大学物理实验课件 实验4.5 空气比热容比的测量
实验4.5 空气比热容比的测量
物理系：张师平
北京科技大学物理系张师平
实验目的
1.用绝热膨胀法测量空气比热容比
2.学习气体压力传感器和温度传感器的原理以及使
用方法
北京科技大学物理系张师平
实验仪器
1.FD-NCD空气比热容比测定仪
2.压力传感器
3.温度传感器
4.显示电表
北京科技大学物理系张师平
?多方方程：PV n＝常数
n＝0：等压过程
n＝1：等温过程
n＝∞：等温过程
n＝γ：绝热过程
北京科技大学物理系张师平
循环过程
T T
t T T t>T0 压缩 绝热膨胀P (V2,T1) 等容吸热P 2(V 2 ,T ) P 1 (V 1, T ) P 2 (V 2, T ) V P P~V曲线 P0(V2,T1) 等容放热P 1(V ,T ) T T t =T T T t =T 北京科技大学物理系张师平 实验分析 1.影响实验结果的因素有哪些？ 实验结论 北京科技大学物理系张师平 大学物理实验预习报告 实验原理及仪器介绍： 圆柱体密度计算公式如式（1）所示。 H D m V m 2 4πρ== （1） 液体密度计算公式如式（2）所示。 水 水 待测液体待测液体水 水 待测液体 待测液体 m m m m ρρρρ?= ?= （2） 实验仪器： 1.游标卡尺 如图1所示，游标卡尺有两个主要部分，一条主尺和一个套在主尺上并可以沿它滑动的副尺（游标）。游标卡尺的主尺为毫米分度尺，当下量爪的两个测量刀口相贴时，游标上的零刻度应和主尺上的零位对齐。 如果主尺的分度值为a ，游标的分度值为b ，设定游标上n 个分度值的总长与主尺上（ n-1 ）分度值的总长相等，则有 a n n b )1(-= （3） 图1 游标卡尺示意图 主尺与副尺每个分度值的差值即游标尺的分度值，也就是游标尺的精度（最小读数值）： - =-a b a n a n a n =-)1( （4） 常用的三种游标尺有50,20,10=n ,即精度各为、、。 游标尺的读数方法是：先读出游标零线以左的那条线上毫米级以上的读数L 0，即为整数值；然后再仔细找到游标尺上与主尺刻线准确对齐的那一条刻线（该刻线的两边不对齐成对称状态），数出这条刻线是副尺上的第k 条，则待测物的长度（即为小数值）为 n a k L L ? +=0 （5） 图2是50=n 分度游标卡尺的刻度及读数举例。图上读数： 00.0215.00120.0515.60L L k mm =+?=+?= 图2 游标卡尺读数示意图 螺旋测微器 如图3所示，螺旋测微器是在一根测微螺杆上配一螺母套筒，上有分度的标尺。测微螺杆的后端连接一个有50个分度的微分套筒，螺距为50mm 。当微分套筒转过一个分度时，测微螺杆就会在螺母套筒内沿轴线方向改变。也就是说，螺旋测微器的精密度（分度值）是。由此可见，螺旋测微器是利用螺旋（测微螺杆的外螺纹和固定套筒的内螺纹精密配合）的旋转运动，将测微螺杆的角位移转变为直线位移的原理实现长度测量的量具。 图3 螺旋测微器示意图 在使用螺旋测微器时，应该检查零线的零位置，当螺杆的一端与测砧相接触时，往往会0 空气比热容比的测量 实验目的： 1.用绝热膨胀法测定空气的比热容比。 ２.观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。 3.学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理及使用方法。实验原理: 对理想气体的定压比热容C ｐ和定容比热容C v 之关系由下式表示： Ｃ p —C v =Ｒ（1） （1) 式中,Ｒ为气体普适常数。气体的比热容比r值为： ｒ= C p /C v (2） 气体的比热容比现称为气体的绝热系数，它是一个重要的物理量，r值经常出现在热力学方程中。 测量ｒ值的仪器如图〈一〉所示。实验时先关闭活塞C 2 ,将原处于环境大气 压强P 0、室温θ 的空气从活塞Ｃ 1 ,处把空气送入贮气瓶Ｂ内，这时瓶内空气压 强增大。温度升高。关闭活塞C 1,待稳定后瓶内空气达到状态I(P ,θ ，V 1 ),V 1 为贮气瓶容积。 然后突然打开阀门C 2,使瓶内空气与大气相通，到达状态II(P 1 ,θ ,V 1 ）后, 迅速关闭活塞C ２ ，由于放气过程很短，可认为是一个绝热膨胀过程，瓶内气体压强减小，温度降低,绝热膨胀过程应满足方程： P1V１’=P０V2’(3） 在关闭活塞Ｃ ２之后，贮气瓶内气体温度将升高,当升到温度θ ０ 时,原状态为 I(Ｐ １,θ ,V １ )体系改变为状态III(P 2 ,θ ，Ｖ ２ ）,应满足： P1V1=P０V2(４） 由(３)式和（4)式可得到： r=（lｏg P0-loｇ P1)/（lｏｇＰ２-log Ｐ１） 利用(５)式可以通过测量Ｐ 0、P 1 和P 2 值，求得空气的比热容比r值。 实验装置: 图〈一〉实验装置中1为进气活塞塞Ｃ １,2为放气活塞C 2 ，3为电流型集成温 度传感器AD590,它是新型半导体温度传感器，温度测量灵敏度高，线性好,测温 范围为-50℃至150℃。ＡD59０接６Ｖ直流电源后组成一个稳流源，见图〈二〉，它的测温灵敏度为1μA/℃,若串接5KΩ电阻后，可产生５mv／℃的信号电压,接0～2Ｖ量程四位半数字电压表,可检测到最小0.02℃温度变化。4为气体压力传感器探头,由同轴电缆线输出信号,与仪器内的放大器及三位半数字电压表相接。