用废旧酒瓶和酒瓶盖等测大气压强

张仁义　刘青生　张素琴

目前，在中学物理实验中，通常是用水银来测大气压强，由于水银有剧毒，特别是水银蒸气，这严重影响了师生的身体健康。一些发达国家早就禁止在中学生实验中用到水银。下面，我们来谈谈用废旧酒瓶和酒瓶盖等测大气压强。

1实验目的

既要确保人体安全，又要能用来证明大气压强。

2实验原理

一定质量的气体，在封闭容器中发生等温变化时，遵循玻意耳定律。

3实验器材

带有盖的酒瓶、染色的水、烧杯、透明塑料管、一次性注射器、天平。

4实验步骤

4.1用天平测出瓶和盖的总质量m1，然后将瓶装满水，用天平测出它的质量m2。则水的质量为m水=m2－m1，得出容器的体积为V0=V水=(m2-m1)／p水，再将水倒出、烘干后，竖直放置。

4.2旋转瓶盖，关闭活塞k。使瓶内封闭有一定质量的气体。

4.3用注射器将烧杯中的水注入长为L的塑料管中，直至管口“0”的位置为止。

4.4旋转瓶盖，打开活塞k。水开始流入瓶内。流出一定的体积后，便停止流动，此时记下玻璃管内水的高度h，同时，求出流到瓶内水的体积：V=π×(d／2)²-(L—h)=π×1／4cm²×(40-24)cm=12.56cm³

4.5实验推导

对瓶内气体，初状态时：压强P1=P0，

体积V1=V0=(m2－m1)／p水

=(1705—1180)g／(1g·cm^-3)；

末状态时：压强P2=P0＋pi水gh，

体积V2=V0－V=V0－π×(d／2)²·(L—h)=π×1／4cm²×(40-24)cm=525cm³－12.56cn³=512.44cm³

气体发生等温变化，根据玻意耳定律有：

P1V1=P2V2

即P0V0=(P0+p水gh)(V0－V)，则P0

=p水gh(V0—v)／v

4.6将所得数据代入表达式得，P0

=p水gh(V0－V)／V

=0.979×10⁵Pa

4.7这与托里拆利实验测得的大气压的结果基本相符合，其误差小于3.0％。

5实验中应注意的问题

5.1水要装满，且用天平称出的质量要准确。

5.2装置密封性要好，不能漏气。

5.3要用染色水，以增大可见度。

5.4不要长时间握住酒瓶，保证水、瓶、空气的温度变化可忽略(即忽略热损失)。

5.5选质量适当大些的酒瓶为好，防止试验中装置倾倒。