一种探究理想气体状态方程的实验仪器及操作方法技术

本发明专利技术涉及高中物理研究理想气体状态方程的技术领域，具体地说是一种探究理想气体状态方程的实验仪器及操作方法，其特征在于该实验仪器由气缸、温度计、气压计组成，所述的气缸由方形缸体、等压活塞和定位调整活塞组成，所述的方形缸体内部设有气压计和温度计，气压计的下端感应部伸入方形缸体内部，上端示数显示部伸出方形缸体内部实现气压数值的监测和记录，所述的温度计的下端感应部伸入方形缸体内部，上端示数显示部伸出方形缸体内部实现温度数值的监测和记录，由于在同一装置上运用控制变量法分别控制等温、等容和等压过程，分别检验三大气体实验定律，得出结论并画出p‑V、p‑T和V‑T图像，具有控制变量准确、便于学生掌握和理解等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高中物理研究理想气体状态方程的
，具体地说是一种结构简单、控制变量准确、便于学生掌握和理解的探究理想气体状态方程的实验仪器及操作方法。
技术介绍
众所周知，理想气体状态方程（又称理想气体定律、普适气体定律）是描述理想气体在处于平衡态时，压强、体积、物质的量、温度间关系的状态方程，它建立在玻意耳-马略特定律、查理定律、盖-吕萨克定律等经验定律上，其方程为pV=nRT，这个方程有4个变量：p是指理想气体的压强，V为理想气体的体积，n表示气体物质的量，而T则表示理想气体的热力学温度；还有一个常量：R为理想气体常数。目前，高中教师在讲解高中物理选修《3-3》第八章《气体》探究理想气体状态方程实验中没有进行系统的实验探究过程，不利于我们对理想气体状态方程（或克拉伯龙方程）的理解，由于我们已知理想气体状态方程为QUOTE，课本上给出的实验方法中虽然利用温度计和气压计测得了p、T等状态参量，却不能对一定量的气体作出很好的控制变量，在一个改变状态参量的同时不能控制另外两个中的一个不变化，所得数据不易我们分析和作图，同时课本中实验功能较为单一，无法对p、V、T三个参量进行任意的改变和保持恒定。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、控制变量准确、便于学生掌握和理解的探究理想气体状态方程的实验仪器及操作方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种探究理想气体状态方程的实验仪器，其特征在于该实验仪器由气缸、温度计、气压计组成，所述的气缸由方形缸体、等压活塞和定位调整活塞组成，所述的方形缸体的右端设为闭口端，方形缸体的左端设为开口端，方形缸体的开口端周围设有与方形缸体表面垂直的挡板，方形缸体内部上侧面和下侧面设有两端分别与挡板和方形缸体闭口端相抵触的缓冲板，缓冲板经弹簧与方形缸体内表面相连接，上侧面和下侧面的缓冲板之间设有等压活塞和定位调整活塞，所述的等压活塞位于方形缸体的右端闭口端并由塞板和塞柄组成，等压活塞的塞板位于方形缸体内部上侧面和下侧面缓冲板之间，等压活塞的塞板的左侧面经弹簧与缓冲塞板相连接，等压活塞的塞柄一端与塞板的右侧面相连接，另一端伸出方形缸体右端闭口端并与闭口端密封并滑动连接，伸出方形缸体的塞柄与提供拉力的传动手柄相连接，所述的等压活塞的塞柄上设有气缸标识体积数值，所述的定位调整活塞位于方形缸体的右侧开口端并由定位塞板、连接体和定位推杆组成，所述的定位塞板位于方形缸体的内侧，定位塞板的左侧面与连接体相连接，连接体的长度小于定位塞板的长度，连接体的上下两端分别对称的经弹簧与定位推杆相连接，定位推杆的右侧面与定位塞板的左侧面相抵触并在弹簧的作用下上下滑动，所述的与弹簧连接的定位推杆的另一侧面设有定位凹槽，定位凹槽经缓冲板上设有的挡柱相配合连接实现定位调节活塞的定位，所述的方形缸体内部设有气压计和温度计，气压计的下端感应部伸入方形缸体内部，上端示数显示部伸出方形缸体内部实现气压数值的监测和记录，所述的温度计的下端感应部伸入方形缸体内部，上端示数显示部伸出方形缸体内部实现温度数值的监测和记录。