实验五 验证玻意耳定律

玻意尔定律-实验报告
课程名称___________________________ 实验项目__________________________ 专业班级___________________________ 姓名___________ 学号__________ 实验日期____2015年04月08日14:01____ 指导教师___________ 成绩__________
一、实验目的
验证玻意耳定律。

二、实验仪器
1、Lab Studio系统软件
2、LABPORT数据采集器
3、压强传感器
4、计算机
5、注射器等
三、实验原理
玻意耳定律：当温度不变时，一定质量的理想气体，其压强与体积之间的乘积（PV）为常量，即体积与压强成反比。

四、实验步骤
1.将压强传感器接入LABPORT数据采集器；
2.将注射器的活塞推至于15mL处（初始值可以任选，应尽可能让管内气体体积较大），并通过软管与压强传感器的测量口紧密相连。

3、添加新栏“体积”，并添加数据31-41，设置采集方式为手动采集，设置纵轴坐标参数为压强，横轴坐标参数为体积；（注意：传感器外接塑料管内部容积大约有1mL，输入计算机的气体体积数据应为“注射器读数+1”）
4、点击“开始采集”，开始记录压强值，同时描绘出P、V之间关系曲线；
5、观察实验结果，数据点的排列有着双曲线的特征，对图像进行曲线拟合，选取“反比拟合”，得到一条拟合曲线，可以看出，实验采集所得点均匀分布在拟合曲线附近，基本重合。

由此我们可以近似看出压强与体积之间呈现反比关系。

五、实验数据和数据处理
1.实验数据
[table]
2.绘图及处理
六、实验分析讨论
无。

玻义耳定律玻义耳定律是描述理想气体压强与温度之间关系的一个基本定律。

它由法国物理学家约瑟夫·路易·盖-吕萨克和法国化学家安托万·洛朗·玻义耳分别在18世纪后期和19世纪初期提出，也被称为盖-吕萨克定律或玻义耳-马里特定律。

一、定义玻义耳定律指出，在恒容条件下，理想气体的压强与其绝对温度成正比，即PV/T=常数，其中P为气体的压强，V为气体的体积，T为气体的绝对温度。

二、推导过程1. 假设有一个恒容器中装有一定量的理想气体。

2. 当温度增加时，由于分子热运动加剧，分子撞击容器壁的频率增加，从而容器壁受到的压力也增加。

3. 由于容器是恒容器，因此气体的体积不变。

根据理想气体状态方程PV=nRT（n为摩尔数，R为气体常数），可以得到P/T=常数。

4. 因此，在恒容条件下，理想气体的压强与其绝对温度成正比，即PV/T=常数。

三、应用1. 玻义耳定律可以用来解释大气压力的变化。

当气温升高时，空气分子热运动加剧，从而撞击地面的频率增加，导致大气压力增加。

2. 玻义耳定律也可以用来计算理想气体在不同温度下的压强。

例如，在恒容条件下，当气体温度从273K（0℃）升高到373K（100℃）时，其压强将增加1/273倍。

3. 玻义耳定律还可以用来计算理想气体的摩尔质量。

根据玻义耳定律和理想气体状态方程PV=nRT可得n/V=P/RT，其中P、V、T均为已知量。

如果已知气体的化学式和密度，则可以通过计算出摩尔质量来确定其分子式。

四、限制条件1. 理想气体状态方程只适用于低密度、高温度和低压力下的理想气体。

2. 玻义耳定律只适用于恒容条件下的理想气体，而在实际情况下，恒容条件很难实现。

3. 玻义耳定律只适用于单一气体的情况，而在混合气体中，不同气体分子之间的相互作用可能会影响气体的压强和温度关系。

五、结论玻义耳定律是描述理想气体压强与温度之间关系的基本定律之一，它可以用来解释大气压力变化、计算理想气体在不同温度下的压强和摩尔质量等。

气体实验：验证玻意耳定律实验原理：PV=c器材：注射器，压强传感器。

注意事项：1、实验中需保持针筒中封闭气体的质量和温度不变2、保持质量不变：活塞涂润滑油，增加气密性3、保持温度不变：（1）缓慢推动活塞（2）不要用手直接握住针筒中有封闭气体的部分（3）推动活塞后过一会再记录数据，让封闭气体充分热交换4、压强传感器无需调零5、处理数据作V-1/P 或P-1/V 图像，通常为直线，若图线不是直线则可能是气体质量或温度发生变化P01/VV01/P温度升高V1/P0P漏气升温气体实验：验证玻意耳定律专题训练1．“用DIS 研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验中（1）图中A 是。

