主要概念
物理
气体
压力
体积
波义耳定律
简介
你可能以前打开过苏打水，液体会立刻从瓶子里喷出来，弄得一团糟。为什么会这样？这与为了使液体产生气泡而添加到液体中的二氧化碳气体有关。打开瓶子会释放内部积聚的压力，导致气液混合物冲出瓶子。在这个活动中，你将借助充气和充水的气球来演示气体如何根据其压力改变体积。
背景
固体、液体和气体之间的区别在于粒子（分子或原子）的行为方式。固体中的粒子通常以规则的模式紧密排列。尽管液体中的粒子也很接近，但它们能够自由移动。然而，气体粒子分布广泛，占据大量空间。它们会继续扩散到任何可用的空间。这意味着与液体和固体相反，气体的体积不是固定的。17世纪的化学家和物理学家罗伯特·波义耳发现，气体的体积（即它所占据的空间大小）与其压力相关，反之亦然。他发现，如果你给气体加压，它的体积会收缩。如果你降低它的压力，它的体积会增加。
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当您给自行车轮胎充气时，您可以观察到波义耳定律的实际应用。当你把空气泵入轮胎时，轮胎内的气体分子会被压缩并紧密地挤在一起。这增加了气体的压力，它开始推压轮胎壁。你可以感觉到轮胎如何加压和变得更紧。另一个例子是汽水瓶。为了将二氧化碳气体压入液体中，通常用气体对整个瓶子加压。只要瓶子是封闭的，就很难挤压，因为气体被限制在一个小空间内，并推压瓶子的壁。但是，当你取下瓶盖时，可用的体积会增加，一些气体逸出。同时，它的压力降低。
波义耳定律的一个重要演示是我们自己的呼吸。吸气和呼气基本上意味着增加和减少我们胸腔的体积。这会在我们的肺部产生低压和高压，导致空气被吸入我们的肺部并离开我们的肺部。在这个活动中，你将创建你自己的波义耳定律演示。
材料
至少两个小气球，如水气球
大型塑料注射器（约60毫升效果良好），例如儿童口服药用注射器（在大多数药店有售）。确保它是气密的并且没有针头。
剪刀
水
准备
使用注射器向一个气球中注入少量空气，使其仍然可以放入注射器内部。将气球扎紧，并修剪掉结以外多余的气球材料。
用注射器装满水。
使用注射器向另一个气球中注入一些水，使其与充气气球的大小相同。用结扎紧开口，并修剪掉结后剩余的材料。
从注射器中取出活塞，使其大端开口。
步骤
将充气气球放入注射器背面的大开口内。将活塞插入注射器，尝试将气球推入注射器的尖端。将活塞推入有多困难？注射器内的空气会发生什么变化？
再次拉回活塞，将气球移动到注射器的中间。然后用一根手指关闭注射器的前端开口（尖端），再次将活塞推入注射器。你注意到了什么？当你将活塞推入时，气球看起来或改变了什么？
从注射器的尖端松开你的手指。将气球放入注射器的尖端，并将活塞推入注射器，直到它接触到气球。然后用你的手指关闭注射器的尖端，并将活塞全部拉回。气球的形状会改变吗？如果是，如何改变？你能解释为什么吗？
用充水气球替换注射器内的充气气球。然后将活塞放入注射器。用你的手指关闭注射器的尖端，并将活塞尽可能地推入注射器。这次气球发生了什么变化？
从注射器的尖端松开你的手指，并将活塞一直推入注射器，直到它接触到注射器尖端的气球。然后再次用你的手指关闭注射器的尖端，并尝试将活塞尽可能地拉回。充水气球会发生什么？它的行为与充气气球不同吗？如果是，如何不同以及为什么？
额外：使用相同的设置，但这次除了充气气球和充水气球外，还在注射器中加水。然后关闭注射器的尖端，并尝试将活塞压入注射器并再次拉出。这次发生了什么？注射器内的水有什么不同？
观察和结果
你看到充气气球内的空气收缩和膨胀了吗？在没有用手指关闭注射器尖端的情况下，你可以轻松地推动活塞。空气可以通过注射器尖端的开口逸出。但是当你用手指关闭注射器时，空气就不能再逸出了。如果你按下活塞，你就会增加空气的压力，因此气球内的空气会收缩或减少其体积。你应该看到充气气球收缩并变小了。当你关闭注射器的开口并将活塞拉回时，会发生相反的情况。这次你降低了注射器内部空气的压力，它的体积增加了。结果，充气气球膨胀并变大：这是波义耳定律的完美演示！
充水气球的结果看起来不同。尽管你在按下活塞时压缩了注射器内的空气，但气球内的水不会被压缩。气球保持相同的大小。当在关闭注射器尖端的同时拉出活塞时，水气球也保持其形状。与气体相反，液体是不可压缩的，因为它们的粒子已经非常接近。波义耳定律仅适用于气体。
如果你也向注射器中注满了水，那么你应该仍然看到在将活塞推入注射器时，充气气球会收缩。当在注射器尖端关闭的情况下将活塞拉出时，充气气球也应该膨胀。但是，你可能已经注意到，你无法像使用充气注射器那样将活塞推入和拉出那么远。这再次是因为液体不能像气体一样被压缩的事实。当尝试在带有充水气球的充水注射器中推入或拉回活塞时，你也应该观察到这一点。可能无法移动活塞！
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此活动由科学伙伴合作推出
