玻—马定律实验演示仪的制作

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  玻—马定律是热学中一条非常重要的实验规律,实验的成败直接关系到教学质量。笔者发现,用一次性注射器可很好地完成该实验定律的演示,实验效果非常好。其突出特点是:取材容易,制作简单,气密性好,实验现象明显可靠。该实验仪器可作为教具永久保存,一劳永逸。笔者现将该仪器的制作过程介绍如下,以供广大同行参考。
  1 准备器材
  一次性注射器(20 ml)2支、厚铁片(8 cm×3 cm×0.1 cm)2块、厚铁片(4 cm×3 cm×0.1 cm)2块、粗铁丝3根(φ=4 mm,其中23 cm长的2根,10 cm长的1根)、PVC管管卡(图1)2个、小螺丝钉2个、小螺丝母10个、十字夹2个、铁架台1个、量程为10 kg(100牛)的弹簧秤1个、大铁钉(φ=0.4 cm、l=13 cm)2根、套扣用板牙、手摇钻、螺丝刀、小刀等。
  2 制作过程
  1)用板牙在长度为10 cm的粗铁丝的一端套出螺丝扣,并将其弯成一个圆环;用板牙分别在2根长度为23 cm的粗铁丝两端套出螺丝扣,备用。
  2)如图2所示,用手摇钻在一块厚铁片的中心轴线上钻4个小孔,外侧两孔直径约为4 mm,内侧两孔直径约为2 mm;在另一块厚铁片的中心轴线上钻3个直径约为4 mm的小孔。
  3)取下一个注射器的活塞拉杆,用手摇钻在注射器活塞拉杆的圆形端面上钻2个2 mm的小孔,用螺丝钉、螺丝母,将带有4个小孔的厚铁片固定在注射器活塞拉杆的圆形端面上方。
  4)取下另一注射器的活塞拉杆,用小刀紧贴活塞将拉杆切掉,将切下的活塞放到注射器针管的底端。
  5)分别将2根大铁钉插入2个PVC管管卡尾部圆孔内;将注射器针筒装在2个PVC管管卡内;将2块较小的厚铁片弯曲成半圆形,包裹在2个PVC管管卡尾管外侧;最后将其固定在铁架台的十字夹上。
  6)用螺母将铁丝环固定在带有3个小孔的厚铁片中心孔内。
  7)用带螺丝扣的粗铁丝将2个厚铁片连接起来,将带铁片的活塞装入铁架台的注射器针筒内,仪器制作完毕,如图3所示。
  3 实验方法
  注射器内封闭了一定质量的气体,针管下端的封闭活塞占去3 ml的体积。将弹簧秤挂在仪器下方的金属环内,用力向下拉动弹簧秤,注射器活塞随之向下移动,压缩气体,记录下活塞在注射器内某一位置时对应的弹簧秤上的示数;停止用力,活塞复位。再次用更大一些的力向下拉动弹簧秤,记下活塞的位置和弹簧秤的示数。以此类推,测量出多组数据,分析总结规律。实验参考数据如表1所示。
  注射管量程20 ml,设注射器截面积为S=2.94×10-4 m2。
  结论:分析实验数据可知,当温度保持不变时,一定质量的气体压强与体积的乘积保持不变——压强与体积成反比,此规律即为玻—马定律。
  说明:实验过程中忽略了摩擦阻力及金属框架本身的重力产生的附加压力。
  
  
  
  (作者单位:首都师范大学大兴附属中学)
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