当地空气平均密度测量实验及其思考

黄坤　熊鹏

1引言

人教版8年级物理教材中，对于空气的密度的测量，仅仅通过“小资料”给出，而教材课后作业题中有一道运用空气密度来估算一间教室内空气质量的题目，这道题也正是2017年湖北省武汉市中考物理试题。

（2017·武汉）空气的成分按体积计算，氮气约占78%，氧气约占21%，根据表1中一些气体密度估算你所在教室里空气的质量，合理的选项是（ ）。

A.20kg B.200kg

C.1000kg D.2.0×10⁵kg

那么，生活中空气的平均密度到底是多少呢，能不能用所学物理知识和方法进行测量呢？

2实验器材

医用药瓶（500mL）、60mL医用注射器、电子秤（最小称量为0.01g）。

3实验原理

4实验过程

（1）利用针头和输液管放出药瓶内的液体（保证瓶口密封），直至放完为止。

（2）取出电子秤，打开开关，按下清零按钮。

（3）将干燥的医用药瓶轻轻地放在电子秤秤盘上，读出质量为m。

（4）取下医用药瓶，用注射器吸入50mL空气迅速注入药瓶内，再次称量药品质量，读出质量为m₂。

（5）重復上述操作，进行第3次实验，读出质量为m₃。实验结束，整理好器材。

（6）整理数据并进行运算，取平均值，得出最后数据。

5实验数据记录

实验数据记录见表2。

6实验数据处理

7实验数据分析

通过对实验数据的分析，笔者有以下几个方面的疑问和思考。

（1）为什么3次测量得到的数据会逐渐减小？

（2）空气的密度是不是一定值呢？

（3）空气的密度和什么因素有关？

通过实验数据的分析，测量得到的空气密度逐渐减小，主要原因是由于实验器材的不稳定性造成的。当笔者逐次向瓶内注入空气时，瓶内气压逐渐增大，而医用注射器内部的活塞是用橡皮制成的，因此在抽出注射器针头时，由于瓶内气压较大，会使注射器针管内以及活塞处存有一定量的空气。而在实际数据处理的时候，认为注入瓶内的空气体积始终是50mL，而实际质量的变化△m是减小的，因此测量得到的空气密度会逐渐减小。通过查阅相关资料，了解到空气的密度是指在一定的温度和压力下，单位体积空气所具有的质量就是空气的密度。在标准条件下（0℃，1个标准大气压），空气密度约为1.29kg/m³，但当大气压或温度发生变化时，空气的密度也会发生变化，因此空气的密度会随外界环境条件的变化而发生变化。通过刚才的问题分析，我们已经知道气压会引起空气密度的改变，根据初中物理知识可知，大气压强随高度的增加而减小，所以不同高度位置的空气密度也不相同。另外由于温度对空气的影响也较大，温度的不同也会造成外界大气压的改变，从而影响空气密度的测量。