（2）实验过程中，手不能接触注射器有封闭气体部分，这样做的目的是：。

（3）（单选）某同学在做实验时，按实验要求组装好实验装置，然后缓慢推动活塞，使注射器内空气从初始体积20.0ml 减为12.0ml．实验共测五次，每次体积值直接从注射器的刻度读出并输入计算机，同时测得对应体积的压强值．实验完成后，计算机屏幕上显示出如下表所示的实验结果：序号V （ml ）p （×105Pa）pV （ml pa ⋅⨯510）120.0 1.001020.020218.0 1.095219.714316.0 1.231319.701414.0 1.403019.642512.01.635119.621仔细观察发现pV （ml pa ⋅⨯510）一栏中的数值越来越小，造成这一现象可能原因是（）A．实验时注射器活塞与筒壁间的摩擦力增大了B．实验时环境温度增大了C．实验时外界大气压强发生了变化D．实验时注射器内的空气向外发生了泄漏（4）（单选）由于在实验中，未考虑软管中气体的体积，则实验得到的p-V 图线可能为（图中实线是实验所得图线，虚线为一根参考双曲线）（）P V(A)P V(B)P V(C)PV(D)数据采集器计算机注射器A2．如图为研究一定质量的气体压强与体积关系的实验装置：（1）图中○1为传感器，该实验需要保持气体的和不变。

玻意耳定律公式推论玻意耳定律是气体压强和体积之间关系的重要定律。

这定律可表述为：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强 p 与体积 V 成反比。

其公式为 pV = 常数。

咱们先来看看这个公式的推论啊。

假设咱有一个密封的气罐，里面装着一定质量的气体。

如果咱把这个气罐的体积给压缩一半，根据玻意耳定律，气体的压强就得增大一倍。

我记得有一次在实验室里，老师给我们演示这个实验。

当时用的是一个透明的玻璃容器，里面装着一些无色的气体。

老师慢慢地挤压这个容器，让我们观察压强计上的示数变化。

那时候，我眼睛都不敢眨一下，紧紧盯着那个指针，心里想着这神奇的玻意耳定律到底准不准。

结果呢，指针真的随着体积的变化而相应地变动，当时我心里那个激动啊，感觉自己像是发现了新大陆。

再说说实际生活中的例子。

大家都吹过气球吧？当你把气球吹起来，里面的气体体积变大，压强相对就小。

但要是你把气球口扎紧，然后使劲儿挤压气球，体积变小，这时候你就能明显感觉到气球变得更硬了，其实这就是因为里面的压强增大啦。

还有打气筒，给自行车轮胎打气的时候，不断地把外面的空气压进轮胎里，轮胎里的体积增加得并不多，但是气体的量增多了，相当于在体积变化不大的情况下增加了质量，所以压强就增大，这才能让轮胎变得鼓鼓的。

