查理定律及绝对零度

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1、查理定律及絕對零度查理定律及絕對零度資訊融入教學暨網路學習內資訊融入教學暨網路學習內容教容教案案國立三重高中 邱智宏教學計畫教學計畫(教案教案)教學計畫標題查理定律與絕對零度適用階段高中適用年級二年級教學時間 150 分鐘關鍵字查理定律；克氏溫標；絕對溫標；絕對零度設計理念1.藉由簡易的實驗，讓學生了解定量氣體體積、溫度間的 定性關係。2.引用定量實驗的數據，重新推導查理-給呂薩克定律，並 定義克氏溫標及絕對零度。3.幫助學生熟悉網路資源，了解查理及給呂薩克兩位科學 家的生平。4.激發學生的創造力，嘗試設計簡易的實驗，藉以推導出 絕對零度，並讓學生了解理論值和實驗值的差異。教學活動教學活動科目

2、名稱高中化學適主題名稱氣體的各項性質 單元名稱 查理定律與絕對零度 教學時間 共 150 分鐘 設計者 姓名縣市別服務單位邱智宏台北縣國立三重高中先備知識(單元名稱)1.解氣體體積與壓力的關係。2.熟悉波以耳定律。3.了解攝氏溫標和華氏溫標的定義，並能彼此換算。4.熟悉網路的使用和搜尋。相關主題波義耳定律、理想氣體方程式 教學目標 1.了解氣體體積與溫度的關係。2.藉由實驗數據推導出查理-給呂薩克定律。3.熟悉克氏溫標的定義，並能和攝氏溫標相互換算。4.藉由簡易實驗的結果，說明絕對零度的求法，並激發學 生解決問題的能力。教學活動步驟教學活動步驟1活動步驟說明 一.引起動機 1.藉由氣球的熱漲冷

3、縮，說明定壓下定量氣體體積和溫度的定性 關係。(展示power point圖片)2.利用網路資源介紹查理及給呂薩克兩位科學家的生平。3.想像最冷的溫度，並說明是幾度?在什麼情況下能感受到?二.氣體體積與溫度的關係 1.引用實驗數據，說明定壓下定量氣體的體積和攝氏溫度成正比。2.將實驗數據繪製成圖，藉以說明查理-給呂薩克定律。3.依據圖形，氣體體積愈小時，溫度應該愈小，若氣體體積為 零時，攝氏溫度為何？4.定義克氏溫標，並詢問學生溫度可不可能低於絕對零度？理 由為何？5.由現有實驗的器材，可不可能驗證查理-給呂薩克定律及求出 絕對零度？6.請學生上網搜尋目前可量測出最低的溫度是幾度，並略加說 明

4、量測方法？教學活動步驟教學活動步驟1時間分配 共 50 分鐘 相關資源 標 題 類 型 來 源 氣球熱脹冷縮圖科學家小傳 投影片VCD南一、龍騰、三民書局 相關網站 標 題 網 址 查理定律化學論壇 http:/140.111.1.12/senior/chemistry/tp_sc/main.htmhttp:/chemwww.pu.edu.tw/gas/corn/corn-5-12.htmhttp:/chem.scsh.tpc.edu.tw/bbs/教學活動步驟教學活動步驟2活動步驟說明1.設計簡易的實驗，僅使用量筒、燒杯、溫度計等現成器材，並向全班說明實驗步驟。2.全班分成12組，每組3-4

5、人，除定量、定壓二項條件相同外，各組可使用不同的變因控制不同的氣體，實驗的溫度區間等。3.進行實驗，將實驗結果繪製成圖表，每組派一人將結果向全班報告。4.統整及歸納各組結果，藉以驗證查理-給呂薩克定律及求出絕對零度。5.了解理論值和實驗值的差異，並說明各組產生誤差的原因及改進方法。6.彙整各班的實驗結果，提供有興趣及潛能的同學做為科展的題目，繼續加深加廣。7.建議同學上加油站的化學論壇，post自己的問題或見解。一.引起動機教學活動步驟教學活動步驟 2時間分配 共 100 分鐘 相關資源 標題 類型 來源 查理定律實驗氣體體積與溫度關係圖 投影片VCD南一、龍騰、三民書局 相關網站 標題 網址