当待测气体压强为环境大气压P ０ 时，数字电压表显示为0;当待测气体压强为 P +10．0０KＰa时,数字电压表显示为２00ｍｖ；仪器测量气体压强灵敏度为20mv/KPa,测量精度为５Pa。 实验内容： 1.按图〈一〉接好仪器的电路,ＡD590的正负极请勿接错。用Forｔon式 气压计测定大气压强P 0,用水银温度计测环境室温θ 。开启电源,将 电子仪器部分预热20分钟,然后用调零电位器调节零点,把三位半数字电压表表示值调到0。 ２.把活塞Ｃ ２关闭，活塞C 1 打开,用打气球把空气稳定地徐徐进入贮气瓶 长度测量 长度是一个基本物理量，许多其他的物理量也常常化为长度量进行测量；如用温度计测量温度就是确定水银柱面在温度标尺上的位置；测量电流或电压就是确定指针在电流表或电压表标尺上的位置等。因此，长度测量是一切测量的基础。物理实验中常用的测量长度的仪器有：米尺、游标卡尺、螺旋测微器（千分尺）、读数显微镜等。通常用量程和分度值表征这些仪器的规格。量程表示仪器的测量范围；分度值表示仪器所能准确读到的最小数值。分度值的大小反映了仪器的精密程度。一般来说，分度值越小，仪器越精密。 【实验目的】 1. 掌握游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜的测量原理和使用方法； 2. 学习正确读取和记录测量数据； 3. 掌握数据处理中有效数字的运算法则及表示测量结果的方法； 4.熟悉直接和间接测量中的不确定度的计算. 【实验仪器】 不锈钢直尺，游标卡尺，螺旋测微器，读数显微镜，铁环、细金属丝、钢珠 【实验原理】 一、游标卡尺 用普通的米尺或直尺测量长度，只能准确地读到毫米位。毫米以下的1位要凭视力估计，实验中要使读数准确到0.1mm或更小时，一般采用游标 游标上分度格数 主尺上最小分度值== -=y m x y x 1δ卡尺和螺旋测微计。 1．游标卡尺的结构 游标卡尺又叫游标尺或卡尺，它是为了使米尺测量的更准确一些，在米尺上附加了一段能够滑动的有刻度的小尺，叫做游标。利用它可将米尺估读的那位数值准确地读出来。因此，它是一种常用的比米尺精密的测长仪器。利用游标卡尺可以用来测量物体的长度、孔深及内外直径等。 游标卡尺的外形如图4-1-1所示。它主要由两部分构成：与量爪AA ’相连的主尺D ；与量爪BB ’及深度尺C 相连的游 标E 。游标E 可紧贴着主尺D 滑动。量爪A 、B 用来测量厚度和外径，量爪A ’、B ’用来测量内径，深度尺C 用来测量槽的深度，他们的读数值都是由游标的0线于主尺的0线之间的距离表示出来。 2．游标卡尺的测量原理 游标卡尺在构造上的主要特点是：游标刻度尺上m 个分格的总长度和主刻度尺上的(m －1)个分格的总长度相等。设主刻度尺上每个等分格的长度为y ，游标刻度尺上每个等分格的长度为x ，则有 mx ＝（m －1）y (4-1-1) 主刻度尺与游标刻度尺每个分格的差值是 图4-1-1 游标卡尺 （4-1-2 空气比热容比的测定 在热学中比热容比是一个基本物理量。过去，由于实验测量手段的原因使得对它的测量误差较大。现在通过先进的传感器技术使得测量便得简单而准确。本实验通过压力传感器和温度传感器来测量空气的比热容比。 一、实验目的 1. 用绝热膨胀法测定空气的比热容。 2. 观察热力学过程中状态变化及基本物理规律。 3. 学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理及使用方法。 二、实验原理 理想气体定压摩尔热容量和定体摩尔热容量之间的关系由下式表示 R C C v p =- （4-6-1） 其中, R 为普适气体常数。气体的比热容比γ定义为 v p C C = γ （4-6-2） 气体的比热容比也称气体的绝热系数，它是一个重要的物理量，其值经常出现在热力学方程中。 测量仪器如图4-6-1所示。1为进气活塞C 1，2 为放气活塞C 2，3为电流型集成温度传感器,4为气体压力传感器探头。实验时先关闭活塞C 2，将原处于环境大气压强为P 0、室温为T 0的空气经活塞C 1送入贮气瓶B 内，这时瓶内空气压强增大，温度升高。关闭活塞C 1，待瓶内空气稳定后，瓶内空气达到状态Ⅰ（101,,V T P ），V 1为贮气瓶容积。 然后突然打开阀门C 2，使瓶内空气与周围大气相通，到达状态Ⅱ（),,220V T P 后，迅速关闭活塞C 2。由于放气过程很短，可认为气体经历了一个绝热膨胀过程，瓶内气体压强减小，温度降低。绝热膨胀过程应满足下述方程 γ γ 2 011V P V P = （4-6-3） 在关闭活塞C 2之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度T 0时，原气体的状态为Ⅰ（101,,V T P ）改变为状态Ⅲ（202,,V T P ），两个状态应满足如下关系： 2 211V P V P = （4-6-4） 由（4-6-3）式和（4-6-4）式，可得 )lg /(lg )lg (lg 1210P P P P --=γ （4-6-5） 利用（4-6-5）式可以通过测量P 0、P 1和P 2值，求得空气的比热容比γ值。 华南农业大学实验报告 专业班次农学班一组别题目空气比热容比地测量姓名梁志雄日期 实验名称：空气比热容比地测量 实验地目地：学习用绝热膨胀法测定空气地比热容比；观测热力学过程中状态变化及基本物理规律. 