如果从数学角度深入分析玻意耳定律公式的推论，我们可以通过等式 pV = 常数，得到 p₁V₁ = p₂V₂。

假如初始压强 p₁是 100 帕斯卡，体积 V₁是 10 立方米，当体积压缩到 5 立方米时，通过公式就能算出新的压强 p₂变成 200 帕斯卡。

在物理题里，经常会碰到这样的情况。

比如说，给你一个初始状态的压强和体积，然后告诉你体积怎么变化了，让你求变化后的压强。

这时候只要牢记玻意耳定律公式及其推论，就能轻松应对啦。

再想象一下潜水员在深海里。

随着深度的增加，水的压力会压缩周围的空气体积。

但由于潜水员携带的氧气瓶里气体质量不变，根据玻意耳定律，里面气体的压强就会增大。

实验五验证玻意耳定律实验器材1.橡皮帽2.玻璃管3.体积标尺4.油5.固定架6.接头7.压强表准备作业1.本实验的研究对象就是。

在保持不变的条件下,来研究它的压强与体积的关系。

2.实验前,在注射器的活塞上均匀地抹上一层轻质润滑油,这样做的目的就是, 。

3.实验过程中,不能用手握住注射器,其目的就是。

4.实验过程中,应避免注射器内外空气的压强差过大,这样做的目的就是为了防止,以保持注射器内空气的不变。

5.在实验过程中,应使活塞的运动尽可能慢些,这就是为了()(A)减少活塞所受的摩擦力(B)避免损坏仪器(C)防止注射器漏气(D)使注射器内空气做等温变化6.如果在实验过程中橡皮帽脱落,能否用它堵住注射器小孔后再继续进行实验？7.实验中,各小组所得的PV值可能都不相同,这就是什么原因？数据处理实验次数压强(×105帕) 体积(格)123相关习题1.(1997全国)“验证玻意耳定律实验”实验读数过程中,不能用手握住注射器,这就是为了。

用橡皮帽封住注射器小孔,这就是为了。

2.(1995上海)在“验证玻意耳定律”的实验中,对气体的初状态与末状态的测量与计算都正确无误。

结果末状态的pV值与初状态的p0V0值明显不等。

造成这一结果的可能原因就是在实验过程中( )(A)气体温度发生变化(B)气体与外界间有热交换(C)有气体泄漏(D)体积改变得太迅速3.(1999上海)某同学做“验证玻意耳定律”实验时,将注射器竖直放置,测得的数据如下表所示。

发现第5组数据中的pV乘积值有较大偏差。

如果读数与计算无误,那么造成此偏差的原因可能就是或。

实验次序 1 2 3 4 5p(105Pa)1、21 1、06 0、93 0、80 0、66 V(ml)33、2 37、8 43、8 50、4 69、2 pV(105Pa·ml)40、2 40、1 40、7 40、3 45、74.(2001上海)某同学用同一个注射器做了两次验证波意耳定律的实验,操作完全正确。

波义耳定律在排气泵容器中气压计水银柱下降；在真空中虹吸作用失效；压力降低时沸点降低在抽成真空的容器中动物（蜜蜂、鼠、鳝鱼等）不能维持生命，钟表不能传出嘀嗒声等等。

这些在今天看来是非常普遍的常识，但在17世纪时却很新鲜。

这些都被英国科学家罗伯特·波义耳实验所证明。

英国科学家罗伯特·波义耳堪称17世纪实验哲学的先驱人物。

他出生于一个骑士家庭，与他的父亲和哥哥们的骁勇善战、射箭神准等特征不同的是，波义耳从小就是体弱多病、身材瘦小，一副不堪造就的样子，但他从小就有个特点：为了做好一件事，能够一个人静静地坐好久。

