密度會(huì)隨外界環(huán)境條件的變化而發(fā)生變化。通過(guò)剛才的問(wèn)題分析，我們已經(jīng)知道氣壓會(huì)引起空氣密度的改變，根據(jù)初中物理知識(shí)可知，大氣壓強(qiáng)隨高度的增加而減小，所以不同高度位置的空氣密度也不相同。另外由于溫度對(duì)空氣的影響也較大，溫度的不同也會(huì)造成外界大氣壓的改變，從而影響空氣密度的測(cè)量。