实验原理：气体地定压比热容和定容比热容之比称为气体地比热容比，用符号 表示.（即），它被称气体地绝热系数，它是一个重要地参量，经常出现在热力学方程中.通过测量，可以加深对绝热、定容、定压、等温、等热力学过程地理解. 如图所示，实验开始时，首先关闭活塞.打开活塞，由压气泡将原处于环境大气压强Ｐ.室温地空气压入贮气瓶Ｂ内，这时瓶内压强增大，温度变至一定值时，关闭活塞.待稳定后，瓶内空气达到状态，为贮气瓶容积. 然后突然打开活塞，使瓶内空气与大气相通，到达状态时迅速关闭活塞，由于放气过程很短，故认为此过程是一个近似地绝热过程.瓶内气体压强减小，温度降低，绝热膨胀过程应该满足泊松定律： () 由气态方程可知 （）由以上两式子可以得到 （）当关闭活塞之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升高到时，到达状态.从状态到状气体地体积不变. 由查理定律 （）由()和()两式得 （）再由（）和（）两式得 （）那么利用（）式这一测量公式，通过测量，，地值可测量出空气地比热容地值. 实验步骤：．连结好仪器，将电子仪器部分预热分钟用容盒式气压表测定大气压强，通过调零电位器调节零点. ．把活塞关闭，活塞打开.用压气泡把空气稳定地徐徐地压入气瓶中，待瓶内气压达到一定值后，停止压气，并记录下稳定后地压强值.．突然打开活塞，当气瓶地空气压强降低至环境大气压强时（即放气声消失），迅速关闭活 塞. ．待贮气瓶内空气地压强稳定后，记录下. ．用测量公式（）进行计算，求得空气比热容比 记录数据地表格： 周围大气压强 × 实验开始前地室温℃ 数据处理 由表格中地数据可知，空气地比热容比地平均值是 ，而标准偏差 操作思考题 打开活塞放气时，若提前关闭或滞后关闭活塞，各会给实验结果带来什么影响？ 由实验中比热容比地计算公式γ＝[㏒（Ｐ１）－㏒（Ｐ０）]÷[㏒（Ｐ１）－㏒（Ｐ ２）]可知，当提前关闭活塞Ｃ２时，气缸内地压强Ｐ２就会增大，根据上面公式，求地空 气地比热容比会增大，同理，当推辞关闭活塞Ｃ２时，空气地比热容比会减少.本实验地误差来源于那几个方面？最大地实验误差是哪个因素造成地？怎样减少误差？ 实验地主要误差主要来源于温度和压力方面；而最大地实验误差则来源于压强方面，在实验地过程中，由于操纵活塞Ｃ２地时候所产生地误差，就导致了气缸中气体溢出外界地量地多少，从而对缸里地压强产生一个直接地影响，导致测出地空气比热容比产生误差，为了减少实验过程中所产生地误差，在做实验地时候，应注意检查气体是否产生泄露，在测量数据时，尽量测量多组数值，取平均值.测量次数 状态压强显示值 状态温度 状态Ⅲ压强显 示值 状态Ⅲ温度 Ⅲ 状态气体实际压强 状态Ⅲ气体实际压强 γ ２．６６ 大学物理实验教案 实验目的： 1．掌握游标卡尺、螺旋测微计和移测显微镜的测量原理和使用方法。 2．根据仪器的精度和有效数字的定义，正确记录原始数据。 3．掌握直接测量和间接测量的数据处理方法，并用不确定度报告测量结果。 实验仪器： 游标卡尺、螺旋测微计、移测显微镜、滚珠、圆管、毛细管、铝块。 实验原理： 1． 游标卡尺 普通测长度的尺子其准确度有一定的局限性，主要是由于其分度值（即仪器能准确鉴别的最小量值）较大。例如米尺的分度值为1mm 而不能更小，否则，刻度线太密将无法区分。为此，在主尺上装一个能够沿主尺滑动的带有刻度的副尺，称为游标，这样的装置称为游标卡尺。 游标卡尺的结构如图1 所示。主尺 D 是一根钢制的毫米分度尺，主尺头上附有钳口 A 和刀口A ′，游标E 上附有钳口 B 、刀口 B ′ 和尾尺 C ，可沿主尺滑动。螺丝F 可将游标固定在主尺上，当钳口AB 密接时，则刀口 A ′B ′对齐，尾尺C 和主尺尾部也对齐，主尺上的0线与游标上的0线重合。 图1 游标卡尺 钳口AB 用来测物体的长度及外径，刀口 A ′B ′用来测物体的内径，而尾尺C 则用来测物体的深度。它们的读数值，都是表示游标的0线与主尺的0线之间的距离。 游标卡尺的规格有多种，其精密程度各不相同，但不论哪一种，它的原理和读数方法都是一样的。常用游标尺的设计，在游标尺上刻有m 个分格，游标上m 个分格的总长，正好与主尺上（m –1）个分格的总长相等，如果用 y 表示主尺上最小分格的长度，x 表示游标上每一小格的长度，则 (m –1)y = mx 所以，主尺与游标上每个分格长度的差值是 m y x y = - 这个量就是游标卡尺的分度值。通常主尺最小分格y 都为1mm ，因此，游标的分格数越多，分度值就越小，卡尺的精密度就越高。 常用的游标卡尺的分度值有0.1mm 、0.05mm 、0.02mm 三种。 利用游标卡尺测物体的长度时，把物体放于钳口之间，游标右移。游标0线对准主尺上某一位置，毫米以上整数部分l 0可以从主尺上直接读出，毫米以下部分△l 从副尺上读出。 