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密闭状态下,温度和气压的关系
luyi luyi 2020-07-05 23:48:10
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简单

       初中物理老师告诉我们:“大气压的变化跟天气有密切的关系.一般地说,晴天的大气压比阴天高,冬天的大气压比夏天高。”对这段叙述,就是老师也往往不易说清。 当空气冷却时,空气收缩,密度增大,单位面积上承受的空气柱重量增加,气压也就升高。因此,冷空气一到,总是伴随着气压的升高,而暖空气来临的时候,气压又会降低。冬天是冷空气的世界,夏天则是暖空气的天地,气压冬高夏低的道理也就很清楚了。 也就是说,在大气中,温度越低,气压越高。但是,在密闭情况下是不是这样呢?接下来,我们来做一个探究实验。

材料清单 材料清单
1x
干燥器
1x
凡士林
1x
电吹风
1x
掌控板
1x
百灵鸽

一、知识准备 

干燥器皿:玻璃透明、瓶口磨砂、带盖子,密封性良好,用来隔绝空气。

projectImage

凡士林:一种烷系烃或饱和烃类半液态的混合物,由石油分馏后制得。为白色或微黄色均匀的软膏状物;无臭或几乎无臭;与皮肤接触有滑腻感;具有一定的拉丝性。本实验中涂抹于干燥器皿瓶口,使干燥器皿更加密封。白凡士林的熔点为45~60℃。

二、实验过程 

1. 编写程序 

      本试验使用mPython X对掌控板编写程序,主要是利用百灵鸽扩展板中自带的BME280传感器每隔1秒钟获取一次温度和气压值。然后,将获取的数据存放在tanjiu.txt文本文件中。其具体程序如下所示。

projectImage

注意:

①温度值和气压值应该同时获取,中间用“-”隔开,方便使用EXCEL表格进行统计。 

②设置A键开始采集,B键停止采集,减少实验前后自动采集无关数据。 

③程序中,切莫使用“初始化文本文件”这一命令,每次程序启动,都会清除文本文件数据。向文本文件写入内容过程中,如果该文件不存在,系统会自动创建。 

2. 采集数据

        启动程序,把掌控板(含百灵鸽)放进干燥器皿,使用白凡士林密封。然后,使用电吹风对干燥器皿外壁均匀加热,模拟环境温度升高。其操作步骤如下视频所示。

【B站】https://www.bilibili.com/video/BV1jg4y1v7o5/

注意:

 ①干燥器皿瓶口一定要密封,白凡士林需要涂抹均匀,盖上盖子时需要轻轻转动加强密封性。

 ②白凡士林熔点较低(45-60℃),在使用电吹风加热过程中,极易融化。因此,需要固定好器皿盖。

 ③“打开”或“盖上”干燥器皿盖子时,不能竖向拉或按,应该横向推拉打开。 

3. 分析数据

        采集数据完成后,使用mPYthon软件下载掌控板中tanjiu.txt文件(本实验附件中提供采集到原始数据)。使用Excel表格软件打开,并使用折线图分析气压随温度变化趋势。

projectImage

注意:

 ①采集到的原始数据需要删除“开始”和“结束”部分数据,这两部分数据是未密封前数据和去除密封后的数据,存在误差。 

②使用Excel表格软件打开“tanjiu.txt”文本文件时,请使用“-”分隔。

projectImage

③建立折线图时,需要使用温度数据作为分类X轴标志。

三、实验结论 

        在密闭状态下,温度升高,气体压强增大。反之,气体压强减小。

四、实验结果分析 

       气体分子的“碰撞”是产生气体压强的根本原因。当我们给盛有空气的密闭容器加热的时候,空气分子热运动更加剧烈,分子间碰撞增多,则其气体压强增大。反之,当我们把盛有空气的密闭容器放进冰箱时,空气分子热运动减弱,分子间碰撞减弱,则其气体压强减小。


五、 问题思考 

1. 打开干燥器皿盖子时,为什么需要横向推开? 


2. 我们平时所说“热胀冷缩”,热的天气,气压较低,而冷的天气,气压较高,这一现象为何和本试验结果相反?

说明:本试验采集的数据及代码上传到附件中。本试验重在实验探究过程分析,没有详细的代码解释及Excel部分操作说明,如有疑问,恳请斧正。

附件 附件
Makelog作者原创文章,未经授权禁止转载。
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