兩種測量空氣比熱容比方法的綜合探討

戰倍倍 羅劍 祁小四

摘? 要：空氣比熱容比是描述氣體熱力學性質的重要參數，在大學物理實驗中有多種測量方法。文章主要講述兩種常用方法，即諧振動法和絕熱膨脹法，分別從實驗原理、影響因素及優缺點三個方面進行綜合探討，希冀在以后的教學實踐中提供實驗教學方法指導，增加實驗可控性，減小實驗誤差。

關鍵詞：空氣比熱容比;諧振動法;絕熱膨脹法

中圖分類號：O4-33 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）26-0118-04

Abstract： The specific heat capacity ratio for air is an extremely important physical parameter， which is used to describe thermodynamic properties. There are many experimental methods of specific heat capacity ratio for air in college physics experiment. This paper mainly introduces two commonly used methods， namely， the Harmonic Vibration Method and the Adiabatic Expansion Method. The three aspects of experimental principles， influencing factors， and the advantages and disadvantages about two methods are discussed comprehensively， so as to provide guidance for experimental teaching method in future teaching practice and increase the controllability of experiments and reduce experimental deviation.

Keywords： specific heat capacity ratio for air; Harmonic Vibration Method; Adiabatic Expansion Method

在熱力學過程尤其絕熱過程中存在一個非常重要的參數，即空氣比熱容比γ，定義為定壓比熱容Cp與定容比熱容 Cv的比值。在實際理論研究和工程技術應用過程中，可以利用空氣比熱容比做一些驗證理想氣體絕熱方程、測量熱機效率、測量聲波在常溫氣體中的傳播特性[1]、測定物質密度[2]等有意義的工作。大學物理實驗教學中常通過諧振動法、絕熱膨脹法等方法來測定。接下來的內容，我們將分別從實驗原理、影響因素及優缺點三個方面進行深度探討。綜合考慮后，選定一種測量結果誤差較小、影響因素較少及操控性能較高的一種實驗方法，希冀在以后的教學實踐中提供測量方法的選擇依據。

1 基于兩種方法的原理陳述

1.1 諧振動法的測量原理

在諧振動測量法中所用到的基本裝置圖如圖1所示：球形燒瓶上帶有微孔B且豎直的玻璃管，且玻璃管內側有一彈簧支撐著小鋼球A，側壁上有一注氣口C ，通過玻璃管和橡膠管連接氣泵。實驗時微調氣泵，將適當氣體注入到燒瓶中，滿足小鋼球A在玻璃管中以微孔B（諧振動平衡位置）為中心上下作諧振動，利用光電計時器測量小鋼球A的振動周期。……