学实验报告 课程名称：_____ 大学物理实验（一）_________ 实验名称：实验1 基本测量______________ 学院：______________________________________ 专业：______ 课程编号： ________________________ 组号：16 指导教师: ________________ 报告人：__________ 学号_______________ 实验地点__________ 科技楼906 __________ 实验时间：______ 年_______ 月 ____ 日星期________ 实验报告提交时间: 四、实验容和步骤 五、数据记录 1用游标卡尺R测量圆筒的外径D径d、和高H 表1 2、用螺旋测微计测量粗铜丝、细铜丝的直径表2单位：________ 千分尺零点：____________ 千分尺基本误差：_____________ 六、数据处理： 1、计算圆筒的外径D ,并计算D（5分） 2、计算圆筒的径d ,并计算d（5 分） 2 3、计算圆筒的高 H ,并计算 H （5分） 4、计算粗铜丝直径 D 1及 D 1 （6分） 5、计算细铜丝直径 D 2及 D 2 （6分） 6、间接量B D 1D 2 D 1 D 2 ，计算B 的平均值、相对误差和绝对误差。 （5 分） 提示: D 2 D i D 2 七、实验结果与讨论 实验结果1: 圆筒的外径： D P = D D ( ) 实验结果2: 圆筒的径：d P = d d ( ) 实验结果3: 圆筒的高：H P = H H ( ) 实验结果4: 粗铜丝的直径： D i P = D i D i ( ) 实验结果5: 粗铜丝的直径： D2 P = D2 D2 ( ) 实验结果讨论：6: B P = B B ( ) 竭诚为您提供优质文档/双击可除空气比热容比实验报告 篇一：实验报告空气比热容比的测定 1.实验名称 空气比热容比的测定2.实验目的 (1)了解绝热、等容的热力学过程及有关状态方程。(2)测定空气的比热容比。 3.实验原理:主要原理公式及简要说明、原理图 (1)热力学第一定律及定容比热容和定压比热容热力学第一定律：系统从外界吸收的热量等于系(:空气比热容比实验报告)统内能的增加和系统对外做功之和。考虑在准静态情况下气体由于膨胀对外做功为dA?pdV，所以热力学第一定律的微分形式为 dQ?de?dA?de?pdV(1) 定容比热容cv是指1mol的理想气体在保持体积不变的情况下，温度升高1K所吸收的热量。由于体积不变，那么由(1)式可知，这吸收的热量也就是内能的增加(dQ＝de)，所以 ?dQ?de ?cv???dT??dT(2)??v 由于理想气体的内能只是温度的函数，所以上述定义虽然是在等容过程中给出，实际上 任何过程中内能的变化都可以写成de＝cvdT 定压比热容是指1mol的理想气体在保持压强不变的情况下，温度升高1K所吸收的热量。即 ?dQ? ?(3)cp???dT???p 由热力学第一定律(3)式，考虑在定压过，就有 dV?dQ??de? ??????p(4) dT?dT?p?dT?p 由理想气体的状态方程pV＝RT可知，在定压过程中入(4)式，就得到定压比热容与定容比热容的关系 dVRde ?，又利用?cv代dTpdT cp?cv?R(5) R是气体普适常数，为8.31J/mol·K，引入比热容比?为 ??cp/cv(6) 在热力学中，比热容比是一个重要的物理量，它与温度 007 实验报告 评分： 课程： ******** 学期： ***** 指导老师: **** 年级专业： ***** 学号：****** 姓名：！习惯一个人007 实验3-5空气比热容比的测定 一、实验目的 1. 用绝热膨胀法测定空气的比热容。 2. 观察热力学过程中状态变化及基本物理规律。 3. 学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理及使用方法。 二、实验原理 测量仪器如图4-6-1所示。1为进气活塞C 1，2 为放气活塞C 2，3为电流型集成温度传感器,4为气体压力传感器探头。实验时先关闭活塞C 2，将原处于环境大气压强为P 0、室温为T 0的空气经活塞C 1送入贮气瓶B 内，这时瓶内空气压强增大，温度升高。关闭活塞C 1，待瓶内空气稳定后，瓶内空气达到状态Ⅰ（101,,V T P ） ，V 1为贮气瓶容积。 然后突然打开阀门C 2，使瓶内空气与周围大气相通，到达状态Ⅱ（),,220V T P 后，迅速关闭活塞C 2。由于放气过程很短，可认为气体经历了一个绝热膨胀过程，瓶内气体压强减小，温度降低。绝热膨胀过程应满足下述方程 r r o r o r T p T p 1 1 11 --= （3-5-2） 在关闭活塞C 2之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度T 0时，原气体的状态为Ⅰ（101,,V T P ）改变为状态Ⅲ（202,,V T P ） ，两个状态应满足如下关系： 0 21T p T p o = (3-5-3） 由（3-5-2）式和（3-5-3）式，可得 )lg /(lg )lg (lg 1210P P P P --=γ （3-5-4） 利用（3-5-4）式可以通过测量P 0、P 1和P 2值，求得空气的比热容比γ值。 实验5—2 空气比热容比的测定 理想气体的定压比热容C p 和定容比热容C v 之间满足关系：p v C C R -=，其中R 为气体普适常数；二者之比p v C C γ=称为气体的比热容比，也称气体的绝热指数，它在热力学理论及工程技术的实际应用中起着重要的作用，例如：热机的效率及声波在气体中的传播特性都与空气的比热容比γ有关。 【实验目的】 ⒈ 用绝热膨胀法测定空气的比热容比。 ⒉ 观测热力学过程中的状态变化及基本物理规律。 ⒊ 学习空气压力传感器及电流型集成温度传感器的原理和使用方法。 【实验原理】 把原处于环境压强P 0及室温T 0下的空气状态称为状态O (P 0 ，T 0)。