一种探究理想气体状态方程的实验仪器的操作方法，其特征在于该实验仪器分别进行等温变化、等容变化和等圧変化和验证理想气体状体方程四个实验过程，实验过程如下：（一）、等温变化：（1）.首先固定好实验仪器，固定定位调整活塞；（2）.将该实验仪器置于温度恒定的室内（或将其置于温度恒定的水中），观测温度计2的示数恒定不变；（3）.缓慢转动等压活塞后端牵连的传动手柄，移动的过程中多次记录气压计所示的示数和气缸标识体积的数值；（4）.调整定位调节活塞在挡柱上的位置，多次实验，多次分析数据，得出结论。（二）、等容变化：（1）.首先固定好实验仪器，固定定位调整活塞和等压活塞，保证气缸体积不变；（2）.利用加热或降温的方法改变气缸内气体的温度，多次记录温度计示数和对应的气压计的示数；（3）.调整定位调节活塞在挡柱上的位置，多次实验，多次分析数据，得出结论。（三）、等圧変化：（1）.首先固定好实验仪器，固定定位调整活塞的位置；（2）.向等压活塞后端的传动手柄施加恒力F，进而提供恒压，观察保证气压计的示数保持不变；（3）.对气缸内气体加热或降温，保证气压计示数不变的条件下，记录温度计示数和对应的气缸标识体积数值；（4）.调整定位调节活塞在挡柱上的位置，多次实验，多次分析数据，得出结论。（四）、验证理想气体状体方程：（1）.首先固定好实验仪器；（2）.在一定限度内任意调整气缸的温度以及定位调节活塞的位置，得到多组由温度计、气压计和气缸标识体积数值提供的气体状态参量，将其代入理想气体状态方程分析其是否满足。本专利技术所述的上侧面和下侧面的缓冲板上分别对应设有至少三个挡柱，调整定位调整活塞的位置，多次实验，分析数据，保证实验结果的准确性。本专利技术所述的定位推杆上的定位凹槽的左侧臂低于右侧臂的高度，在移动定位调整活塞时，防止定位推杆完全脱离挡柱，造成方形缸体内部气体变化，导致实验结果不准确。本专利技术所述的所用的弹簧都为劲度系数较小的弹簧，利用具有简谐振动恢复力性质的装置，防止由人工操作带来的气体状态骤变的问题，增大实验结果的准确性。本专利技术由于在同一装置上运用控制变量法分别控制等温、等容和等压过程，分别检验三大气体实验定律，得出结论并画出p-V、p-T和V-T图像，利用弹簧的恢复性减缓气体体积变化的过程，避免其引起温度或压强的突变，影响实验结果，同时，设有至少三个变换气缸体积的挡住，利用多次变换定量多次实现数据得出多组实验数据，确保实验结果准确性，在一定限度内任意调整气缸的温度以及定位调整活塞的位置，得到多组由温度计、气压计和气缸标识提供的气体状态参量，将其代入理想气体状态方程分析其是否满足，通过该实验仪器的实验过程，探究理想气体状态与其状态参量的关系，验证三大气体实验定律，验证由数学方式推导的理想气体状态方程，具有结构简单、控制变量准确、便于学生掌握和理解等优点。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术中定位调节活塞的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明：如附图所示，一种探究理想气体状态方程的实验仪器，其特征在于该实验仪器由气缸、温度计2、气压计3组成，所述的气缸由方形缸体1、等压活塞和定位调整活塞组成，所述的方形缸体1的右端设为闭口端，方形缸体1的左端设为开口端，方形缸体1的开口端周围设有与...

