目的
探究在恒压下定量气体的体积与温度之间的关系。
变量
- 操纵变量: 气体的温度 θ
- 响应变量: 被封空气柱的长度（与体积成正比）L
- 固定变量: 压力与被封气体的质量
仪器与材料
- 一端封闭、内有被封空气柱和浓硫酸指示柱的毛细管
- 直尺
- 盛水的烧杯
- 温度计
- 搅拌棒
- 本生灯或电热板
- 带橡皮圈的铁架台
步骤
- 把毛细管固定在直尺旁并浸入盛水的烧杯中，封闭端朝下，酸指示柱封住空气柱。
- 搅拌水，待温度 θ 和空气柱长度 L 稳定后记录。
- 缓慢加热水，并持续搅拌。
- 在若干温度下（例如 30、40、50、60 和 70 °C），停止加热、搅拌，并记录 θ 和 L。
- 每次读数前留出时间让被封气体达到水温。
- 记录每个温度对应的 θ 和 L。
记录数据
记录温度 θ（°C）和空气柱长度 L（cm）（因管截面均匀，L 代表体积）。保持小数位一致。
图表
以 L（体积，纵轴）对温度 θ（°C，横轴）作图。将直线向后延长至 L = 0，与温度轴的交点约为 −273 °C（绝对零度）。
分析
在恒压下，体积与绝对温度（开尔文）成正比，故 V / T = 常数。将直线外推至体积为零，得绝对零度约为 −273 °C。
注意事项
- 搅拌水使其温度均匀。
- 每次读数前待被封气体达到水温。
- 保持酸指示柱较短，使作用于气体的压力恒定。
样本结果及其含义
这是定量气体在恒压下的样本读数。被封空气柱的长度 L 代表体积，因为毛细管截面均匀。
- θ = 30 °C，L = 25.0 cm
- θ = 40 °C，L = 25.8 cm
- θ = 50 °C，L = 26.6 cm
- θ = 60 °C，L = 27.5 cm
- θ = 70 °C，L = 28.3 cm
随着水被加热，空气柱稳定地变长，每升高 10 °C 约增加 0.8 cm，说明气体在恒压下受热膨胀。若把每个摄氏读数加上 273 得到绝对温度 T，则比值 L/T 每次几乎相同，约为 0.083 cm K⁻¹。
这个恒定比值才是实验的真正结论：体积与绝对温度成正比，而不是与摄氏数值成正比。注意当 θ 以 °C 计翻倍时 L 并不翻倍，这正是需要开尔文温标的原因。
读图与求答案
以 L 为纵轴、θ（°C）为横轴作图。各点落在一条斜率为正的直线上，且不通过原点，因为 0 °C 并非温度的真正零点。
在最佳拟合直线上取相距较远的两点作大三角形，例如 (30 °C, 25.0 cm) 和 (70 °C, 28.3 cm)：
- 斜率 = (28.3 − 25.0) cm ÷ (70 − 30) °C = 3.3 cm ÷ 40 °C = 0.0825 cm °C⁻¹
此斜率即空气柱每升高一度的膨胀速率。将直线向后延长至 L = 0，它与温度轴的交点约为 −273 °C，即绝对零度。
这证实 V/T = 常数。请记住 SPM 物理 4531 试卷不提供公式表，因此你必须自己记住查理定律关系 V/T = 常数。
选择能使描点分布超过一半坐标网格的坐标刻度，并画最佳拟合直线使各点均匀分布在直线两侧。若某点明显偏离直线，应视为反常读数，将其圈出，在画线和求斜率时不予采用。
阅卷员看重的得分点
保护结果的注意事项：
- 持续搅拌水，使其温度均匀。
- 每次读数前等待被封气体达到水温。
- 保持酸指示柱又薄又短，使作用于气体的压力恒定。
- 在视线平齐处读取 L 和 θ 以避免视差误差。
在第三卷科学过程技能方面，阅卷员给分的项目包括：正确说明操纵变量（θ）、响应变量（L）与固定变量（压力与气体质量）；列表时标明物理量与单位并保持小数位一致；描点不少于五个、坐标轴带标注并画出平滑的最佳拟合直线；以及用大三角形求斜率。用文字陈述关系，体积随温度线性增大，并把向绝对零度的外推作为你的结论。
重复每次读数并取平均以减少随机误差，并以合理的有效数字位数和正确单位写出最终答案。在讨论中指出一个误差来源及相应的改进方法，并说明任何偏离直线的点已被舍弃，使结论建立在一致的数据之上。
来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)