高中物理研究在一定压强下空气的膨胀课外实验

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高中物理研究在一定压强下空气的膨胀课外实验
　　仪器 　　如图16／1（a）所示，所用仪器是用橡皮管连接起来的带刻度的容器C和装水银的容器R，上下移动R和调整C，使R和C中的水银面在同一水平面上，这样能保持C内空气的压强为一恒定值，即大气压强。［另一种装置有如图16／1（b）所示的连通的管子，其余部分都与图16／1（a）相同。使用这种装置时，为了维持R和C中的水银面相平，可以从R加入或从D排出水银。］开始时，通过开关T调节C内的空气的量。C的温度用恒温水套W控制，水套由S加热；S兼作搅拌器。用0－100℃的温度计M记录水套W的温度。 

       实验原理

       设a是所求的膨胀系数，如果V_θ是空气在θ时的体积。V₀是空气在0℃时的体积，在压强保持恒定时有

        V_θ＝V0（1＋aθ）。

　　所以，V_θ＝V₀aθ＋V₀。

　　V_θ－θ图象将是斜率为V₀a的直线，它在Vθ轴上的截距为V₀，所求的膨胀系数a是斜率与截距之比。
www.350xue.com 　　实验步骤 　　装配如图16／1所示的设备。对S通电，把水套W的温度升高到100℃，调节R和c里的水银面到同一水平面上。如有必要则通过开关T再放些干燥空气进入C，使开始（在100℃）时的空气体积更大些，后面测量时的体积也就会更大些。可以用一把水平放置在水银管附近的尺子作为简单的观测仪器进行调节，使R和C中的水银面在同一水平面上。 　　观测W的温度和C内空气的体积，方法是：切断S的电源并连续搅拌，让W慢慢冷却。在从沸点降到室温的过程中取得一系列对应的温度和体积的读数。观测体积时，要保持C内空气的压强总等于大气压强。为了使W的温度稳定在某一温度，可以把变阻器串连到S的线路中，让一个小电流通过S，使它产生的热能补偿W散失的热。另外，也可以把S接到自耦变压器的输出端。

        数据处理

   　把所有观测数据绘制成表，作出V_θ－θ曲线，再按原理中叙述的计算、求该直线的斜率与截距之比。

　　注释：

　　（i）如果该图象不是直线，或者结果与所期望的相差颇大。其解释是：或者C内的空气不干燥；或者开关T漏气。应当排除这些故障后重做实验。可以用氯化钙作干燥剂；当空气漏进C时，只需把漏气的开关擦洗干净后重新润滑即可。

　　（ii）由于后阶段的冷却极其缓慢，用上述方法做实验要2－3小时，如果实验时间受到限制，可以在升温过程中进行观测。

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