关闭放气阀、打开充气阀，用充气球将原处于环境压强P 0、室温T 0状态下的空气经充气阀压入贮气瓶中。打气速度很快时，此过程可近似为一个绝热压缩过程，瓶内空气压强增大、温度升高。关闭进气阀，气体压强稳定后，达到状态Ⅰ(P 1 ，T 1 )。随后，瓶内气体通过容器壁和外界进行热交换，温度逐步下降至室温T 0，达到状态Ⅱ(P 2 ，T 0 ),这是一个等容放热过程。 迅速打开放气阀，使瓶内空气与外界大气相通，当压强降至P 0时立即关闭放气阀。此过程进行非常快时，可近似为一个绝热膨胀过程，瓶内空气压强减小、温度降低；气体压强稳定后，瓶内空气达到状态Ⅲ(P 0 ，T 2 )。随后，瓶内空气通过容器壁和外界进行热交换，温度逐步回升至室温T 0，达到状态IV(P 3 ，T 0 )，这是一个等容吸热过程。 O (P 0 ，T 0 ) ① 绝热压缩→ Ⅰ(P 1 ，T 1 ) ② 等容放热→ Ⅱ(P 2 ，T 0 ) ③ 绝热膨胀→ Ⅲ(P 0 ，T 2 ) ④ 等容吸热→ IV(P 3 ，T 0 ) 其中过程①、② 对测量γ没有直接影响，这两个过程的目的是获取温度等于环境温度T 0的压缩空气，同时可以观察气体在绝热压缩过程及等容放热过程中的状态变化。对测量结果有直接影响的是③、④两个过程。 过程③是一个绝热膨胀过程，满足理想气体绝热方程： 图5-2-1气体状态变化及V p -图 气体比热容比的测定实验报告及数据课气体比热容比的测定 1、学习测定空气比热容比的方法。题 教学目 2、熟练掌握物理天平和螺旋测微器的使用方的 法。 3、熟练掌握直接测量值和间接测量值不确定度 重难 1、物理天平的调节和使用。的计算。 点 2、各物理量不确定度的计算。 教学方讲授、演示、提问、讨论、操作相结合。 学 3学时。法 时 一、前言 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。由气体动理论可知，理想气体的值为: (1) 式中为气体分子的自由度，对于单原子分子 ;对于双原子刚性分子， ;对于多原子刚性分子，。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。 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。 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) 空气比热容比的测定 一、实验目的 1.学习测量理想气体比热容比的原理和方法。 2.测量空气的比热容比。 二、实验仪器 实验台，590AD 温度计模块，空气比热容比实验仪。 三、实验原理 气体的定压比热容P C 与定容比热容V C 之比称为气体的比热容比，用符号r 表示，它被称为气体的绝热系数，是一个很重要的参量，经常出现在热力学方程中。通过测量r ，可以加深对绝热、定容、定压、等温等热力学过程的理解。 对于理想气体： R C C V P =- （5-1） 其中，R 为气体的普适常数。 仪器结构如图1所示，以贮气瓶内的气体作为研究对象进行如下实验过程： 图1 空气比热容比实验仪结构图 1.首先打开气阀1、2，使贮气瓶与大气相通，然后关闭气阀1、2，瓶内充满与周围空气同温同压的气体。 2.用气管分别将打气球和气阀1、气压计和气阀2连接起来，打开气阀1， 用打气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭气阀1。此时瓶内原来的气体被压缩，压强增大，温度升高。等待内部气体温度稳定，即达到与周围温度平衡，此时气体处于状态),,(011T V P I 3.将连接在气阀1上的气管取下，迅速打开放气阀，使瓶内的气体与大气相通，当瓶内压强降到0P 时，立即关闭放气阀，将有体积为V ?的气体喷泻出贮气瓶。由于放气过程较快，瓶内的气体来不及与外界进行热交换，可以认为是一个绝热过程。在此过程中作为研究对象的气体由状态),,(011T V P I 转变为状态 ),,(120T V P II 4.由于瓶内温度1T 低于外界温度0T ，所以瓶内气体慢慢的从外界吸热，直到达到外界温度0T 为止，此时瓶内的压强也随之增大为2P ，即稳定后的气体状态为),,(022T V P III 。从状态Ⅱ到状态Ⅲ为等容吸热过程。气体的状态变化过程如图2所示： 图2 气体的状态变化过程曲线 II I →为绝热过程，有绝热过程方程得： r r V P V P 2011= （5-2） III I →为等温过程，由等温过程方程得： 2211V P V P = （5-3） 由（5-2）（5-3）可得： 竭诚为您提供优质文档/双击可除 空气压强实验报告 篇一：验证大气压强的实验 关于验证大气压强的实验 一、将一饮料瓶底部扎几个细孔，再往饮料瓶中到入适量的水，此时会发现瓶底处有水流出，可以印证液体对容器底部有压强。继续迅速把饮料瓶中灌满水，然后拧紧瓶盖，这时可观察到饮料瓶底部并没有水流出。如果再拧松瓶盖，又发现水流了出来。这说明是大气压作用形成的这一现象。 二、另取一空饮料瓶灌满水后拧紧平盖，然后用酒精灯加热一钢针。轻轻的在饮料瓶下部侧壁烫一细孔（注意烫孔时不要用力挤按饮料瓶）。当扎完小孔后会发现并没有水流出，在第一个孔的相同高度处，任意位置再烫一个细孔后发现依然没有水流出来。这是由于大气压的作用的结果，并且证明了大气压是各个方向都存在的，与液体压强特点形成对比。