用廢舊酒瓶和酒瓶蓋等測大氣壓強

張仁義　劉青生　張素琴

目前，在中學物理實驗中，通常是用水銀來測大氣壓強，由于水銀有劇毒，特別是水銀蒸氣，這嚴重影響了師生的身體健康。一些發(fā)達國家早就禁止在中學生實驗中用到水銀。下面，我們來談談用廢舊酒瓶和酒瓶蓋等測大氣壓強。

1實驗目的

既要確保人體安全，又要能用來證明大氣壓強。

2實驗原理

一定質量的氣體，在封閉容器中發(fā)生等溫變化時，遵循玻意耳定律。

3實驗器材

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實驗步驟

4.1用天平測出瓶和蓋的總質量m1，然后將瓶裝滿水，用天平測出它的質量m2。則水的質量為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旋轉瓶蓋，關閉活塞k。使瓶內封閉有一定質量的氣體。

4.3用注射器將燒杯中的水注入長為L的塑料管中，直至管口“0”的位置為止。

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

4.5實驗推導

對瓶內氣體，初狀態(tài)時：壓強P1=P0，

體積V1=V0=(m2－m1)／p水

=(1705—1180)g／(1g·cm^-3)；

末狀態(tài)時：壓強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)代入表達式得，P0

=p水gh(V0－V)／V

=0.979×10⁵Pa

4.7這與托里拆利實驗測得的大氣壓的結果基本相符合，其誤差小于3.0％。

5實驗中應注意的問題

5.1水要裝滿，且用天平稱出的質量要準確。

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不要長時間握住酒瓶，保證水、瓶、空氣的溫度變化可忽略(即忽略熱損失)。……