6、 絕對零度的簡易求法化學論談 http:/163.20.180.89/chem/index.htmhttp:/chem.scsh.tpc.edu.tw/bbs/溫度計燒杯 水氣體及水蒸氣量筒圖一、實驗裝置圖加熱板表一、不同溫度對氣體體積的影響(室溫=22.9，大氣壓力=766.3mmHg)溫度氣柱體積水蒸氣壓氣體分壓校正後體積迴歸溫度溫度誤差()(mL)(mmHg)(mmHg)(mL)()()75.26.19291.5474.83.8475.720.5270.25.46235.7530.63.7870.740.5465.44.95190.9575.43.7264.94-0.4660.14.56

7、150616.33.6760.410.3155.54.28120.9645.43.654.73-0.77504.0492.5673.83.5549.96-0.0445.53.8673.7692.63.4944.15-1.3540.23.7155.9710.43.4439.67-0.5335.23.642.6723.73.436.060.8630.23.4932.2734.13.3430.930.7326.93.4226.6739.73.327.110.210-273.47項目數值Y軸截距(絕對零度)-273.47Y值(溫度)的標準差0.74r20.998觀察值個數11表二、線性迴歸輸出值 項目

8、123平均值標準差約3毫升-273.47-275.80-279.43-276.233.00約2毫升-305.69-313.59-305.20-308.164.71表四、不同起始體積對實驗所得絕對零度的比較表 項目12345平均值標準差氦氣-281.95-270.72-287.68-274.70-271.42-277.29-7.31空氣-273.47-286.98-287.95-277.41-268.22-278.81-8.56表五、以氦氣或空氣進行實驗所得絕對零度的比較表 1、使用簡單的實驗器材，僅包括量筒、燒杯、溫度計等 ，以量取不同溫度下氣體的體積，經適當的體積校正 及線性迴歸便能求出絕對

9、零度，其實驗值和理論值相 較誤差不到2%，以五次實驗所得的結果為例，平均 值為為-277.706.95，和理論值比較，絕對誤差為4.55，百分誤差為1.7%。2、由於實驗在水中進行，不同溫度下水的飽和蒸氣壓各 有其值，且溫度愈高，蒸氣壓愈大，因此測量的總體 積，必須經過適當的校正，才能得到乾燥氣體的實際 體積。另外在高溫時，水的蒸氣壓很大，原空氣的壓 力相對所佔的比例變成很小，經校正時容易產生誤差 ，所以實驗進行的溫度以不超過80為宜。實實驗驗結結 論論3、以降溫方式進行實驗，較易維持氣柱和水溫的平衡，因此所得的結果比升溫方式來得準確。以升溫方式所得的絕對零度，五次平均為-305.4911.3

10、6，和理論值比較，絕對誤差為32.34，百分誤差為11%。而降溫方式所得的結果五次平均為-277.706.95，和理論值比較，絕對誤差為4.55，百分誤差為1.7%。4、起始氣體的氣柱體積愈大，在讀取體積時所產生的相對誤差 愈小，但在高溫時不能超過量筒的刻度，因此氣柱的體積在 室溫時，以3至5mL進行實驗最為恰當。5、使用氦氣進行本實驗所得到的結果，和使用空氣所得的結果 並沒有明顯的差別，因此可以使用空氣取代較昂貴及不易取得的氦氣進行實驗。實實驗驗結結 論論1、如果您有不錯的教案、教學活動及點子，歡迎Mail至 ，我們將為您製作精美的網 頁分享同好、嘉惠學子，並致贈合作酬勞。2、歡迎至化學論談

