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教师利用简单易取的材料,设计制作的许多教具和实验,效果非常好。由于这些实验取材方便,简单易做,极易推广。大多这样的实验对深化实验教学的改革,激发学生的学习兴趣,培养师生的动手和创新能力,都起到了积极的推动作用。但也有少数实验表面看“效果”非常好,但深入分析其实验原理或实验方法都存在错误,误导了广大师生。现对一个常见的气体压强与体积的关系实验剖析如下。
原实验装置如图1甲所示,实验原理及方法是:改变钟罩瓶内封闭气体的体积时,瓶内的气体压强随之改变。
由于气球内的气压不变(气球内的空气时刻与外界大气相通),故气球的体积随瓶内的气体压强而改变。用手向下拉橡皮膜时,瓶内封闭气体体积增大,则气球的体积膨胀,如图1乙所示,由此表明气体的压强随体积的增大而减小。用手向上推橡皮膜时,瓶内封闭气体体积减小,气球的体积缩小(如图1丙所示),由此表明气体的压强随体积的减小而增大。
从上面的实验过程中不难发现,在图1甲中,气球内外受到的压强是相等的,恒等于大气压强。在图1乙中,向下拉橡皮膜时,瓶内空间体积增大,但与此同时,气球的体积也随着增大。当瓶内体积增大,空气压强减小时,气球由于受到的大气压强不变,气球内外受到的压强平衡瞬时破坏,因而,气球要同时随着膨胀,体积增大到瓶内空气压强与大气压强相等为止。因此,不论如何拉下橡皮膜,瓶内增加的体积理论上总等于气球膨胀的体积,故瓶内空气的体积不会发生变化,气体压强也不发生变化,且恒等于大气压强。同理,在图1丙中,向上推橡皮膜时,在瓶内封闭的空气体积减小的同时,气球的体积随着减小,气球内外的压强也始终等于大气压强。
上述分析说明,气球的膨胀和缩小并不是因为瓶内封闭空气压强减小和增大的缘故。整个实验过程中,气球内与瓶内空气的压强始终相等,并且一直等于大气压强,气球的膨胀和缩小只是不断适应其内外相等的压强作用而发生的一种表象变化,瓶内空气的体积也未发生变化。所以,原实验并不能从本质上说明一定质量气体的压强跟体积的关系,其实验原理是不正确的。
原实验装置如图1甲所示,实验原理及方法是:改变钟罩瓶内封闭气体的体积时,瓶内的气体压强随之改变。
由于气球内的气压不变(气球内的空气时刻与外界大气相通),故气球的体积随瓶内的气体压强而改变。用手向下拉橡皮膜时,瓶内封闭气体体积增大,则气球的体积膨胀,如图1乙所示,由此表明气体的压强随体积的增大而减小。用手向上推橡皮膜时,瓶内封闭气体体积减小,气球的体积缩小(如图1丙所示),由此表明气体的压强随体积的减小而增大。
从上面的实验过程中不难发现,在图1甲中,气球内外受到的压强是相等的,恒等于大气压强。在图1乙中,向下拉橡皮膜时,瓶内空间体积增大,但与此同时,气球的体积也随着增大。当瓶内体积增大,空气压强减小时,气球由于受到的大气压强不变,气球内外受到的压强平衡瞬时破坏,因而,气球要同时随着膨胀,体积增大到瓶内空气压强与大气压强相等为止。因此,不论如何拉下橡皮膜,瓶内增加的体积理论上总等于气球膨胀的体积,故瓶内空气的体积不会发生变化,气体压强也不发生变化,且恒等于大气压强。同理,在图1丙中,向上推橡皮膜时,在瓶内封闭的空气体积减小的同时,气球的体积随着减小,气球内外的压强也始终等于大气压强。
上述分析说明,气球的膨胀和缩小并不是因为瓶内封闭空气压强减小和增大的缘故。整个实验过程中,气球内与瓶内空气的压强始终相等,并且一直等于大气压强,气球的膨胀和缩小只是不断适应其内外相等的压强作用而发生的一种表象变化,瓶内空气的体积也未发生变化。所以,原实验并不能从本质上说明一定质量气体的压强跟体积的关系,其实验原理是不正确的。