空气比热容比的测定.doc

空气比热容比的测定1、学会一种测定空气比热容比的方法。2、学会正确使用物理天平和千分尺。3、掌握直接测量值和间接测量值不确定度的计算。1、千分尺和物理天平的正确使用方法。2、气体比热容比的概念和不确定度的计算。讲解、讨论与演示相结合。3学时。比热容是物质的重要参量，在研究物质结构、确定相变、鉴定物质纯度等方面起着重要的作用。气体的定压比热容和定体比热容的比值称为比热容比。气体的值在许多热力学过程特别是绝热过程中是一个很重要的参数。实验中气体的比热容比常通过绝热膨胀法、绝热压缩法等方法来测定。本实验将采用一种比较新颖的方法，即通过测定小球在储气瓶玻璃管中的振动周期来计算空气的值。一、实验目的1、学会一种测定空气比热容比的方法。2、学会正确使用物理天平和千分尺。3、掌握直接测量值和间接测量值不确定度的计算。二、实验仪器FB212型气体比热容比测定仪、支撑架、小型气泵、TW-1型物理天平、0-25mm外径千分尺等。FB212型气体比热容比测定仪的结构和连接方式如图2所示：三、实验原理如图1所示，钢球A位于精密细玻璃管B中，其直径仅仅比玻璃管直径小0.01-0.02mm，使之能在玻璃管中上下移动，瓶上有一小孔C，可以通过导管将待测气体注入到玻璃瓶中。图1设小球质量为m，半径为r，当瓶内气压P满足下式时，小球处于平衡位置： （2） 设小球从平衡位置出发，向上产生微小正位移x，则瓶内气体的体积有一微小增量： （3）与此同时瓶内气体压强将降低一微小值，此时小球所受合外力为： （4）小球在玻璃管中运动时，瓶内气体将进行一准静态绝热过程，有绝热方程： （5）两边微分，得 （6）将（3）、（4）两式代入（6）式，得： （7）由牛顿第二定律，可得小球的运动方程为： （8）可知小球在玻璃管中作简谐振动，其振动周期为： （9）最后得气体的值为： （10）（10）式中右边各量可以方便测出，故可以计算出气体的值。实验中为了补偿由于空气阻力以及少量漏气引起的小球振幅的衰减，通过C管一直向玻璃瓶中注入一小气压的气流，在玻璃管B的中部开有一小孔，当小球处于孔下方时，注入气体压强增大，使得小球往上运动；当小球越过小孔后，容器内气体经小孔流出，气体压强减少，小球将往下运动，如此循环往复进行以上过程，只要适当控制注入气体的流量，小球就能在玻璃管中小孔附近作简谐振动，其振动周期可用光电计时装置测得。四、实验内容与步骤1、实验仪器的调整1）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立杆上，固定位置于空芯玻璃管的小孔附近。2）调节底板上三个水平调节螺钉，使底板处于水平状态。3）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。2、振动周期测量1）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50次。（如需设置其它次数，可按“置数”键后，再按“上调”或“下调”键，调至所需次数，再按“置数”键确定。本实验按预置测量次数进行，不需要另外置数。）2）测量：按“执行”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50次所需的时间。重复测量5次。3、其它测量 1）用千分尺测出钢球的直径d，重复测量5次。2）用物理天平称出钢球的质量m，重复测量5次。五、注意事项1、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。2、装有钢球的玻璃管上端加有黑色护套，防止实验时气流过大，导致钢球冲出。3、测钢球的质量和直径时需要取出钢球。正确的取法是：先拨出护套，左手拇指堵住玻璃管上的小孔，待管中压强增大，钢球冲出管口的瞬间，用右手抓住钢球。取钢球需注意力高度集中，以防失手钢球落下砸坏玻璃器皿。待测量完毕，钢球放入管中后，仍需套入护套。4、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，或者是外界光线过强，须适当挡光。5、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0.01mm左右，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。六、课堂指导1、千分尺和物理天平的正确使用方法。2、调节气泵上的气量调节旋钮控制入气量，使钢球振动位置及振幅合适。3、周期不测量时，请学生关闭气泵电源，以防气泵长时间工作发热。七、思考题1、试确定本实验中所使用各测量仪器的最小分度值。答：千分尺的最小分度值为0.01mm，物理天平的最小分度值按0.1g取。2、入气量的大小对钢球的运动有何影响？如何调节入气量的大小？答：入气量的大小影响钢球的振幅，从而影响其振动的周期。可以通过调节气泵上的气量调节旋钮调节入气量。八、实验数据处理1、数据表格钢球振动周期测量次数12345（s）29.0329.0429.0329.0429.03周期平均值：0.5807（s）钢球直径测量次数12345（mm）13.99513.99813.99013.99613.992直径平均值：13.994（mm）钢球质量测量次数12345（g）11.3411.3311.3311.3411.34质量平均值：11.336（g）其它物理量：球形储气瓶容积：；本地重力加速度：；标准大气压：2、计算空气的比热容比值3、计算不确定度本实验忽略球形储气瓶容积V和大气压强P的测量误差钢球振动周期的不确定度：A类不确定度为：B类不确定度为：故钢球直径的不确定度：A类不确定度为：B类不确定度为：故钢球质量的不确定度：A类不确定度为：B类不确定度为：故的不确定度： =0.00320.004结果表达式为：取空气比热容比的公认值为