大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)-拓展提高篇 課件 實(shí)驗(yàn)1.4-氣體比熱容比的測量

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇?dú)怏w比熱容比的測量氣體比熱容比的測量—實(shí)驗(yàn)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(xué)性質(zhì)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(zhì)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(shí)驗(yàn)背景2.測量方法測量方法原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)絕熱膨脹法原理簡單，有助于加深對熱力學(xué)過程中狀態(tài)變化的了解。實(shí)驗(yàn)者操作技術(shù)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(shí)驗(yàn)背景3.應(yīng)用比熱容比在工程熱物理與氣體動力學(xué)領(lǐng)域扮演著非常重要的角色，是相關(guān)重大科技領(lǐng)域中的重要參數(shù)，廣泛存在于相關(guān)學(xué)術(shù)領(lǐng)域基本公式和重要數(shù)據(jù)表中。航空發(fā)動機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域超音速飛行器領(lǐng)域航空航天動力領(lǐng)域氣體比熱容比的測量—任務(wù)及目的1.了解振動法測量氣體比熱容比的原理2.能夠計(jì)算氣體的比熱容比及其不確定度3.掌握智能計(jì)數(shù)計(jì)時器的使用方法1.實(shí)驗(yàn)任務(wù)2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦谜駝臃y量氣體比熱容比氣體比熱容比的測量—實(shí)驗(yàn)原理裝置圖氣體主入口：注入氣體來維持瓶內(nèi)壓強(qiáng)小孔：使直玻管內(nèi)外氣體連通鋼球：通過調(diào)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(shí)驗(yàn)裝置氣體比熱容比的測量—實(shí)驗(yàn)原理小球所處位置小球運(yùn)動狀態(tài)瓶內(nèi)壓強(qiáng)P小孔下方向下運(yùn)動燒瓶中氣體被壓縮，壓強(qiáng)增大小孔下方經(jīng)過小孔向上運(yùn)動氣體由小孔膨脹排出，壓強(qiáng)減小備注適當(dāng)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(shí)驗(yàn)原理

則小球的運(yùn)動方程為：

小球振動過程很快，看作絕熱過程：

求導(dǎo)數(shù)得：

記平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)3.實(shí)驗(yàn)原理氣體比熱容比的測量—實(shí)驗(yàn)原理簡諧振動方程：

小球運(yùn)動方程：

可以解得比熱容比：

3.實(shí)驗(yàn)原理氣體比熱容比的測量—實(shí)驗(yàn)儀器ZKY—BRRB氣體比熱容比測定儀光電門：連接著智能計(jì)數(shù)計(jì)時器，測量小球振動時間和次數(shù)節(jié)流閥：精密調(diào)節(jié)氣流量，旋轉(zhuǎn)旋鈕可調(diào)節(jié)小球的振動。氣泵：提供小氣壓氣流，維持瓶內(nèi)壓強(qiáng)，旋轉(zhuǎn)旋鈕可調(diào)節(jié)氣泵氣量大小。氣體比熱容比的測量—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.用電子天平稱量備用小球的質(zhì)量m（或直接讀直玻管標(biāo)簽上的參考值）；記錄氣體體積（見瓶口標(biāo)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(diào)節(jié)光電門高度，使其與直玻管上的小孔等高。調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)架，使直玻管豎直；確保氣管、儲氣瓶、二口燒瓶無漏氣。1.實(shí)驗(yàn)步驟氣體比熱容比的測量—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3.將氣泵氣量和節(jié)流閥組件旋鈕調(diào)至最小，給智能計(jì)數(shù)計(jì)時器和氣泵上電預(yù)熱10分鐘，逐漸增大氣泵氣量直至最大，旋轉(zhuǎn)節(jié)流閥組件旋鈕，由小到大調(diào)節(jié)氣量，直到觀察到小球以小孔為中心做等幅振動。1.實(shí)驗(yàn)步驟氣體比熱容比的測量—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)步驟4.將智能計(jì)數(shù)計(jì)時器設(shè)置為“多脈沖計(jì)時模式”，待實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作完成后，按“確定/暫停鍵”，選定相應(yīng)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/暫停”鍵返回。氣體比熱容比的測量—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6.重復(fù)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(shí)驗(yàn)完成后，將氣泵氣量調(diào)至最小，將節(jié)流閥組件旋鈕調(diào)至最小，關(guān)閉電源。1.實(shí)驗(yàn)步驟氣體比熱容比的測量—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.數(shù)據(jù)處理

氣體比熱容比的測量—實(shí)驗(yàn)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