【技术保护点】
一种探究理想气体状态方程的实验仪器，其特征在于该实验仪器由气缸、温度计、气压计组成，所述的气缸由方形缸体、等压活塞和定位调整活塞组成，所述的方形缸体的右端设为闭口端，方形缸体的左端设为开口端，方形缸体的开口端周围设有与方形缸体表面垂直的挡板，方形缸体内部上侧面和下侧面设有两端分别与挡板和方形缸体闭口端相抵触的缓冲板，缓冲板经弹簧与方形缸体内表面相连接，上侧面和下侧面的缓冲板之间设有等压活塞和定位调整活塞，所述的等压活塞位于方形缸体的右端闭口端并由塞板和塞柄组成，等压活塞的塞板位于方形缸体内部上侧面和下侧面缓冲板之间，等压活塞的塞板的左侧面经弹簧与缓冲塞板相连接，等压活塞的塞柄一端与塞板的右侧面相连接，另一端伸出方形缸体右端闭口端并与闭口端密封并滑动连接，伸出方形缸体的塞柄与提供拉力的传动手柄相连接，所述的等压活塞的塞柄上设有气缸标识体积数值，所述的定位调整活塞位于方形缸体的右侧开口端并由定位塞板、连接体和定位推杆组成，所述的定位塞板位于方形缸体的内侧，定位塞板的左侧面与连接体相连接，连接体的长度小于定位塞板的长度，连接体的上下两端分别对称的经弹簧与定位推杆相连接，定位推杆的右侧面与定位塞板的左侧面相抵触并在弹簧的作用下上下滑动，所述的与弹簧连接的定位推杆的另一侧面设有定位凹槽，定位凹槽经缓冲板上设有的挡柱相配合连接实现定位调节活塞的定位，所述的方形缸体内部设有气压计和温度计，气压计的下端感应部伸入方形缸体内部，上端示数显示部伸出方形缸体内部实现气压数值的监测和记录，所述的温度计的下端感应部伸入方形缸体内部，上端示数显示部伸出方形缸体内部实现温度数值的监测和记录。...

【技术特征摘要】
1.一种探究理想气体状态方程的实验仪器，其特征在于该实验仪器由气缸、温度计、气
压计组成，所述的气缸由方形缸体、等压活塞和定位调整活塞组成，所述的方形缸体的右端
设为闭口端，方形缸体的左端设为开口端，方形缸体的开口端周围设有与方形缸体表面垂
直的挡板，方形缸体内部上侧面和下侧面设有两端分别与挡板和方形缸体闭口端相抵触的
缓冲板，缓冲板经弹簧与方形缸体内表面相连接，上侧面和下侧面的缓冲板之间设有等压
活塞和定位调整活塞，所述的等压活塞位于方形缸体的右端闭口端并由塞板和塞柄组成，
等压活塞的塞板位于方形缸体内部上侧面和下侧面缓冲板之间，等压活塞的塞板的左侧面
经弹簧与缓冲塞板相连接，等压活塞的塞柄一端与塞板的右侧面相连接，另一端伸出方形
缸体右端闭口端并与闭口端密封并滑动连接，伸出方形缸体的塞柄与提供拉力的传动手柄
相连接，所述的等压活塞的塞柄上设有气缸标识体积数值，所述的定位调整活塞位于方形
缸体的右侧开口端并由定位塞板、连接体和定位推杆组成，所述的定位塞板位于方形缸体
的内侧，定位塞板的左侧面与连接体相连接，连接体的长度小于定位塞板的长度，连接体的
上下两端分别对称的经弹簧与定位推杆相连接，定位推杆的右侧面与定位塞板的左侧面相
抵触并在弹簧的作用下上下滑动，所述的与弹簧连接的定位推杆的另一侧面设有定位凹
槽，定位凹槽经缓冲板上设有的挡柱相配合连接实现定位调节活塞的定位，所述的方形缸
体内部设有气压计和温度计，气压计的下端感应部伸入方形缸体内部，上端示数显示部伸
出方形缸体内部实现气压数值的监测和记录，所述的温度计的下端感应部伸入方形缸体内
部，上端示数显示部伸出方形缸体内部实现温度数值的监测和记录。
2.一种探究理想气体状态方程的实验仪器的操作方法，其特征在于该实验仪器分别进
行等温变化、等容变化和等圧変化和验证理想气体状体方程四个实验过程，实验过程如下：
（一）、等温变化：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲元昊，李茗玮，张海婷，
申请(专利权)人：蒲元昊，
类型：发明
国别省市：山东;37