實(shí)驗(yàn)二氣體比熱容比CP/CV的測(cè)定比熱容是物性的重要參量，在研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、確定相變，鑒定物質(zhì)純度等方面起著重要的作用。如熱機(jī)的效率、聲波在氣體中的傳播特性都與氣體的比熱容比有關(guān)，氣體比熱容比是指氣體的定壓比熱容與定容比熱容的比值。本實(shí)驗(yàn)將介紹一種較新穎的測(cè)量氣體比熱容比的方法?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．了解氣體比熱容比的測(cè)量原理；2．學(xué)習(xí)用振動(dòng)法測(cè)定空氣的定壓比熱容與定容比熱容之比?！緦?shí)驗(yàn)儀器】1.DH4602氣體比熱容比測(cè)定儀2.螺旋測(cè)微計(jì)3.物理天平4.氣泵【實(shí)驗(yàn)原理】氣體的定壓比熱容CP與定容比熱容CV之比。在描述理想氣體的絕熱過(guò)程中是一個(gè)很重要的參數(shù)，測(cè)定的方法有好多種。本實(shí)驗(yàn)采用振動(dòng)法來(lái)測(cè)量，即通過(guò)測(cè)定物體在特定容器中的振動(dòng)周期來(lái)計(jì)算值。實(shí)驗(yàn)基本裝置如圖1所示，振動(dòng)物體小球的直徑比玻璃管直徑僅小0.01~0.02mm。它能在此精密的玻璃管中上下移動(dòng)，在瓶子的壁上有一小口C，通過(guò)氣泵上的一根細(xì)管相接，可以把氣體注入到燒瓶中。小鋼球A的質(zhì)量為m，半徑為r（直徑為d），當(dāng)瓶子內(nèi)壓力P滿足下面條件時(shí)小鋼球A處于力平衡狀態(tài)。這時(shí)，式中P0為大氣壓力。為了補(bǔ)償由于空氣阻尼引起振動(dòng)小剛球A振幅的衰減，通過(guò)氣體注入口C不間斷通入一個(gè)小氣壓的氣流，在精密玻璃管B的中央開(kāi)設(shè)有一個(gè)小孔。當(dāng)振動(dòng)小剛球A處于小孔下方的半個(gè)振動(dòng)周期時(shí)，通入氣體使容器的內(nèi)壓力增大，引起小剛球A向上移動(dòng)，而當(dāng)小剛球A處于小孔上方的半個(gè)振動(dòng)周期時(shí)，容器內(nèi)的膨脹氣體將通過(guò)小孔流出，使小剛球下沉。以后重復(fù)上述過(guò)程，只要適當(dāng)控制注入氣體的流量，小剛球A能在玻璃管B小孔的上下作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，振動(dòng)周期可利用光電計(jì)時(shí)裝置來(lái)測(cè)得。若小剛球偏離平衡位置一個(gè)較小距離x，則容器內(nèi)的壓力變化、體積變化，由牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律小剛球的運(yùn)動(dòng)方程為：（1）因小剛球振動(dòng)過(guò)程相當(dāng)快，故可以將其看作是絕熱過(guò)程，絕熱方程（2）由（2）式求導(dǎo)得：（3）將（3）式代入（1）式得小鋼球做簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程則角頻率為：（4）由（4）式得：(5)式中各量均可方便測(cè)得，因而可算出值。由氣體運(yùn)動(dòng)論可以知道，值與氣體分子的自由度數(shù)有關(guān)，對(duì)單原子氣體（如氬）只有三個(gè)平均自由度，雙原子氣體（如氫）除上述3個(gè)平均自由度外還有2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。對(duì)多原子氣體，則具有3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，比熱容比與自由度f(wàn)的關(guān)系為。理論上得出：?jiǎn)卧託怏w（Ar，He）f=3雙原子氣體（N2，H2，O2）f=5多原子氣體（CO2，CH4）f=6且與溫度無(wú)關(guān)。本實(shí)驗(yàn)裝置主要由玻璃制成，且對(duì)玻璃管的要求特別高，振動(dòng)小剛球的直徑僅比玻璃管內(nèi)徑小0.01mm左右，因此振動(dòng)小球表面不允許擦傷，也不允許雜質(zhì)、灰塵落入應(yīng)保持清潔。平時(shí)它停留在玻璃管的下方（用彈簧托?。?。若要將其取出，只需在它振動(dòng)時(shí)，用手指將玻璃管壁上的小孔堵住，稍稍加大氣流量小剛球便會(huì)上浮到管子開(kāi)口上方，就可以方便地取出，或?qū)⒋斯苡善可先∠?