之后在前两个细孔的上方再烫一细孔后，发现下面的细孔向外流水，而上面的细孔不向外流水，并且有空气从此处进入饮料瓶内上方。如果拧开饮料瓶的瓶盖会发现三孔都会 流水。且小孔位置越靠近瓶底，水柱喷的越远。 三、再取一饮料瓶灌满水并拧紧瓶盖后，把它倒置在盛有足够多水的玻璃水槽中，在水中把瓶盖拧下来，抓住瓶子向上提，但不露出水面发现瓶里的水并不落回水槽中。（可以换更高的饮料瓶做“对比实验”，为托里拆利实验的引入打好基础。）还可以在此实验的基础上，在瓶底打孔，立刻发现瓶里的水流回水槽中。原因是瓶子内、外均有大气压相互抵消，水柱在本身重力的作用下流回水槽。 四、还可以选用易拉罐，拉盖不要全部拉开，开口尽量小一些。倒净饮料后用电吹风对罐体高温加热一段时间后，把拉口处用橡皮泥封好，确保不漏气。再用冷水浇在易拉罐上，一会听到易拉罐被压变形的声音，同时看到易拉罐上有的地方被压瘪。说明气体热胀冷。 篇二：空气比热容比的测量实验报告 空气比热容比的测量 班级：电子六班学号：20XX31190611姓名：官镇校 一、实验目的 测量室温下的空气比热容比。 二、实验仪器 储气瓶一套（包括玻璃瓶、活塞两只、橡皮塞、打气球）、两只传感器（扩散硅压力传感器和电流型集成温度传感器AD590各一只）、测空气压强的三位半数字电压表、测空气温 长度的测量和基本数据处理 【实验目的】 1、理解游标卡尺、螺旋测微计和读数显微镜的原理，掌握它们的使用方法； 2、练习有效数字运算和误差处理的方法。 【实验仪器和用品】 游标卡尺（0—125mm ，0.02mm ）、螺旋测微计（0—25mm ，0.01mm ）、读数显微镜（JCD 3，0.01mm ）、空心圆管、小钢球等。 【实验原理】 1、游标卡尺的构造原理及读数方法 游标卡尺分主尺和游标（副尺）两部分。主尺上刻有标准刻度125mm 。游标上均匀刻有50个分度，总长度为49mm ，游标上50个分度比标准的50mm 短1mm ，1个分度比标准的1mm 短 1 50 mm ，即0.02mm ，这0.02mm 就是游标卡尺的最小分度值（即精度）。游标卡尺的卡口合并时，游标零线与主尺零线恰好对齐。卡口间放上被测物时，以游标零线为起点往前看，观察主尺上的读数是多少。假设读数是ｘmm 多一点，这“多一点”肯定不足1mm ，要从游标上读。此时，从游标上找出与主尺上某刻度最对齐的一条刻度线，设是第n 条，则这“多一点”的长度应等于0.02nmm ，被测物的总长度应为L=(x+0.02n)mm 。用这种规格的游标卡尺测量物体的长度时，以“mm ”为单位，小数点后必有两位，且末位数必为偶数。游标上每5小格标明为1大格，每小格读数作0.02mm ，每大格就应读作0.10mm 。从游标零线起往后，依次读作0.02mm ，0.04mm ，0.06mm ，……直至第5小格即第1大格读作0.10mm 。 再往后，依次读作0.12mm ，0.14mm ，0.16mm ，……直至第2大格读作0.20mm 。后面的读数依此类推。游标卡尺不需往下估读。如图1-5应读作61.36mm 或6.136cm 2、螺旋测微器的构造原理及读数方法 螺旋测微计主要由弓形体、固定套筒和活动套筒（微分套筒）三部分构成。螺旋测微计的测微原理是机械放大法。固定套筒上有一条水平拱线叫读数基线。基线上边是毫米刻度线，下边是半毫米刻度线。螺旋测微计的螺距是0.5mm ，活动套筒每转动一周，螺杆就前进或者后退0.5mm 。活动套筒的边缘上均匀刻有50个分度，每转动一个分度，螺杆就前进或者后退 0.5 50 mm 即0.01mm 。这0.01mm 就是螺旋测微计的最小分度值（即精度）。实际测量时，分度线不一定正好与读数基线对齐，因此还必须往下估读到0.001mm 。可见，用螺旋测微 6 7 0 3 4 5 主尺 游标 图1-5 空气比热容比的测定 (1) 了解绝热、等容的热力学过程及有关状态方程。 (2) 测定空气的比热容比。 (1) 热力学第一定律及定容比热容和定压比热容 热力学第一定律：系统从外界吸收的热量等于系统内能的增加和系统对外做功之和。 考 虑在准静态情况下气体由于膨胀对外做功为 dA = PdV ,所以热力学第一定律的微分形式为 dQ =dE +dA=dE + PdV 1. 实验名称 2. 实验目的 3. 实验原理：主要原理公式及简要说明、原理图 定容比热容C v 是指1mol 的理想气体在保持体积不变的情况下， 温度升高1K 所吸收的 热量。由于体积不变，那么由 (1)式可知，这吸收的热量也就是内能的增加 (dQ = dE)，所以 C 〔dQ 〕 dE C v = i 〒丨=—(2) i dT 丿v dT 由于理想气体的内能只是温度的函数， 所以上述定义虽然是在等容过程中给出， 任何过程中内能的变化都可以写成 d E = C v dT 定压比热容是指1mol 的理想气体在保持压强不变的情况下，温度升高 1K 实际上 所吸收的热 Cp ^dQ (3) 丿p 由热力学第一定律(3)式，考虑在定压过，就有 (dQ )冶 + ___ I — ___ I + I dT 丿p ■ I dT 丿 dV p dT ⑷ 由理想气体的状态方程 PV = RT 可知，在定压过程中 理=巴，又利用 dT P dE dT =Cv 代 入(4)式，就得到定压比热容与定容比热容的关系 C p =C v + R (5) R 是气体普适常数，为 8.31 J / mol K ，?引入比热容比丫为 在热力学中，比热容比是一个重要的物理量，它与温度无关。