目的
探究在恒容下定量气体的压力与温度之间的关系。
变量
- 操纵变量: 气体的温度 θ
- 响应变量: 气体的压力 P
- 固定变量: 体积与被封气体的质量
仪器与材料
- 装有干燥空气的圆底烧瓶
- 布尔登压力表
- 盛水的烧杯
- 温度计
- 搅拌棒
- 本生灯或电热板
- 短连接管
- 铁架台
步骤
- 用短管把装有干燥空气的烧瓶连接到布尔登压力表，并将烧瓶完全浸入盛水的烧杯中。
- 搅拌水，待温度 θ 和压力表读数 P 稳定后记录。
- 缓慢加热水，并持续搅拌。
- 在若干温度下，停止加热、搅拌，并记录 θ 和 P。
- 每次读数前留出时间让烧瓶内的空气达到水温。
- 记录每个温度对应的 θ 和 P。
记录数据
记录温度 θ（°C）和气体压力 P（如以 kPa 计）。可增设绝对温度 T（K）一列（T = θ + 273）。
图表
以 P（纵轴）对温度 θ（°C，横轴）作图。将直线向后延长至 P = 0，与温度轴的交点约为 −273 °C（绝对零度）。
分析
在恒容下，压力与绝对温度（开尔文）成正比，故 P / T = 常数。将直线外推至压力为零，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。
- 使用短连接管，使气体体积保持恒定。
样本结果及其含义
这是恒容烧瓶内定量干燥空气连接布尔登压力表时的样本读数。
- θ = 30 °C，P = 101 kPa
- θ = 40 °C，P = 104 kPa
- θ = 50 °C，P = 108 kPa
- θ = 60 °C，P = 111 kPa
- θ = 70 °C，P = 114 kPa
随着水浴加热烧瓶，压力稳定升高，每升高 10 °C 约增加 3.3 kPa。体积固定，因此温度更高的空气分子以更快、更猛烈的方式撞击瓶壁，从而升高压力。
把每个摄氏值加上 273 得到绝对温度 T，可见 P/T 几乎保持恒定，每次约 0.33 kPa K⁻¹。这个恒定比值正是实验的要点：在恒容下压力与绝对温度成正比。
当 θ 以 °C 计翻倍时压力并不翻倍，这正是必须把温度换算为开尔文的原因。
读图与求答案
以 P 为纵轴、θ（°C）为横轴作图。各点给出一条斜率为正的直线，且不通过原点。
在最佳拟合直线上用大三角形，取相距较远的两点，如 (30 °C, 101 kPa) 和 (70 °C, 114 kPa)：
- 斜率 = (114 − 101) kPa ÷ (70 − 30) °C = 13 kPa ÷ 40 °C = 0.33 kPa °C⁻¹
斜率即每升高一度的压力增量。将直线向后延长至 P = 0，它与温度轴的交点约为 −273 °C，即绝对零度。
这证实 P/T = 常数。SPM 物理 4531 试卷不附公式表，因此写结论时要凭记忆写出压力定律关系 P/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
使结果可信的注意事项：
- 搅拌水，使整个水浴处于同一温度。
- 每次读数前等待烧瓶内空气达到水温。
- 使用短连接管，使气体体积保持恒定。
- 把烧瓶完全浸没，使所有被封空气均匀受热。
在第三卷科学过程技能方面，阅卷员给分的项目包括：说明操纵变量（θ）、响应变量（P）与固定变量（体积与气体质量）；表格标明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最佳拟合直线；以及画大的斜率三角形。用文字陈述关系，压力随温度线性升高，并把向 −273 °C 的向后外推作为支持绝对零度的结论。
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)