大學物理實驗-拓展提高篇 課件 實驗1.4-氣體比熱容比的測量

大學物理實驗——拓展提高篇氣體比熱容比的測量氣體比熱容比的測量—實驗背景1.概念比熱容比指的是定壓比熱容Cp與定容比熱容Cv之比，通常用γ表示，是描述氣體熱力學性質的一個重要參數(shù)。理想氣體比熱容比等于絕熱指數(shù)k。

定壓（容）比熱容：在等壓（容）過程中，單位質量的氣體溫度升高或降低1K時，所吸收或放出的熱量。氣體比熱容比的測量—實驗背景2.測量方法測量方法原理優(yōu)點缺點絕熱膨脹法原理簡單，有助于加深對熱力學過程中狀態(tài)變化的了解。實驗者操作技術水平對測量數(shù)據(jù)影響很大振動法數(shù)據(jù)一致性好，波動范圍小。對氣密性要求比較高氣體比熱容比的測量—實驗背景3.應用比熱容比在工程熱物理與氣體動力學領域扮演著非常重要的角色，是相關重大科技領域中的重要參數(shù)，廣泛存在于相關學術領域基本公式和重要數(shù)據(jù)表中。航空發(fā)動機與燃氣輪機領域超音速飛行器領域航空航天動力領域氣體比熱容比的測量—任務及目的1.了解振動法測量氣體比熱容比的原理2.能夠計算氣體的比熱容比及其不確定度3.掌握智能計數(shù)計時器的使用方法1.實驗任務2.實驗目的利用振動法測量氣體比熱容比氣體比熱容比的測量—實驗原理裝置圖氣體主入口：注入氣體來維持瓶內(nèi)壓強小孔：使直玻管內(nèi)外氣體連通鋼球：通過調節(jié)注入的氣體流量，使其在直玻管內(nèi)做簡諧振動。直玻璃管：特定容器1.實驗裝置氣體比熱容比的測量—實驗原理小球所處位置小球運動狀態(tài)瓶內(nèi)壓強P小孔下方向下運動燒瓶中氣體被壓縮，壓強增大小孔下方經(jīng)過小孔向上運動氣體由小孔膨脹排出，壓強減小備注適當控制注入氣體的流量，小球可以在直玻管的小孔上下做簡諧振動2.諧振的產(chǎn)生小球處于力平衡的條件為：

氣體比熱容比的測量—實驗原理

則小球的運動方程為：

小球振動過程很快，看作絕熱過程：

求導數(shù)得：

記平衡位置為坐標原點3.實驗原理氣體比熱容比的測量—實驗原理簡諧振動方程：

小球運動方程：

可以解得比熱容比：

3.實驗原理氣體比熱容比的測量—實驗儀器ZKY—BRRB氣體比熱容比測定儀光電門：連接著智能計數(shù)計時器，測量小球振動時間和次數(shù)節(jié)流閥：精密調節(jié)氣流量，旋轉旋鈕可調節(jié)小球的振動。氣泵：提供小氣壓氣流，維持瓶內(nèi)壓強，旋轉旋鈕可調節(jié)氣泵氣量大小。氣體比熱容比的測量—實驗內(nèi)容1.用電子天平稱量備用小球的質量m（或直接讀直玻管標簽上的參考值）；記錄氣體體積（見瓶口標簽）；用螺旋測微器多次測量備用小球的直徑d，將數(shù)據(jù)記錄在表1中。序號123456平均值d/mm

表12.按裝置圖連接好儀器，調節(jié)光電門高度，使其與直玻管上的小孔等高。調節(jié)實驗架，使直玻管豎直；確保氣管、儲氣瓶、二口燒瓶無漏氣。1.實驗步驟氣體比熱容比的測量—實驗內(nèi)容3.將氣泵氣量和節(jié)流閥組件旋鈕調至最小，給智能計數(shù)計時器和氣泵上電預熱10分鐘，逐漸增大氣泵氣量直至最大，旋轉節(jié)流閥組件旋鈕，由小到大調節(jié)氣量，直到觀察到小球以小孔為中心做等幅振動。1.實驗步驟氣體比熱容比的測量—實驗內(nèi)容1.實驗步驟4.將智能計數(shù)計時器設置為“多脈沖計時模式”，待實驗準備工作完成后，按“確定/暫停鍵”，選定相應通道后，開始測量。5.待測量完成，按“查詢下翻”鍵查看99次擋光脈沖的總時間，按“確定/暫?！辨I返回。氣體比熱容比的測量—實驗內(nèi)容6.重復4、5步，多次測量，將數(shù)據(jù)記錄在表2中（小球振蕩周期T=2t/N）。表2：小球通過光電門N次的總時間測量數(shù)據(jù)記錄表序號12345平均值t/s擋光次數(shù)N=99

8.實驗完成后，將氣泵氣量調至最小，將節(jié)流閥組件旋鈕調至最小，關閉電源。1.實驗步驟氣體比熱容比的測量—實驗內(nèi)容

2.數(shù)據(jù)處理

氣體比熱容比的測量—實驗內(nèi)容1.環(huán)境中哪些因素會影響空氣的比熱容比？如何影響？2.在測量單一氣體時，有哪些方法