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浅探空气的热胀冷缩


   夏天快要到了,天气越来越热,马上就可以穿我的漂亮小裙子了,可是看了看肚子……漂亮小裙子没法穿啦,我要减肥。最好的减肥莫过于运动,说起运动,小编最喜欢打乒乓球,毕竟国球。


   在打乒乓球的过程中,很容易瘪了,那该怎么办呢?通常的做法就是拿热水泡下,慢慢就变回原型了。

   为什么泡一下就好了呢?小编带着这个问题决定一探究竟。

相关资料

   乒乓球(ping-pong),中国国球,是一种世界流行的球类体育项目,起源于英国,"乒乓球"一名起源自1900年,因其打击时发出“Ping Pong”的声音而得名,在中国大陆以“乒乓球”作为它的官方名称,香港及澳门等地区亦同。乒乓球为圆球状,重2.53-2.70克,白或黄色,用赛璐珞或塑料制成,乒乓球内的气体是正常空气。

提出猜想

  乒乓球里面有空气,里面的空气受热膨胀,气压就把瘪下去的地方顶了起来!

提出问题

1、空气受热膨胀,那温度与膨胀程度有什么关系吗? 

2、如果有一个密闭的容器,我一直加热里面的空气会把容器撑爆吗?

实验准备

实验用具酒精灯/锥形瓶/压力传感器/温度传感器

1.测定水温与锥形瓶中空气压力的关系

(1) 将500ml烧杯中装上200ml自来水,将装有压力传感器导管的空锥形瓶浸泡水中,水位没过锥形瓶2/3;

(2) 将不锈钢温度计插入水中,并连接好采集器和电脑,打开电脑logger Pro3.14.1软件;

(3) 待软件温度稳定后连接好压力传感器导管与采集器、电脑;

(4) 设置软件,单击数据采集按钮,模式选择“选定事件”,点击完成,双击压力图像,横坐标改为“温度”,设置好后从25℃开始每隔10℃单击保留按钮。

我们测定气体压力与温度的关系,水浴加热时的水温真的和气温一致吗?于是小编做了下组实验。

2.测定锥形瓶中空气温度与压力的关系

(1) 将500ml烧杯中装上200ml自来水,将装有压力传感器导管和不锈钢温度传感器的空锥形瓶浸泡水中,水位没过锥形瓶2/3;

(2) 将不锈钢温度传感器与采集器、电脑连接好,打开电脑logger Pro3.14.1软件;

(3) 带软件显示温度稳定后连接好压力传感器导管、采集器、电脑;

(4) 设置软件,单击数据采集按钮 ,模式选择“选定事件”,点击完成,双击压力图像,横坐标改为“温度”,设置好后从25℃开始每隔10℃单击保留按钮。

实验数据

水温与锥形瓶中空气压力的关系

气温与锥形瓶中空气压力的关系

数据表格

说明:

1、在本实验条件下,由于锥形瓶瓶塞部紧实条件限制,在进行水温测试时,当气体压力增加到118.40kpa时,瓶塞被弹出。

2、进行气温测试时,我们预估在118kpa左右会被弹出,因此在50℃,压力为118.81kpa记录下数据,但随试验的进行,本次实验气压达到123.67kpa才弹出。

实验结论

1. 乒乓球内空气的压力确实会随温度增加呈线性增加,但是并不是过原点的直线。

2. 气体压力随水温的增加较缓,线性拟合斜率m=0.3116Kpa/℃,气体压力随气体温度的增加较陡,线性拟合斜率m=0.6817Kpa/℃,说明水温并不能完全代表气温,水温比气温上升的要快。

3. 如果将乒乓球水浴加热至沸腾,乒乓球会逐渐变大,直至变软爆开。

拓展小知识

   热涨冷缩的现象超级多,除了气体,固体液体都有这种现象,生活中冬天水管破裂;夏天自行车打气不能打太足,买来的罐头很难打开,是因为工厂生产时放进去的是热的,气体膨胀,温度计原理,高压电线夏天下垂多,冬天绷的较紧,把煮熟的鸡蛋放在冷水中浸一浸,蛋就很容易剥开,这是因为蛋壳和蛋白的收缩程度不一样的结果,把拧不下的金属瓶盖放在热水里浸一会,瓶盖就很容易拧开了,公路桥梁上隔一段距离要用锯开,就是给热胀冷缩提供空间等都是热胀冷缩的原因。






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