利用医用注射器验证玻意耳定律

(江苏省南京市金陵中学高三13班,江苏 南京 210005)

1 引言

描述理想气体状态变化的克拉珀龙方程是我们在中学物理中接触到的知识，当理想气体处于平衡态时，压强、体积、物质的量、温度间的关系式为：PV=nRT。可以看出，当n和T一定时，P和V成反比,这就是玻意耳定律。笔者采用医用注射器来验证玻意耳定律,取到良好的实验效果。

2 实验原理

如图1所示，在注射器头部用胶带纸将进气孔封住,注射头部朝上。设针筒内原气体长度为h0，针筒的截面积为S,针筒内的气压为P0。因为塑料活塞杆很轻，其质量可忽略不计,因此P0为大气压强。

图1

图2

3 实验过程

首先准备一个透明注射器，将其竖直放置，如图3所示。为了减小实验误差，将活塞杆拉出涂上润滑剂，然后将杆放回，来回拉动使润滑剂均匀地涂抹在注射剂针筒内部和活塞之间，以减小摩擦力作用、增加气密性。

图3

图4

将白纸贴在注射器针管上，在活塞杆停留位置画刻度线，并标上0，在杆下部依次增加砝码，每测得一次数据，就在纸上画上刻度，写下重物的重力值。图4展示了实际位移h和重力G之间的非线性关系，刻度之间的距离并不相等，逐渐增大。

表1

4 误差分析

分析产生误差的因素可能是：(1) 虽然在活塞和注射器管壁之间涂抹了润滑剂，但是不能完全消除摩擦力;(2) 可能有一定的空气从外部进入针筒;(3) 在实验中忽略了活塞杆的质量;(4) 针筒头部会残存少量空气;(5) 针筒内的气体并非是理想气体；(6) 密封气体的温度在实验过程中可能发生了变化。如果在实验中能尽量减少这些因素的影响，将会使得实验结果更为完美。

5 结语

通过此次实验，加深了笔者对玻意耳定律的理解。虽然在实验中存在着一些影响实验结果的因素，但是在误差允许的范围内还是成功地验证了玻意耳定律的正确性。另外，利用这个实验装置还可以做成一个类似于弹簧测力计的空气测力计，将力的测量转化为距离的测量。