大学物理演示实验报告范文

1、大学物理演示实验报告 物理演示实验报告 物理演示实验自主设计方案 图 1 图 2 一、演示物理原理简介（可以配图说明） 本物理演示实验根据热力学理想气体物态方程以及力学基本原理测量普适气体常量 r。 本实验材料包括具有刻度线的活塞式气缸（玻璃制品），装有足量水的较大容器，刻度尺，温度计，酒精灯。 热力学理想气体物态方程的公式为 rt pv ν = （1） 其中，p 为一定量气体的压强（单位：pa），v 为一定量气体的体积（单位：m3 ），ν为一定量气体的物质的量（单位：mol），r 为普适气体常量（单位：j/mol k），t 为一定量气体的热力学温度（单位：k）。 将（1）式进行整

2、理，可得 tpvrν= （2） 即我们只需测量出压强 p，体积 v，物质的量ν，热力学温度 t 就可求出普适气体常量 r。 下面我们来设计实验测量上述四个参数的值。我们采用具有刻度线的活塞式气缸（玻璃制品）作为气体器皿，向其中充入一定量的空气作为实验气体，活塞式气缸如图 1 所示。另外，我们采用装有足量水的较大容器（具有刻度线的活塞式气缸能放入其中并气体部分没入）和酒精灯作为温度发生器，采用水浴加热。 这样一来，气体温度可以改变，我们用温度计测量气缸内气体的温度，整套实验装置如图 2 所示。 下面我们来具体测量四个参数的值。 测量压强 p 的方法如下。由于气缸具有活塞， 活塞可以在

3、某一方向进行平动。这样就导致气缸内的气体压强与与外界大气压相等，均为标准大气压强 1.013×105 pa。 测量气体体积 v 的方法如下。由于气缸是立方体模型，因此体积就等于长宽高在数值上的乘积。因此气缸的宽和高在我们进行实验之前用刻度尺测好，并记录数据。在实验的过程中，我们将活塞平面在气缸长度方向上的刻度值作为气体体积中长度大小。根据长宽高的数值将气体体积算出。 测量气体物质的量ν的方法如下。根据物质的量与质量的关系，即 mm= ν （3） 由于空气的摩尔质量 m=29g/mol，我们只需测出气体的质量即可。气体质量我们利用质量与体积和密度的关系 v m ρ

4、 = （4） 可知，在常温（25）环境下，空气密度为 1.185kg/m3 ，因此在实验之前需要把气缸的体积测量出来，这样在气缸气密性良好的状况下，气体的质量就可以得出，从而求出气体物质的量。 测量气体温度的方法如下。每次前几项测量完成后，我们将温度计插入大器皿中的水中，这样我们就得出了气体温度 t。这里需要注意温度计示数与 t 之间的关系满足 5 . 273 - =kt t（5） 这样我们就可以利用（2）式求出普适气体常量 r。 图 3 图 4 图 5 二、方案实施详细技术路线（要求有配图或者照片） 实验步骤 1.检查装置气密性并充入空气 首先检查装置气密性。保证活塞与气缸底部留有一定空间，

5、将气缸活塞向气缸内部推动，直到推不动为止，放开双手，活塞会向反方向滑动；再将活塞向气缸外部拉动，直到拉不动为止（不要拉出来），放开双手，活塞会向反方向滑动（如图 3）。上述两种现象同时发生，则证明气密性良好，同时活塞滑动停止的位置即为平衡位置。气缸内充满的空气即为实验气体。 2.测量气缸的主体尺度 用刻度尺分别测量垂直于活塞移动方向的气缸的尺度，即气缸的宽与高。并把数据记录下来。 3.测量气缸内气体的初始体积 记录实验室气温，并查表得出空气在该温度下 的 密 度 ， 通 常 25 下 空 气 的 密 度 为1.185kg/m3 ，记录数据。读出此时气缸长度方向上自带的刻度（如图 4），记录数据

6、，并算出此时的气体体积，我们记为初始体积。 4.计算气体质量和物质的量 根据实验原理部分（3）式及（4）式，已知空气摩尔质量 m=29g/mol，算出实验气体的物质的量ν。 5.测量气缸内气体的实验体积 将已处于平衡状态的气缸放入盛有足量碳酸氢钠溶液的大器皿中，同时向碳酸氢钠溶液中缓慢加入稀盐酸，观察气缸的活塞运动情况，直到活塞产生滑动。同时利用气缸长度方向上的刻度读出此时活塞的位置。记 录数据并计算体积。 6.测量气体温度 当活塞产生相对滑动时，在读完长度方向的刻度后，用温度计测量水浴的温度（如图 5），记录数据。 7.数据整理，计算结果 针对刻度读取及测量，温度计示数读取等应多次测量

7、取平均值减小误差，最后将所得数据代入实验原理中（2）式，计算出普适气体常量 r 的值，并计算相对误差，总结分析。 表格设计 表 1 测量气缸的主体尺度与初始体积 单位：cm 尺度 第一次 第二次 第三次 平均值 宽 高 长（刻度） 初始体积 气缸内气体的初始体积为 v 0 = m3 表 2 测量气缸内气体的实验体积 单位：cm 尺度 第一次 第二次 第三次 平均值 长（刻度） 实验体积 气体的实验体积 v= m3 表 3 测量气体的温度 单位：k 温度 第一次 第二次 第三次 平均值 t 三、本方案创新之处 本方案是通过热力学理想气体物态方程来求普适气体常量的实验，其最大的创新之处就在于气体压强 p 我们不用去设计实验来测量，而是巧妙地运用大气压，我们采用的活塞式气缸可以保证内外气压平衡，这里就把内压等效成大气压，省时省力。另外气体的质量我们不是利用传统的托盘天平或者电子秤来测量，因为那样不仅需要刨除气缸的质量，而且加热源的质量也要考虑进去，难免会出现部分质量以 某种形式逃逸的情况，导致测量不准确。我们采用气体密度乘上气体体积来求得，由于气体密度可以查表得到，体积便于测量，因此质量不难得出。本实验的加热源也很新颖，不是传统的直接用酒精灯加热，因为酒精灯加热不是很均匀，因此我们采用水浴加热。 四、感受及改进意见