英国科学家罗伯特·波义耳波义耳生活在英国资产阶级革命时期，也是近代科学开始出现的时代，这是一个巨人辈出的时代。

而在他科学生涯的早期，气体物理学是科学界颇为热门的研究方向。

气体实验仪器当时法国科学家根据实验得出“空气没有弹性”的结论，波义耳宣称法国科学家的实验不能说明任何问题。

他指出，活塞之所以不能全部弹回来，是因为他们使用的活塞太紧。

有人反驳道，如果活塞稍松，四周就会漏气，影响实验。

罗伯特·波义耳许诺要制造一个松紧适中的绝好活塞，证明上述实验是错误的。

1659年，他了解到盖利克的神奇的抽气泵之后，决心设计出更好的抽气机。

他与年轻的助手胡克制造出了精密的抽气机。

这个装置的精妙之处便在于它能够使观察者看到玻璃试管内部的情况，并允许人们引导甚至控制实验的发展。

空气泵现在看起来似乎貌不惊人，但在当时造价却极其昂贵，全世界也不过只有4台。

波义耳定律因为波义耳的泵大部分是按照他自己的想法所设计，并由罗伯特·虎克负责建造，整台机器非常复杂。

尽管有不足，他用这种抽气机做了一系列关于空气压力和稀薄空气中的现象的实验，并于1660年出版了《关于空气弹性及其效应的物理、力学新实验》一书。

在书中，详细阐述了他所进行43个实验，说明了空气在不同现象中的效果，试验了抽空空气时的氧化、磁场、声音及气压特性，检验了在不同物质上增加气压的效果。

四、验证玻意耳定律【重要知识提示】1．实验目的、原理本实验目的是验证玻意耳定律，实验原理利用一个带有刻度的注射器，封入一定质量的空气，在保证气体质量一定，温度不变的条件下，通过改变活塞上的压力而改变气体压强的方法，测出相应的气体体积，验证玻意耳定律．2．买验器械带框架的注射器一套、铁架台、刻度尺、弹簧秤、钩码、橡皮帽、润滑油、天平、气压计．3．实验步骤及器材调整(1)用刻度尺测出注射器全部刻度的长度，读出最大容积求解出活塞的横截面积S．(2)从气压计上读出大气压强p0．(3)用天平称出活塞和框架的质量，算出它们的重力G．(4)将活塞抹上适量的润滑油后插入注射器内的一部分，将注射器的小孔堵住，以封入一定质量的空气，并记下空气柱的体积V1．(5)把注射器固定在铁架台上，在活塞的两侧加挂钩码，使空气柱的体积减小，改变钩码个数，重做两次，并记下每次挂上的钩码个数及相对应的空气柱的体积．(6)取下钩码，用弹簧秤钩住框架上的挂钩竖直缓慢往上拉，记下每次弹簧秤的读数F 及相应的体积．(7)把记录的数据填入自己设计的表格里，根据公式S GFpp -±=各个压强值，求出各个压强值p对应的pV值，，比较这些乘积，得出结论．(8)建立p-1/V图象，把实验数据描述在图象上，通过比较直观的图形得出结论．4．注意事项(1)实验时要求气体的质量保持不变，因此，必须将橡皮帽封住气体，同时在活塞上涂抹润滑油，以保持气体质量不变．(2)实验中为保持气体的温度不变，要求不要用手触摸注射器同时拉动活塞时应缓慢．(3)注射器必须竖直固定，两边框架所挂钩码的个数必须对称，同时用弹簧秤拉活塞时要沿竖直方向．(4)在验证玻意耳定律的过程中，若用图象研究，为使图象直观，最好用p-1/V图象． 5．数据处理及误差分析(1)实验所用的注射器的气密性的好坏可直接产生误差，主要的原因是m是否一定保持不变，若有气体漏出，则pV值变小；若有气体漏进，则pv值变大．(2)实验中气体的温度改变可直接产生误差，主要的原因是不能满足条件，因此实验的过程中要求手不能握注射器，改变气体的体积时要求缓慢．(3)本实验中气体压强的确定与当时的大气压有关，因此，必须精确地读出大气压强p0值.【典型范例导析】【例l】用注射器做《验证玻意耳定律》的实验中，取几组p、v值后，用p做纵坐标，专做横坐标，画出户一专图象是一条直线，把这条直线延长后未通过坐标原点，而交于横轴，如图4—22所示，可能的原因是 ( )A．各组的取值范围太小B．堵塞注射器小孔的橡皮帽漏气C ．在实验中用手握住注射器而没能保持温度不变D ．汁算压强时未计算活塞和框架对气体产生的压强．解析 因p 一1/V 图象为一直线，故气体的质量一定、温度不变的条件得到满足，如图4—23所示，先将图线反向延长并和纵坐标交于一p ，然后将1/V 轴向下平移到一p ，图象过原点，可见压强的计算总偏小，且每个V 下偏小的压强值相同，答案为D ．。

