杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心实验实验5 空气比热容比的测定空气比热容比的测定杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心目录目录前言前言实验目的实验目的实验原理实验原理实验仪器实验仪器实验内容实验内容注意事项注意事项杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心前言前言 对对理想气体的定压比热容和定容比热容之间理想气体的定压比热容和定容比热容之间的关系的关系由由式表示：式表示：式式中中R为气体普适常数气体的比热容比为气体普适常数气体的比热容比为为 气体的比热容比现称为气体的绝热系数，它是一气体的比热容比现称为气体的绝热系数，它是一个重个重要要的物理量，的物理量，值经常出现在热力学方程中值经常出现在热力学方程中杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心实验目的实验目的 1.1.用绝热膨胀法和振动法测定空气的比热容比用绝热膨胀法和振动法测定空气的比热容比 2.2.观察热力学过程中状态变化及基本物理规律观察热力学过程中状态变化及基本物理规律 3.3.学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理和使用方法原理和使用方法杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心绝热膨胀绝热膨胀法测量空气的比热容比法测量空气的比热容比杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心实验原理实验原理过程图过程图杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心III是绝热过程，由绝热过程方程得是绝热过程，由绝热过程方程得状态状态I和状态和状态III的温度均为的温度均为T0，由气体状态方程得，由气体状态方程得 合并式两式，消去合并式两式，消去V1、V2得得 由上式可以看出，只要测得由上式可以看出，只要测得P0、P1、P2 就可求得空气就可求得空气的绝热指数的绝热指数。杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心实验仪器实验仪器杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心仪器(a)放大图杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心实验内容实验内容1 1、关闭关闭放气阀放气阀A，打开充气阀打开充气阀B，用充气球向瓶用充气球向瓶内打内打气气，使三位半数字电压表示值升高到，使三位半数字电压表示值升高到100100mVmV150mV150mV。然后然后关闭充气阀关闭充气阀B，观察、的变化，观察、的变化，经历一段时间经历一段时间后，指示值后，指示值不变时，记下不变时，记下Po，此时瓶此时瓶内气体近似为内气体近似为状态状态I.2 2、打开打开放气阀。用气压计测定大气压强，用放气阀。用气压计测定大气压强，用水银温水银温度度计测环境室温。开启电源，让电子仪器计测环境室温。开启电源，让电子仪器部件预热部件预热20分钟，然后旋转调零电位器旋钮，把用于分钟，然后旋转调零电位器旋钮，把用于测量空测量空气压气压强的三位半数字电压表指示值调到强的三位半数字电压表指示值调到“0”，并记并记录录此时此时四位半数字电压表指示值。四位半数字电压表指示值。杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心3 3、迅速、迅速打开放气阀打开放气阀A A，使瓶内气体与大气相通，由于使瓶内气体与大气相通，由于瓶内瓶内气压气压高于大气压，瓶内高于大气压，瓶内V V体积的气体将突然喷出体积的气体将突然喷出,发出发出 “嗤嗤”的声音。当瓶内空气压强降至环境大气压强时的声音。当瓶内空气压强降至环境大气压强时（放（放气气声刚结束），立刻关闭放气阀声刚结束），立刻关闭放气阀A A，这时瓶内气体这时瓶内气体温度降温度降低低，状态变为，状态变为IIII。4 4、当瓶内空气的温度上升至温度当瓶内空气的温度上升至温度T T时，且压强稳定后时，且压强稳定后，记，记下下P P2 2,此时瓶内气体近似为状态此时瓶内气体近似为状态IIIIII。5 5、记录记录室内大气压，根据室内大气压，根据P P0 0,P,P1 1,P,P2 2,可以求出可以求出比热容比。比热容比。杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心注意事项注意事项1、实验、实验中贮气玻璃瓶及各仪器应放于合适位置，最好不中贮气玻璃瓶及各仪器应放于合适位置，最好不要将贮气玻璃瓶放于靠桌沿处，以免打破。要将贮气玻璃瓶放于靠桌沿处，以免打破。2、转动、转动充气阀和放气阀的活塞时，一定要一手扶住活塞，充气阀和放气阀的活塞时，一定要一手扶住活塞，另一只手转动活塞，避免损坏活塞。另一只手转动活塞，避免损坏活塞。杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心3 3、实验前应检查系统是否漏气，方法是关闭放气阀、实验前应检查系统是否漏气，方法是关闭放气阀A A，打开充气阀打开充气阀B B，用充气球向瓶内打气，使瓶内压强升高用充气球向瓶内打气，使瓶内压强升高10001000PaPa2000Pa2000Pa左右左右(对应电压值为对应电压值为2020mVmV40mV)40mV)，关关闭充气阀闭充气阀B B，观察压强是否稳定，若始终下降则说明系观察压强是否稳定，若始终下降则说明系统有漏气之处，须找出原因。统有漏气之处，须找出原因。4 4、做好本实验的关键是放气要进行的十分迅速。即打开、做好本实验的关键是放气要进行的十分迅速。即打开放气阀后又关上放气阀的动作要快捷，使瓶内气体与放气阀后又关上放气阀的动作要快捷，使瓶内气体与大气相通要充分且尽量快底完成。注意记录电压值。大气相通要充分且尽量快底完成。注意记录电压值。杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心振动振动法测定空气的比热容比法测定空气的比热容比杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心实验原理实验原理 实验实验是通过测定小球在储气瓶玻璃管中的是通过测定小球在储气瓶玻璃管中的振动周期来振动周期来测定测定空气的比热容比。空气的比热容比。式式中中d为小球的直径，为小球的直径，P为大气压强，为大气压强，T为室温，为室温，V为体为体积积，m为小球的质量。为小球的质量。杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心实验仪器实验仪器杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心1.仪器调整仪器调整将气泵、储气瓶用橡皮管连接好，装有钢球的玻璃管插将气泵、储气瓶用橡皮管连接好，装有钢球的玻璃管插入球形储气瓶。将光电接收装置利用方形连接块固定在入球形储气瓶。将光电接收装置利用方形连接块固定在立杆上，固定位置于空芯玻璃管的小孔附近。立杆上，固定位置于空芯玻璃管的小孔附近。调节底板上三个水平调节螺钉，使底板处于水平状态。调节底板上三个水平调节螺钉，使底板处于水平状态。接通气泵电源，缓慢调节气泵上的调节旋钮，数分钟后，接通气泵电源，缓慢调节气泵上的调节旋钮，数分钟后，待储气瓶内注入一定压力的气体后，玻璃管中的钢球离待储气瓶内注入一定压力的气体后，玻璃管中的钢球离开弹簧，向管子上方移动，此时应调节好进气的大小，开弹簧，向管子上方移动，此时应调节好进气的大小，使钢球在玻璃管中以小孔为中心上下振动。使钢球在玻璃管中以小孔为中心上下振动。实验内容实验内容杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心2、实验、实验测量测量设置：接通计时仪器的电源及光电接收装置与计时仪器设置：接通计时仪器的电源及光电接收装置与计时仪器的连接。打开计时仪器，预置测量次数为的连接。打开计时仪器，预置测量次数为50次。（如需次。（如需设置其它次数，可按设置其它次数，可按“置数置数”键后，再按键后，再按“上调上调”或或“下调下调”键，调至所需次数，再按键，调至所需次数，再按“置数置数”键确定。本实键确定。本实验按预置测量次数进行，不需要另外置数。）验按预置测量次数进行，不需要另外置数。）杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心测量测量：按：按“执行执行”键，即开始计数（状态显示灯闪烁）。键，即开始计数（状态显示灯闪烁）。待状态显示灯停止闪烁，显示屏显示的数字为振动待状态显示灯停止闪烁，显示屏显示的数字为振动50次次所需的时间。重复测量所需的时间。重复测量5次。次。其它测量其它测量 用螺旋测微计测出钢球的直径用螺旋测微计测出钢球的直径d，重复测量重复测量5次。次。用物理天平称出钢球的质量用物理天平称出钢球的质量m，左右盘各称一次。左右盘各称一次。杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心记录室温和大气压和容器的体积记录室温和大气压和容器的体积根据公式求出空气的比热容比。根据公式求出空气的比热容比。估算估算测量的不确定度测量的不确定度3、实验步骤、实验步骤杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心注意事项注意事项若钢球不作简谐振动，可以调节气泵上面的气流调节若钢球不作简谐振动，可以调节气泵上面的气流调节阀门，直到钢球在玻璃管上小孔附近作稳定的谐振动。阀门，直到钢球在玻璃管上小孔附近作稳定的谐振动。接通电源后若不计时或不停止计时，可能是光电门位接通电源后若不计时或不停止计时，可能是光电门位置放置不正确，造成钢球上下振动时未挡光，或者是置放置不正确，造成钢球上下振动时未挡光，或者是外界光线过强，须适当挡光。外界光线过强，须适当挡光。本实验装置主要系玻璃制成，且对玻璃管的要求特别本实验装置主要系玻璃制成，且对玻璃管的要求特别高，振动钢球的直径仅比玻璃管内径小高，振动钢球的直径仅比玻璃管内径小0.01mm左左右，因此钢球表面不允许擦伤，在测量钢球质量和直右，因此钢球表面不允许擦伤，在测量钢球质量和直径是要注意轻拿轻放，还要防止钢球表面粘上灰尘。径是要注意轻拿轻放，还要防止钢球表面粘上灰尘。杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心杭州电子科技大学杭州电子科技大学物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心