利用针管和常用器材验证玻意耳定律

刘俊 侯德东

摘 要：人民教育出版社2004年版高中物理选修3-3中涉及到的玻意耳定律是一个经典的物理定律，表达方式简洁但却蕴涵真理。本文就将利用塑料注射器和其他常见设备对本定律进行验证，让学生理解知识，学会方法，懂得思想。其中涉及物理实验思想中的问题转换法[1]，能够让学生体会到物理的精妙之处与科学之美。

关键词：塑料注射器；玻意耳定律；问题转换法

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）6-0062-2

塑料注射器常被用在中学物理实验教学中，其便宜易得，密封性能强，组合机动性好，因此小小的注射器在课堂和讲课比赛中大放异彩[1-2]。本文也借助塑料注射器，对其进行密封和组合后，对高中物理人教版选修3-3课本中第八章第3节中的玻意耳定律进行验证。

玻意耳定律可由理想气体物态方程在温度不变的情况下推出：

即一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比，人们通常称之为玻意耳定律。但由于实验设备手段的缺乏，两个物理量p与V都不易直接测量，故运用间接测量的方法对其进行转化，笔者设计了新的实验方法以验证玻意耳定律，实验实物如图1。

笔者在一塑料注射器内抽取空气，之后密闭针管尖端，使得内部空气定量，在其管壁上贴一张规则白纸，把此针管装置倒置于电子体重秤装置泡沫底座上（如图1），这时开始垂直按压注射器，有明显阻力感。根据此时的物理状态分析注射器活塞的受力情况，如图2。

（4）式为本实验的实验公式。

按压注射器尾部一段距离后，读取电子体重秤上的读数并记录，同时在对齐活塞内端于管壁纸上做记号，之后用更大的力竖直按压注射器，重复上述步骤，得到千克数和与之对应的记号，用刻度尺量得注射器管壁纸上的多条记号到注射器头部的距离h，将所测得千克数乘以昆明当地重力加速度9.7830得到支持力，将一一对应的支持力和距离的倒数1/h的数据导入至Excel软件，得出表1，绘制散点图和进行线性回归的拟合，得到图3。可以看出，在实验数据n=17时，在相关系数为[4]所得图像成线性，即在误差允许的范围内，FN与1/h成一次函数的关系，（3）式成立，验证了玻意耳定律。

应该注意，此实验的实验误差来自于注射器的密封性不佳，电子体重秤的分度值不够，在按压时注射器有较大的倾斜等。但在误差范围内，线性图像可以验证玻意耳定律，此实验在课堂中若以小组实验的方式进行能够强化学生知识概念，锻炼动手操作能力，同时灌输给学生一种物理原理上的问题转换思想，让学生体会物理学科的灵活多变，更好地达到物理实验教学的三维目标。

参考文献：

[1]朱瑞创，俞云中，刘艳春. 造技法与物理实验[M].成都：西南交通大学出版社，1999：44—73.

[2]刘永树，凡启升. 注射器在初中物理实验中的妙用[J]. 中小学实验与装备，2012，22（1）：31—33.

[3]P Onorato ， P Mascheretti， A De Ambrosis. Mechanical sensors and plastic syringes to verify the gas laws without neglecting friction[J]. Phys. Educ，2010（45）：586—593.

[4]杨述武.普通物理实验1[M].北京：高等教育出版社，2007：9—12.

（栏目编辑 王柏庐）