测定空气的比热容比实验补充内容振动法
要求：用绝热膨胀法（见教材）和振动法两．种．方．法．测定空气的比热容比实验目的：
1．理解热力学过程中状态变化及基本物理规律；2学会用振动法测定空气的比热容比。
实验原理：
基本原理如图1所示：
图1实验基本原理
气体的定压比热容cp与定容比热容cv之比cpcv在热力学过程特
别是绝热过程中是一个很重要的参数，测定的方法有好多种，这里介绍一种较新颖的方法，测定物体在特定容器中的振动周期来计算值。
振动物体小钢球A的直径比玻璃管B的直径仅小001002mm，所以它能在此精密的玻璃管中上下移动，在瓶子的壁上有一小口C，并插入一根细管，通过它各种气体可以注入到烧瓶中。
为了补偿由于空气阻尼引起振动物体A振幅的衰减，因此通过C管一直注入一个小气压的气流。在精密玻璃管B中的中央开设有一个小孔。当振动物体A处于小孔下方的半个振动周期时，注入气体使容器内压力增大，引起物体A上下振动，而当物体A处于小孔上方的半个周期时，容器内的气体将通过小孔流出，使物体下沉，以后重复上述过程。只要适当控制注入气体的流量，物体A能在玻璃管B的小孔上下作简谐振动。
设钢球A的质量为m，半径为r（直径为d），当瓶子内压力P满足下面条
件时，刚球A处于力平衡状态，
p

pl

mgr2
f式中pl为大气压力。若物体偏离平衡位置一个较小距离x，则容器内的压力变
化dp
物体的运动方程为：
mdx2r2dpdl2
（1）
因为物体振动过程相当快，所以可以看作绝热过程，绝热方程
pV常数
（2）
将（２）式求导数得出
dppdvV
dVr2
将（３）代入（２）式得：
d2x2r4px0
dt2
mV
此式即为熟知得简谐振动方程，它得解为：2r4p2
mV
T
即：


64mVTpd4
式中各量均可方便测得，因而可算出值。
（3）
由气体运动论可以知道，值与气体分子的自由度数有关。对单原子气体（例
氩）只有三个平均自由度，双原子气体（例氮）除上述三个平均自由度外，还有两个转动自由度，对多原子气体，则只有三个转动自由度。
比热容比与自由度f得关系为：f2f，理论上得出：
单元子气体ArHe）
f3
167
双原子气体N2H2O2
f5
140
多原子气体CO2CH4f6
133且与温度无关
实验仪器：
振动主体、多功能数字计时仪（分50次，100次二档）、微型气泵、大气压力计、缓冲瓶
f图2振动法测量气体比热容比实验装置本实验装置中主要装置系玻璃制成，且对玻璃管的要求特别高，振动物体的直径仅比玻璃管的内径小001mm左右，因此r