控制变量法

自然界发生的各种现象，往往是错综复杂的。决定某一个现象的产生和变化的因素常常也很多。为了弄清事物变化的原因和规律，必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使它保持不变，然后来比较、研究其他两个变量之间的关系，这是一种研究问题的科学方法。

例如物体吸收热量温度会升高，温度升高多少是由多个因素决定的，跟吸收的热量、物体的质量以及组成物体的物质性质有关。在研究时，可以先使一些因素保持不变，如在物质相同、质量相同的情况下，观察物体温度升高跟所吸收热量的关系；接着再研究同种物质，不同质量的物体吸收相等热量时，温度升高跟质量的关系等等，从而得出物体温度升高跟所吸收的热量、物体的质量和组成物体的物质性质的关系。控制变量的科学方法在物理学的研究中是经常使用的。

这个实验是按以下步骤进行的：

先把容器 A 浸没在冰水混和物中，这时容器 A 中的空气温度为 0℃，调节压强计右臂的位置，使两臂内水银面位于同一高度，这时容器 A 中的空气压强就等于大气压强，记下压强计左臂内水银面的位置 B，这就是 0

℃时容器 A 内空气体积 V0 的一个标记[图 2－8(a)]。

然后将烧杯中的冰水混和物倒去，换成热水，经搅拌器搅拌后，读取热水温度，即为容器 A 中空气的温度。容器 A 中的空气受热后压强增大，体积也变大，这时压强计两臂内的水银面的高度差并不表示气体体积不变时的压强增加量，必须提起压强计的可动臂(右臂)，使左臂内水银面回到

位置 B，增大容器 A 内空气的压强，以保持原来的空气体积 V0，这时，压

强计两臂内的水银面的高度差将变大，读出这一高度差 h，如图 2－8(b) 所示，就可根据 p=p0+ρgh，算出这一温度下容器 A 中空气的压强。

实验时每一次改变热水温度后，都必须重新调节压强计可动臂的高度，使容器 A 中的空气体积保持不变，并应记录每一次改变温度后，容器中空气的温度值和相应的压强值。

查理用各种气体进行实验，结果表明，一定质量的各种气体在体积不变时，温度升高(或降低)1℃，压强的增加量(或减小量)等于

它在0℃时压强的

273

这个实验结论叫做查理定律。 ①热力学温标

根据查理定律可知，一定质量的气体在体积不变时，它的温度从 0℃

降低到-1℃，气体压强将减小0℃时压强的

273

。若把这个结论进行合理外

推，便可得出当温度降低到-273℃时，气体压强将减小到零的推论(图 2－ 9)。

英国物理学家、数学家开尔文(1824—1907)认为，既然-273℃时气体的压强为零，就意味着这时气体分子的运动已停顿，这是绝对的零度，因此—273℃被称为绝对零度。1848 年，开尔文提出了建立以-273℃为零点的温标，叫做开氏温标，现称做热力学温标。用热力学温标表示的温度，叫做热力学温度。热力学温度用 T 表示，它的单位是开尔文，简称为开，符号是 K。就每一开和每一度的大小来说，热力学温度和摄氏温度是相等的。热力学温度 T 和摄氏温度 t 之间的换算关系是

T＝t＋273，t＝T—273。

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我们从图 2－9 的 p—t 图象可以看出，如果把直角坐标系的横坐标由摄氏温度 t 变为热力学温度 T，将坐标轴的原点取在热力学温度的零开(即

-273℃)处。这样，气体压强 p 和热力学温度 T 之间就有了正比关系(图 2

－10)。于是，查理定律的表述就可以简化为：