气体运动理论告诉我们, Y 与气体分子的自由度 f 有关 实验一物体密度的测定 【预习题】 1．简述游标卡尺、螺旋测微器的测量原理及使用时的注意事项。 答：（1）游标卡尺的测量原理及使用时的注意事项： 游标卡尺是一种利用游标提高精度的长度测量仪器，它由主尺和游标组成。 设主尺上的刻度间距为y，游标上的刻度间距为x，x比y略小一点。一般游标上的n个刻度间距等于主尺上(n-1)个刻度间距，即y (- =。由此可知，游标上 nx)1 n 1,这就是游标的精度。 的刻度间距与主尺上刻度间距相差 n 1,即主尺上49mm与游标上50格同教材P33图1-2所示的游标卡尺精度为mm 50 长，如教材图1-3所示。这样，游标上50格比主尺上50格（50mm）少一格（1mm），即游标上每格长度比主尺每格少1÷50 = 0.02(mm)，所以该游标卡尺的精度为 0.02mm。 使用游标卡尺时应注意：①一手拿待测物体，一手持主尺，将物体轻轻卡住，才可读数。②注意保护量爪不被磨损，决不允许被量物体在量爪中挪动。③游标卡尺的外量爪用来测量厚度或外径，内量爪用来测量内径，深度尺用来测量槽或筒的深度，紧固螺丝用来固定读数。 （2）螺旋测微器的测量原理及使用时的注意事项： 螺旋测微器又称千分尺，它是把测微螺杆的角位移转变为直线位移来测量微小长度的长度测量仪器。螺旋测微器主要由固定套筒、测量轴、活动套筒(即微分筒)组成。如教材P24图1-4所示，固定套管D上套有一个活动套筒C(微分筒)，两者由高精度螺纹紧密咬合，活动套筒与测量轴A相联，转动活动套筒可带动测量轴伸出与缩进，活动套筒转动一周( 360)，测量轴伸出或缩进1个螺距。因此，可根据活动套筒转动的角度求得测量轴移动的距离。对于螺距是0.5mm螺旋测微器，活动套筒C的周界被等分为50格，故活动套筒转动1 格，测量轴相应地移动 0.5/50=0.01mm,再加上估读，其测量精度可达到0.001 mm。 使用螺旋测微器时应注意：①测量轴向砧台靠近快夹住待测物时，必须使用棘轮而不能直接转动活动套筒，听到“咯、咯”即表示已经夹住待测物体，棘轮在空转，这时应停止转动棘轮，进行读数，不要将被测物拉出，以免磨损砧台和测量轴。②应作零点校正。 2．为什么胶片长度可只测量一次？ 答：单次测量时大体有三种情况：（1）仪器精度较低，偶然误差很小，多次测量读数相同，不必多次测量。（2）对测量的准确程度要求不高，只测一次就够了。（3）因测量条件的限制，不可能多次重复测量。本实验由对胶片长度的测量属于情况（1），所以只测量1次。 3.用用游标卡尺测量某物体长度时,游标上最前与最后的刻线都与主尺上 大物实验报告撰写模板2 空气比热容比的测定 在热学中比热容比是一个基本物理量。过去，由于实验测量手段的原因使得对它的测量误差较大。现在通过先进的传感器技术使得测量便得简单而准确。本实验通过压力传感器和温度传感器来测量空气的比热容比。 一、实验目的 1. 用绝热膨胀法测定空气的比热容。 2. 观察热力学过程中状态变化及基本物理规律。 3. 学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理及使用方法。 二、实验原理 理想气体定压摩尔热容量和定体摩尔热容量之间的关系由下式表示 R C C v p =- （4-6-1） 其中, R 为普适气体常数。气体的比热容比γ定义为 v p C C = γ （4-6-2） 气体的比热容比也称气体的绝热系数，它是一个重要的物理量，其值经常出现在热力学方程中。 测量仪器如图4-6-1所示。1为进气活塞C 1，2 为放气活塞C 2，3为电流型集成温度传感器,4为气体压力传感器探头。实验时先关闭活塞C 2，将原处于环境大气压强为P 0、室温为T 0的空气经活塞C 1送入贮气瓶B 内，这时瓶内空气压强增大，温度升高。关闭活塞C 1，待瓶内空气稳定后，瓶内空气达到状态Ⅰ（101,,V T P ） ，V 1为贮气瓶容积。 然后突然打开阀门C 2，使瓶内空气与周围大气相通，到达状态Ⅱ（),,220V T P 后，迅速关闭活塞C 2。由于放气过程很短，可认为气体经历了一个绝热膨胀过程，瓶内气体压强减小，温度降低。绝热膨胀过程应满足下述方程 γ γ2011V P V P = （4-6-3） 在关闭活塞C 2之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度T 0时，原气体的状态为Ⅰ（101,,V T P ）改变为状态Ⅲ（202,,V T P ） ，两个状态应满足如下关系： 大学物理实验报告 姓名 学号 学院 班级 实验日期 2017 年5 月23日实验地点：实验楼B411室 【实验原理】 1、游标卡尺构造及读数原理 游标卡尺主要由两部分构成，如(图1)所示：在一毫米为单位的主尺上附加一个能够滑动的有刻度的小尺（副尺），叫游标，利用它可以把主尺估读的那位数值较为准确地读出来。 图1 游标卡尺在构造上的主要特点是：游标上N 个分度格的总长度与主尺上（N -1）个分度格的长度相同，若主尺上最小分度为a ，游标上最小分度值为b ，则有 1()Nb N a =-（式1） 那么主尺与游标上每个分格的差值（游标的精度值或游标的最小分度值）是： 11 N a b a a a N N δ-=-=-=（式2） 图2 常用的游标是五十分游标(N =50)，即主尺上49mm 与游标上50格相当，见图2–7。