，將球倒出?lái)。振動(dòng)周期采用可預(yù)置測(cè)量次數(shù)的數(shù)字計(jì)時(shí)儀，采用重復(fù)多次測(cè)量。振動(dòng)小剛球直徑采用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)出，質(zhì)量用物理天平稱量，燒瓶容積由實(shí)驗(yàn)室給出，大氣壓力由氣壓表自行讀出，并換算N/m2。【儀器操作】1．調(diào)節(jié)儀器在使用前應(yīng)可靠固定，玻璃容器應(yīng)垂直放置，以免小鋼球振動(dòng)時(shí)碰到管壁，造成測(cè)量誤差。垂直度可以通過(guò)調(diào)節(jié)玻璃容器本身和底座上的三個(gè)螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn);2．氣泵的輸出通過(guò)輸氣軟管接入玻璃容器，連接時(shí)注意不要漏氣，否則小球不能上下振動(dòng);3．光電門(mén)的輸出插頭接到計(jì)時(shí)測(cè)試儀的后面板的專用插座上;4．氣泵的電源插頭接到計(jì)時(shí)測(cè)試儀的后面板的二芯插座上，通過(guò)接通計(jì)時(shí)測(cè)試儀的前面板的氣泵電源開(kāi)關(guān)，可以接通或關(guān)閉氣泵的電源;5．接好儀器的電源，打開(kāi)后面板上的電源開(kāi)關(guān)，儀器接通電源;6．計(jì)時(shí)測(cè)試儀的程序預(yù)置周期次數(shù)n=30（默認(rèn)值），即：小球來(lái)回經(jīng)過(guò)光電門(mén)的次數(shù)為N=2n+1次。據(jù)具體要求，若要設(shè)置50次，按上調(diào)改變周期T(若無(wú)變化請(qǐng)按“置數(shù)”開(kāi)鎖），當(dāng)達(dá)到n=50時(shí)，再按“置數(shù)”鎖定;7．此時(shí)信號(hào)指示燈不停閃爍，即為計(jì)時(shí)狀態(tài)，這時(shí)數(shù)顯表顯示周期的個(gè)數(shù)。按執(zhí)行鍵開(kāi)始計(jì)時(shí)當(dāng)小鋼球經(jīng)過(guò)光電門(mén)的周期次數(shù)達(dá)到設(shè)定值，數(shù)顯表頭將顯示具體時(shí)間，單位“秒”。需要再執(zhí)行“50”次周期時(shí)，無(wú)須重新設(shè)置，只要按“返回”即可回到上次剛執(zhí)行的周期數(shù)“50”，再按“執(zhí)行”鍵，便可以第二次計(jì)時(shí)。當(dāng)按復(fù)位或斷電再開(kāi)機(jī)時(shí)，程序從頭預(yù)置30次周期，須重復(fù)上述步驟;8．本計(jì)時(shí)器的周期設(shè)定范圍0~99次。計(jì)時(shí)范圍為0~99.99s，分辨率為0.01s?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1．接通電源，調(diào)節(jié)氣泵上氣量調(diào)節(jié)旋鈕，使小鋼球在玻璃管中以小孔為中心上下振動(dòng)。注意，氣流過(guò)大或過(guò)小會(huì)造成小鋼球不以玻璃管上小孔為中心的上下振動(dòng)，調(diào)節(jié)時(shí)需要用手當(dāng)住玻璃管上方，以免氣流過(guò)大將小鋼球沖出管外造成鋼球或瓶子損壞;2．打開(kāi)周期計(jì)時(shí)裝置，次數(shù)設(shè)置為50次，按下執(zhí)行按鈕后即可自動(dòng)記錄振動(dòng)50次周期所需的時(shí)間;3．若不計(jì)時(shí)或不停止計(jì)時(shí)，可能是光電門(mén)位置放置不正確，造成鋼球上下振動(dòng)時(shí)未擋光，或者是外界光線過(guò)強(qiáng)，此時(shí)須適當(dāng)擋光;4．重復(fù)以上步驟五次;5．用螺旋測(cè)微計(jì)和物理天平分別測(cè)出備用鋼球的直徑d和質(zhì)量m，其中直徑重復(fù)測(cè)量五次;本實(shí)驗(yàn)提供的玻璃瓶的有效體積為：1450±5cm3；大氣壓85.26KPa；小球質(zhì)量約為4.00±0.02g；小球半徑約為5.00±0.01mm?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】1、空氣比熱容比測(cè)量表n=50次數(shù)123451．求小鋼球振動(dòng)周期及其不確定度：平均值：A類不確定度：B類不確定度:結(jié)果