中文名：空气密度

外文名：Densityofair

正常值：1.29kg/m³

影响因素：气温、海拔

空气密度=1.293x（实际压力/标准物理大气压）x（273.15/实际绝对温度），绝对温度=摄氏温度+273.15

通常情况下，即20℃时，空气密度取1.205kg/m3。

【目的和要求】

通过实验学习测定空气密度的方法。

【仪器和器材】

带阀门的塑料容器或玻璃容器，打气筒，烧杯，水槽，量筒，天平。

【实验方法】

1．把容器的阀门打开，用打气筒向容器内打气。到一定程度后停止打气，关上阀门。用天平称出容器的质量（图1）。

图1

2．如图2所示，把一只装满水的大烧杯倒扣在水槽中（实验时可先将烧杯没入水槽中，然后将烧杯翻转，使其底部向上）。将接在容器上的管子另一端放在烧杯下面，打开阀门将容器中的压缩空气缓缓地放一部分到烧杯中，同时调节烧杯的位置，使杯中空气的体积约为杯容积的3/4，且杯内外的液面相平。关闭阀门并在杯上记下这时水面的位置（用一根橡皮筋套在杯上即可）。

3．称出放出一部分气体后容器的质量。两次质量差就是放到烧杯中的空气的质量。

4．将烧杯从水槽中取出，装水至橡皮筋所示的位置。用量筒测出烧杯所盛水的体积，即为烧杯内空气的体积。

5．由公式ρ=m/V可求得在此时的大气压强和温度下空气的密度。

图2

1．由于空气的密度与压强有关，用排水取气法收集气体时，务必要使烧杯内外的水面相平，这样才能保证杯中空气的压强和环境空气的压强相同。

2．由于容器中盛的是压缩空气，所以放气时一定要缓慢，防止气体冲到烧杯外面。

3．本实验显然也说明了空气有质量。

【思考题】

1．能否用气球或橡皮袋代替本实验中的塑料容器存贮空气？为什么？

2．为什么用此方法所测出的空气密度是当时环境温度和压强下的值？

提示：本小实验可辅以“力学”部分的物理实验教学，以此培养和提高学生的实验能力和素养。

计算空气密度ρ的公式为

ρ=(m₁-m₀)/V

式中：m₁为密度瓶和空气的总质量，V为相应的体积，m₀为密度瓶的质量。

在大气中总是含有水蒸气，而且水蒸气压可达1×10³Pa，且其随时间、地点变化的幅度很大。设空气样品中水蒸气的分压为p_w，把空气和水蒸气都当作理想气体，在热力学温度为T时，经理论推导，标准状态（P₀，T₀）下干空气的密度为

图3

1）测量密度瓶的容积．用游标卡尺量出密度瓶的外径D，长度L，上底板厚度δ₁，下底板厚度δ₂，侧壁厚度δ₀， 算出密度瓶的容积V。

2）将密度瓶开关打开，放到电子物理天平上称出空气和密度瓶总质量m₁，然后将其平放桌面上，瓶口与真空橡皮管相接。

3）打开真空阀，真空表读数接近－0.1MPa时，已抽净瓶内空气。

4）将密度瓶放到电子物理天平上称出其质量m₀，算出环境空气密度。

5）由干湿泡水银温度计读出实验室温度t和湿温度计的数值t′，进而依据空气的相对湿度与干湿泡温度计温差的数据表和水的饱和蒸汽压与温度的关系数据表算出水蒸气的分压p_w。

6）用福廷式水银气压计测环境大气压强p。

7）将各个量值代入计算式，算出标准状态下空气的密度，并与给定的标准值比较。