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查理定律

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实验步骤

    1.取一只烧瓶,用一根弯曲的玻璃管和一段橡皮管把它跟水银气压计连接在一起,气压计左端的玻璃管固定在直立的有刻度的木板上,气压计的右管可上下移动.

    2.开始时,调节可动管使压强计两管中的水银面高度相同,记下管中水银面的位置,这时烧瓶中气体的压强等于大气压,同时记下室温.然后,把烧瓶放入热水中,经过一段时间,调节可动管使管中的水银面回到处,以保证烧瓶内的气体的体积不变,这时管B中的水银面低于管A中水银面,说明气体压强变大,记下温度计的读数和计算出烧瓶中气体的压强.

    3.改变几次水的温度,会得到几组不同的温度和压强值.

    一定质量的气体,在体积不变的情况下,温度每升高(或降低)1℃,气体的压强增大(或减小)为0℃时压强的1/273。数学表达式为:(Pt-P0)/t=P0/273℃
    将上式变形得:Pt/(273+t)=P0/273         
    得公式:P1/T1=P2/T2
    即一定质量的理想气体,压强与热力学温度成正比。
      是理想气体三大实验定律之一。对本实验的考查要求是:知道研究理想气体等容变化的实验装置和实验方法;掌握实验过程中的数据处理方法,能对数据进行分析并得到结论;理解等容变化图线的物理意义并利用p-T(t)图进行分析和判断。

1、封闭在容器中的气体,当温度升高时,下面的哪个说法是正确的(  )(不计容器的膨胀)
      A. 密度和压强均增大; 
      B. 密度增大,压强减小;
      C. 密度不变,压强增大;
      D. 密度增大,压强不变。

2、要求瓶内氢气在500℃时的压强不超过1atm,则在20℃时对瓶子充气时,瓶内压强最多为多少?瓶子的热膨胀不计。
 
3、一定质量气体在状态变化前后对应着图1中A、B两点,则与A、B两状态所对应的体积VA、VB的大小关系是 (     )
 
               A. VA=VB            B. VA>VB                C. VA<VB               D. 无法比较

 

1、分析:由于体积和质量一定,所以密度不变;当温度升高时,由查理定律可知压强要增大,所以答案:C

2、分析:不计瓶子热膨胀,充入瓶内的氢气经历的是一个等容变化。
解:以充入瓶内氢气为研究对象,它在20℃和500℃时的状态参量为:
温度 T1=(273+20)K=293K,压强p1=?
温度 T2=(273+500)K=773K,压强p2=1atm。

 

 
也就是说,瓶内氢气在20℃时充气的最大压强为0.38atm。

3、分析:可通过A、B两点分别与原点O相连。得到两条等容线(图2),线上各点所对应的气体体积分别等于VA、VB. 由于与VA对应的等容线的斜率大,表示它的体积小。

 

答:C.
说明:在p-T图上比较一定质量气体两条等容线的体积大小时,有不同的方法。
(1)比较同温度下的压强
如图3所示。在同一温度T时,p2>p1,据玻意耳定律得V2<V1。或根据压强的决定因素判定——温度相同时,分子的平均动能相同,压强大时对应的分子密度必较大,表示体积较小,所以V2<V1

 

(2)比较同样压强下的温度
如图3所示,在同一压强p时,T1>T2,则与T1所对应的分子平均动能较大,要求V1体积内的气体产生与V2体积内的气体同样大小的压强,V1体积内的分子密度应较小,即V1体积较大,所以V1>V2

查理定律的发现者——查理

      查理(Jacques-Alexandre-César Charles,1746-l823)是法国物理学家。1746年11月12日诞生于法国卢瓦雷的贝奥京西。
      查理中学毕业后在法国政府财政部当小职员。后来,得知美国物理学家富兰克林在费城雷雨中冒着生命危险研究雷闪现象,他被这种勇敢探索自然界奥秘的精神所打动,对科学实验产生了浓厚的兴趣。于是,查理动手制作和大量收集各种物理仪器,热心从事物理实验研究。他多次举办各种物理讲座,当众出色地进行物理实验演示,在学术界赢得了相当高的声誉。1795年查理当选为法国科学院院士。晚年,法国皇帝路易十六还特地奖给他一套公寓和一笔养老金。
      查理在物理学上的主要成就是发现气体的压强随着温度变化的规律,就是查理定律。
      查理起初热衷于气球升空实验。1783年,他和弟弟罗伯特合作,在绸布外面涂上橡胶制成了世界上第一个氢气球,于8月27日实现了第一次无人驾驶升高实验。同年12月1日,在查理指导下,罗伯特第一次乘坐氢气球升空。后来,罗伯特曾经用氢气球上升到3000米高空。
      当时,他们兄弟俩连续几次升空的大胆创举,轰动了整个法国,公众情绪极为高涨。查理因此出了名,据说法国皇帝路易十六曾经邀请他在著名的卢浮宫陈列他所收藏的物理仪器。
      大约在1787年,查理着手研究气体的膨胀性质,发现在压力一定的时候,气体体积的改变和温度的改变成正比。他进一步发现,对于一定质量的气体,当体积不变的时候,温度每升高l℃,压力就增加它在0℃时候压力的1/273。查理还用它作根据,推算出气体在恒定压力下的膨胀速率是个常数。这个预言后来由盖•吕萨克和道尔顿(1766—1844)的实验完全证实。
      查理还发明和改进了许多物理仪器。比如,他发明了液体比重计和反射测向仪,改进了空速表和冯•格兰维山德发明的定日镜等。此外,查理还发表了有关电学实验的文章。他不愧是一位伟大的物理学家。

探讨课题

      一根两端封闭,粗细均匀的玻璃管,内有一小段水银柱把管内空气柱分成a、b两部分,倾斜放置时,上、下两段空气柱长度之比: (下图1)。当两部分气体的温度同时升高时,水银柱将如何移动?

 

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