实验：验证玻意耳定律人教版教学目标通过实验证明：一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强和体积成反比或压强和体积的乘积为一恒量.通过实验了解气体状态参量的测量方法，学习计算封闭容器中气体的压强.培养学生的动手能力和良好的实验习惯.重点、难点分析本实验为验证性的学生实验，要求学生必须明确验证什么、依据是什么、使用什么设备、实验怎么做.所以实验原理、实验器材、实验步骤是本实验的重点.对公式P=P0±F/S的正确理解、封闭气体的压强计算是难点之一，相当一部分学生处理不好时公式中取P0+F/S，何时取P0-F/S.如果空气柱受到活塞和固定在它上面的框架的压力作用的同时，还受到我们施加的拉力或压力的作用，这些力的合力是F.对于这一点，也经常出问题.由于学生缺乏操作经验，靠目测判断竖直方向，再加上实验器材本身的质量问题，注射器或实验器竖直难于保证.实验器材框架和100g钩码若干；测力计；铁架台及铁夹；水银气压计(共用)；带刻度的注射器(5ml)；刻度尺.若使用带有长度刻度的注射器型的“玻意耳定律实验器”做本实验，请将刻度尺换为游标卡尺.主要教学过程明确实验原理掌握实验所依据的公式PV=恒量；理解公式P=P0+F/S中各物理量的意义；P0表示实验时的大气压强；S表示活塞的横戴面积；F表示封闭气体所受的合力；会运用此公式计算封闭气体的压强.知道本实验应满足的条件：等温过程t=恒量；研究对象即封闭气体的质量不变.实验器材认识实验器材.了解水银气压计的构造，知道使用方法.通过实物观察，了解注射器与玻意耳定律实验器上的刻度的区别.实验步骤用测力计称出活塞和框架所受重力G.按图1所示，把注射器固定在铁架台的铁夹上，保持注射器竖直.把适量的润滑油抹在注射器的活塞上，再上下拖动活塞，使活塞与器壁间被油封住.当活塞插进注射器内适当位置后，再套上橡皮帽，将一定质量的气体封闭在注射器内.从注射器上读出空气柱的体积V，用刻度尺测出这个空气柱的长度，计算出活塞的横戴面S.记下大气压强P0.在框架两侧挂钩码，总质量为M，记下相应的气体体积.框架两侧不挂钩码，用测力计向上拉活塞，拉力为F0，记下相应的气体体积.改变所挂钩码质量或测力计拉力，共做四次实验，分别计算出PV值并加以比较.保证实验条件m一定：加润滑油密封，套橡皮帽；t一定：不用手握住射器，施力时动作要缓慢，保持环境温度的稳定；减小摩擦：加润滑油，力要沿活塞中轴线，注射器保持竖直及对称地悬挂钩码.数据处理实验时的大气压强P0=Pa注射器活塞横截面积S=m2注射器活塞、框架总重G0=N在活塞上施加的力测力计力F0=N悬挂钩码总重G=N环境温度t=℃压强的计算加钩码时P=P0+(G0+G)/S=[P0+G0/S]+G/S实验结论(略)误差分析本实验的误差主要来自活塞所受的摩擦力.说明若使用玻意耳定律实验器做实验，需用游标卡尺测出活塞直径D，活塞横截面积为S=(ПD2)/4，表中空气柱体积以“cm气柱数”表示.为保证实验效果，在正式实验之前安装一定的时间让学生对照实物进行预习.以下预习题供参考：本实验是验证性的实验，它的实验原理是什么？采取什么措施可保证气体质量一定，温度保持不变？本实验误差的主要来源是什么？可采取什么措施减小误差？你能想出其他办法验证玻意耳定律吗？建议：在学习认真预习的基础上，自行设计、书写实验报告.。

