物理实验指导

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1、空气比热容比的测量气体的定压比热容和定容比热容之比称为气体的比热容比，又称作绝热指数，它是一个重要的热力学常数，在热力学方程中经常用到。本实验用新型扩散硅压力传感器测定空气的压强，用电流型集成温度传感器测空气的温度变化，从而得到空气的绝热指数；要求观察热力学现象，掌握测量空气绝热指数的一种方法，并了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。【实验原理】设有一个带有两个活塞的容器，如图1所示：其中活塞接充气球，活塞与环境大气相通(大气压强为，室温为)。若打开活塞(关闭活塞)，用充气球将空气缓缓压入容器中，此时容器内气体压强增大，温度稍有升高，待气

2、体温度下降至室温，且压强稳定时，其压强为，体积为。然后，关闭活塞，并突然将活塞打开，气体迅速喷出，待容器内空气回复到环境压强时，将活塞急速关闭。这时，原容器内空气的体积变(包括放出一部分气体)，温度降为。容器内空气压强变化和温度变化都极快，以至于空气与容器壁之间来不及传递热量，此过程可看做绝热过程，因此满足：(1)式中，为气体绝热指数。活塞关闭后，容器内空气温度回升。当回升到放气前初始状态温度时，其压强为，因此，放气前图1(a)至放气后气体温度回升到室温图1(c)这一过程可视为等温过程，由理想气体状态方程得：(2)由公式(1)和公式(2)解得：(3)【实

3、验仪器】FB739型空气比热容比测定仪本实验采用的空气绝热指数测定仪如图2所示，它由扩散硅压力传感器、集成温度传感器、数字电压表(二只)、直流稳压电源、固定取样电阻、大玻璃容器、打气球及导线等组成。扩散硅压力传感器连同内部电源及数字电压表用于测量容器内的气体压强，该测量装置的转换灵敏度为，它显示的是容器内的气体压强大于容器外环境大气压的压强差值，集成温度传感器为线性测量元件，它的灵敏度为，环境大气压强可以用福廷式气压计或指针式气压计测量。【实验内容】1.按图2接好仪器的电路，集成温度传感器的正负极请勿接错。图2中虚线框内部分都已安装在仪表箱内，其中取样电

4、阻。开启电源，让电子仪器部分预热，然后用调零电位器调节零点，把用于测量空气压强的三位半数字电压表指示值调到(活塞已开启)。实验室给出当前环境大气压和室温。2.把活塞关闭，活塞打开，用充气球把空气稳定地徐徐压入贮气瓶内，然后关闭活塞用压力传感器和温度传感器测量空气的压强和温度，记录瓶内压强均匀稳定时，压强和温度值。3．突然打开活塞,使瓶内空气与大气相通，当瓶内压强降至时，立刻关闭放气阀，(放气声刚消失，由于气压计显示值存在滞后效应，实践证明，根据放气声来确定瓶内气压趋于结果更准确)，将有体积为的气体喷泻出贮气瓶。把瓶中保留的气体作为研究对象，由于放气过程较

5、快，瓶内剩下的气体来不及与外界进行热交换，可以认为是一个绝热膨胀过程。在此过程进行之后，瓶中剩下的气体由状态I（）转变为状态II（），其中为瓶中保留气体在状态I（）时所占的体积。这时瓶内气体温度降至。4.当贮气瓶内空气的温度上升至温度时，记下贮气瓶内气体压强。5.把测得的瓶内压强值、和(以为单位)，把气压单位换算成或，并代入公式(3)，求得空气的比热容比，重复四次求平均值。【预习思考题】1.气体的比热容比是怎样推导出来的？有什么实际意义？2.如果从停止打气到读取P1’，以及从停止放气到读取P2’的时间都很短,分别对测量结果带来什么影响？若都很长，对测量结

6、果有影响吗？为什么？【思考讨论题】1.本实验中测量温度为什么要用集成温度传感器?它有什么优点?可否用水银温度计代替?2.本实验必做部分3中，为何放气声消失时，必须迅速关闭活塞?如果关闭较晚，会有什么结果?【注意事项】1．实验时硅压力传感器请勿用手压，以免影响测量准确性；2．玻璃旋转活塞时不可动作过猛，以防活塞折断；3．玻璃活塞如有漏气，可用乙醚将油脂擦干净，重新涂真空油脂。橡皮塞与玻璃瓶或玻璃管接触部位等处有漏气只需涂硅化橡胶，即可防止漏气；4．由于硅压力传感器各只灵敏度不完全相同，一台仪器配一只专用传感器，请勿将显示器与压力传感器互换；5.压入气体时要

7、平稳，掌握放气活塞从打开到关闭的时间，放气时间太长或太短都将引入较大误差。6.实验完毕将仪器整理复原，并注意将放气活塞C2打开，使容器与大气相通。【附录】实验数据范例（仅供参考）1．表格中使用的主要公式：（1）；；其中单位：；和单位：，和的单位：（2）（读数相当于）。2．数据表格（计算步骤省略）：117.31427.132.41427.1107.25103.001.393118.41429.534.21429.5107.30103.091.418120.21431.832.31431.8107.39103.001.378118.11433.631.514

8、33.6107.29102.961.3743．计算实验结果的平均值：。4．将测量