五十分游标的精度值δ=0.02mm 。游标上刻有0、l 、2、3、…、9，以便于读数。 毫米以上的读数要从游标“0”刻度线在主尺上的位置读出，毫米以下的数由游标（副尺）读出。 即：先从游标卡尺“0”刻度线在主尺的位置读出毫米的整数位，再从游标上读出毫米的小数位。 游标卡尺测量长度的普遍表达式为 l ka n δ=+（式3） 式中，k 是游标的“0”刻度线所在处主尺刻度的整刻度（毫米）数，n 是游标的第n 条线与主尺的某一条线重合，a =1mm 。图3所示的情况，即l =21.58mm 。 图3 在用游标卡尺测量之前，应先把量爪A 、B 合拢，检查游标的“0”刻度线是否与主尺的“0”刻度线重合。如不重合，应记下零点读数，加以修正，即待测量l=l 1-l 0。其中，l 1为未作零点修正前的读数值，l 0为零点读数。l 0可以正，也可以负。 使用游标卡尺时，可一手拿物体，另一手持尺，如图4所示。要特别注意保护量爪不被磨损。使用时轻轻把物体卡住即可读数。 图4 如有你有帮助，请购买下载，谢谢！ 134页 实验5—2 空气比热容比的测定 理想气体的定压比热容C p 和定容比热容C v 之间满足关系：p v C C R -=，其中R 为气体普适常数；二者之比p v C C γ=称为气体的比热容比，也称气体的绝热指数，它在热力学理论及工程技术的实际应用中起着重要的作用，例如：热机的效率及声波在气体中的传播特性都与空气的比热容比γ有关。 【实验目的】 ⒈ 用绝热膨胀法测定空气的比热容比。 ⒉ 观测热力学过程中的状态变化及基本物理规律。 ⒊ 学习空气压力传感器及电流型集成温度传感器的原理和使用方法。 【实验原理】 把原处于环境压强P 0及室温T 0下的空气状态称为状态O (P 0 ，T 0)。关闭放气阀、打开充气阀，用充气球将原处于环境压强P 0、室温T 0状态下的空气经充气阀压入贮气瓶中。打气速度很快时，此过程可近似为一个绝热压缩过程，瓶内空气压强增大、温度升高。关闭进气阀，气体压强稳定后，达到状态Ⅰ(P 1 ，T 1 )。随后，瓶内气体通过容器壁和外界进行热交换，温度逐步下降至室温T 0，达到状态Ⅱ(P 2 ，T 0 ),这是一个等容放热过程。 迅速打开放气阀，使瓶内空气与外界大气相 通，当压强降至P 0时立即关闭放气阀。此过程进 行非常快时，可近似为一个绝热膨胀过程，瓶内 空气压强减小、温度降低；气体压强稳定后，瓶 内空气达到状态Ⅲ(P 0 ，T 2 )。随后，瓶内空气通 过容器壁和外界进行热交换，温度逐步回升至室 温T 0，达到状态IV(P 3 ，T 0 )，这是一个等容吸 热过程。 O (P 0 ，T 0 ) ① 绝热压缩→ Ⅰ(P 1 ，T 1 ) ② 等容放热→ Ⅱ(P 2 ，T 0 ) ③ 绝热膨胀→ Ⅲ(P 0 ，T 2 ) ④ 等容吸热→ IV(P 3 ，T 0 ) 其中过程①、② 对测量γ没有直接影响，这两个过程的目的是获取温度等于环境温度T 0的压缩空气，同时可以观察气体在绝热压缩过程及等容放热过程中的状态变化。对测量结果有直接影响的是③、④两个过程。 过程③是一个绝热膨胀过程，满足理想气体绝热方程： 图5-2-1气体状态变化及V p -图 得分教师签名批改日期深圳大学实验报告 课程名称：大学物理实验（一） 实验名称：实验1 基本测量 学院： 专业：课程编号： 组号：16 指导教师： 报告人：学号： 实验地点科技楼906 实验时间：年月日星期 实验报告提交时间： 一、实验目的 二、实验原理 三、实验仪器 仪器名称组号型号量程△仪 四、实验内容和步骤 五、数据记录 1、用游标卡尺R测量圆筒的外径D、内径d、和高H 表1 单位：________ 卡尺零点：_________卡尺基本误差：___________ k D d H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 2、 用螺旋测微计测量粗铜丝、细铜丝的直径 表2 单位：________千分尺零点：____________千分尺基本误差：___________ k 1D 2D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 六、数据处理： 1、计算圆筒的外径D ,并计算D ?（5分） 2、计算圆筒的内径d ,并计算d ?（5分） 3、计算圆筒的高H ,并计算H ?（5分） 4、计算粗铜丝直径1D 及1D ?（6分） 5、计算细铜丝直径2D 及2D ?（6分） 6、间接量2 12 1D D D D B += ，计算B 的平均值、相对误差和绝对误差。（5分） 提示： ()() 2112 22112212 [][]B D D D D B D D D D D D ???=+++ 七、实验结果与讨论 实验结果1：圆筒的外径： D = ± （ ） P = D D ?= 实验结果2：圆筒的内径： d = ± （ ） P = d d ?= 实验结果3：圆筒的高： H = ± （ ） P = H H ?= 实验结果4：粗铜丝的直径：1D = ± （ ） P = 1 1 D D ?= 实验结果5：粗铜丝的直径：2D = ± （ ） P = 2 2 D D ?= 实验结果6： B = ± （ ） P = B B ?= 讨论：大学物理实验预习报告(力学基本测量)
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