验证波意耳—马略特定律实验目的验证波意耳—马略特定律。

实验器材带有刻度的注射器，润滑油，橡皮帽，框架，弹簧秤，钩码若干，铁架台（含固定装置），毫米刻度尺，天平（附砝码）；水银气压计。

实验原理在一个带有刻度的注射器内，封入一定质量的空气。

在保证气体的质量，温度不变的条件下，改变施加在活塞上的力时，封闭空气的压强和体积随之发生相应的变化。

如果在误差允许范围内，相应的压强和体积的乘积相等（即P1V1=P2V2...)，就验证了波意耳—马略特定律。

实验步骤1.用刻度尺测出注射器的全部刻度的长度L读出最大刻度的容积V0，算出注射器的横截面积S=V0/L。

2.在水银气压计读出大气压P0。

3.称出活塞和框架的质量，算出它们所受的重力G0。

4.把适量润滑油涂在活塞上，插入注射器抽动几下，用橡皮帽封入一定质量的空气，把注射器水平放置，记下空气柱的体积V1。

5.把注射器竖直地固定在铁架台上，在活塞框上依次挂上不同质量的钩码，记下各次钩码的质量M和对应的体积。

6.取下钩码，用弹簧秤钩住框架上的挂钩竖直慢慢往上拉，记下每提到一定高度时弹簧秤读数F和对应的体积V。

7.把记录的数据填入表格，由压强公式P=P0+G0+Mg/S或P=P0+G0-F/S算出各状态下气体的压强P，求出各状态下气体的压强与体积的乘积PV,比较PV的乘积值，作出结论。

实验结论一定质量的理想气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比。

即有：pV=C或p1V1=p2V2实验考点是理想气体三大实验定律之一。

对本实验的考查要求是：知道研究理想气体等温变化的几种实验装置和实验方法；掌握实验过程中的数据处理方法，能对数据进行分析并得到结论；理解等温变化图线的物理意义并利用p－V图进行分析和判断。

经典考题1、做《验证玻意耳定律》实验时，有以下步骤：A. 用刻度尺测出注射器全部刻度之长，并读出最大刻度的容积，算出活塞的横截面积S；B. 用天平称出活塞及框架总质量M；C. 把适量的润滑油均匀地涂抹在注射器的活塞上，把活塞插入注射器内一部分，用橡皮帽堵住注射器的小孔，记下这时空气柱的体积V1；D. 用铁夹把注射器竖直固定在铁架台上，在框架上加钩码，使空气柱的体积减小，记录每次所挂钩码质量m和相应空气柱体积V；E. 把记录的数据填入表格，根据公式；再计算每次压强值；F. 求出每次压强p与相应体积V的乘积pV，看它们是否相同.在以上步骤中有哪些主要的错误及疏漏?指出后并改正.2、用注射器做《验证玻意耳定律》的实验中，取几组p、V值后，用p做纵坐标，V做横坐标，画出p—1/V 图象是一条直线，把这条直线延长后未通过坐标原点，而交于横轴，如图1所示，可能的原因是（）A. 各组的取值范围太小B. 堵塞注射器小孔的橡皮帽漏气C. 在实验中用手握住注射器而没能保持温度不变D. 计算压强时未计算活塞和框架对气体产生的压强.3、在用注射器《验证玻意耳定律》的实验中，一次次增大活塞上的钩码质量，测出一组组压强和体积的数值后，发现压强和体积的乘积pV值在逐渐变小，产生这种结果的原因是（）A. 压强虽逐渐增大，体积逐渐减小B. 用手握住了注射器，或操作过快，气体温度升高C. 外界压强变小D. 注射器漏气答案1、解析：E中的公式有错误应为，疏漏是在步骤E之前要测定大气压p0.点评：本题涉及到实验过程及数据处理问题，因压强测定必须在确定压强前读出大气压强p0.2、解析：因p—1/V图象为一直线，故气体的质量一定、温度不变的条件得到满足，如图2所示，先将图线反向延长并和纵坐标交于-p，然后将1/V轴向下平移到-p，图象过原点，可见压强的计算总偏小，且每个V下偏小的压强值相同，答案为D。