11、 (http:/140.111.1.12/senior/chemistry/tp_sc/main.htm)來當版主，並鼓勵同仁及同學共襄盛舉。3、本教案將放在化學科教學加油站上，供大家使用及下載。敬邀合作伙伴敬邀合作伙伴定壓時，定量氣體的體積體積隨溫度溫度的升高而增大 藍色氣球使用乾冰冷卻而縮收 置於室溫一段時間後藍色氣球體積澎脹賈奎斯亞歷山大凱薩查理（Jacques Alexandra Cesar Charles）於1746年11月12日生於法國，年輕時的查理，廣泛學習多種科學，成年後到巴黎任財政部的職員。1783年，查理意識到熱氣球的使用可能產生巨大的影響，因此在氣球灌入氫，他認為氫比空氣

12、輕，可以更有效的使氣球上升。同年8月27日，查理把他的氫氣球釋放升空，這是人類第一次以氫氣球成功的完成了無載人的飛行。其後數年間，這種灌氫的氣球在法國大行其道，被稱為查理氣球。同年11月，查理乘坐熱氣球飛越巴黎，這是氫氣球首次成功的載人飛行。1787年，查理研究氣體性質時，他量度氧、氮、氫、二氧化碳以及空氣等氣體在0與100間熱膨脹的情形，發現每種氣體的膨脹率都相同，當壓力維持一定時，定量的氣體，其溫度每升降攝氏1度，其體積會增減其在攝氏0度時體積的 1273，這就是著名的查理定律。查理研究的範圍很廣，出版的論文以數學方面的居多，也有關於積分的、電學實驗的，以及比較溫標的。他的發明也不少，像顯

13、微鏡的幻燈裝置、測溫式液體比重計、反射測向器等。另外，查理曾在感光紙上嘗試作自動記錄肖像輪廓的試驗，這是攝影術的先聲，比正式攝影術的誕生要早20年。1823 年4月7日，查理逝世於巴黎，享年77歲。他以物理學家、化學家、數學家、發明家留名科學史。取材於http:/itrifamily.itri.org.tw/art/91/art911030-1.html給呂薩克給呂薩克(JosephLouisGay-Lussac)法國化學家、物理學家。研究氣體的先驅者。生於法國上維埃納省的聖萊奧納爾，1797年進入巴黎綜合工科學校，畢業後最早於實驗室中研究氣體的熱膨脹，證明所有氣體在升高相同溫度時，體積膨脹分

14、數相同。1804年研究地磁在不同高度的強度，而乘氫氣球升空，並且研究大氣壓力和溫度的變化；1805年在研究空氣成分，證實水可用氧氣與氫氣按體積1：2的比例製取。後來他證明體積一定比例之關係，不僅於參加反應的氣體中存在，且在反應物與生成物之間也存在，他強調此比例為體積而非重量。綜合各種實驗結果，他結論出氣體以很簡單的比例化合。於1808年發表今天以其姓氏為名的給呂薩克定律在化學原子分子學說的歷史發展上，起了重要的作用。他與其他化學家利用純化學方法製取鉀、鈉並確定鉀的性質，也研究了氯化氫、碘化氫、氟化氫，提出酸本質的新見解，證明氧氰酸是由氫、碳、氮組成，而當時拉瓦錫確認為酸必有含氧。後來他鑑定氰是

15、由一個氮和一個碳組成，作為一個有機基團的性質。他用他在技術方面的知識提出許多化工生產過程的改善意見。1927年提出建造硫酸廢棄吸收塔，稱為給呂薩克塔。他對製造硫酸及草酸的方法，建議在鉀鹽和蘇打中對鹼金屬的測定方法，改良消除漂白粉中的含氯量。取材自http:/pck.bio.ncue.edu.tw/pckweb/database/pckchem/21.htm即上式稱為查理定律查理定律VV0（1 t）查理定律的圖示Universejustafterbeginning103910-910810-2100102106104HighestlaboratorytemperatureCenteroftheSunSurfaceoftheSunTungstenmeltsWaterfreezesUniversetodayBoilinghelium-3Nuclearspincooling(recordlowtemperature,1990)溫度高低比較圖（）