高中物理奥林匹克竞赛热学实验部分

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1、www.canpoint.cn热学实验在热学中，压强、体积、温度是热力学系统的三个基本状态参量。通过热学实验，学会正确使用温度计（如液体温度计、半导体灵敏温度计、热电偶温度计等）、气压计、量热器等基本热学仪器，从而掌握温度、压强等参量的测量方法。热膨胀、热能转换、相变、气态变化等热现象的研究和重要物理量（如线胀系数、导热系数等）的测定以及基本规律的验证是热学实验的主要内容，通过实验加深对这些现象的认识和状态变化规律的理解。热学实验具有自己的规律和特点，其实验误差主要是系统误差。在实验中，因测量温度和散热所引起的误差是实验误差的主要方面。由于散热不可避

2、免，热学实验一般误差较大。做实验时，为了尽量减小实验误差，必须在掌握实验的基础上，针对不同实验的特点，采用较好的散热修正方法。以期得到比较理想的实验结果。并能逐步学会比较各种设计方案以选取最优化的测量方法。实验一金属比热的测定实验目的1．学会最基本的测量热量的方法——混合法。2．测量金属的比热。3．学习热学实验中系统散热带来的误差的修正方法。实验仪器量热器，温度计（0～50℃，准确到0.1℃），加热器，待测金属块，细线，物理天平，秒表，小量筒。实验原理温度不同的物体混合之后，热量从高温物体传给低温物体。若在混合过程中，与外界无热量交换，最后将达到一个

3、稳定的平衡温度。这期间，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，此称为热平衡原理。将质量为mx,，温度为T1，比热为cx的金属块，投入量热器内筒中（设其与搅拌器的热容量为C1）。量热器的内筒装入水的质量为m0，其比热为c0，初温为T2，与金属块混合后的温度为T3，温度计插入水中部分的热容量设为C2www.canpoint.cn010-5881806758818068canpoint@188.com第62页共62页www.canpoint.cn。根据热平衡原理，列出平衡方程　　　　　　　mxcx（T3－T1）＝（m0c0＋C1＋C2）（T2－T3）（

4、3－1－1）由此可得金属块的比热　　　　　　　　　　　　（3－1－2）量热器和搅拌器多由相同物质制成，查表可求得其比热C1，并算出C1＝m1c1，m1是量热器的内筒和搅拌器的总质量；而C2＝1．9VJ·℃－1，V是温度计插入水中的体积，单位是cm3。只要测出m0、m、T1、T2、T3的值，则可由（3－1－2）式求得待测金属块的比热cx值。在上述混合过程中，实际上系统总要与外界交换热量，这就破坏了（3－1－1）式的成立条件。为消除影响，需要采用散热修正。本实验中热量散失的途径主要有三个方面。第一，若用先加热金属块投入量热器的混合法，则投入前有热量损失，

5、且这部分热量不易修正，只能用尽量缩短投放时间来解决；第二，将室温的金属块投入盛有热水的量热器中，混合过程中量热器向外界散失热量，由此造成混合前水的温度与混合后水的温度不易测准。为此，绘制水的温～时曲线，根据牛顿冷却定律来修正温度。方法如下：若在实验中做出水的温～时曲线如图3－1－1所示，AB段表示混合前量热器及水的冷却过程，BC段表示混合过程,CD段表示混合后冷却过程。通过G点作与时间轴垂直的一条直线交AB、CD的延长线于E和F，使面积BEG与面积CFG相等，这样，E和F点对应的温度就是热交换进行无限快的温度，即没有热量散失时混合前后的初温就是热交换

6、进行无限快的温度，即没有热量散失时混合前后的温度；第三，量热器表面若由于水滴附着，会使其蒸发而散失较多的热量，这可在实验前使用干燥毛巾擦净量热器而避免。T2T1TOCDGFEBAt图3－1－1实验内容待测金属块与水混合可有多种方法，本实验采用将室温的金属块投入盛有温水的量热器中的混合方法，其散热修正采用上述修正的方法。1．测出室温T1，测量待测金属块的质量mx；2．擦净量热器的内筒，称量它和搅拌器的质量m1,然后倒入高出室温20℃～30℃www.canpoint.cn010-5881806758818068canpoint@188.com第62页共6

7、2页www.canpoint.cn的水，迅速将绝热盖盖好，插入温度计和搅拌器，不断搅动搅拌器，并启动秒表，每隔一分钟读一次温度数值，在混合前可测量读取数值8次（8分钟）；3．把系有细线的金属块迅速投入量热器内，使其悬挂浸没在水中，盖好盖子，继续搅动搅拌器，开始每隔15秒记录一次温度，2分钟后，每隔一分钟记录一次，共记录8次；4．取出量热器的内筒,称其总质量并减去m＋m1,即为水的质量m0；5．小量筒测出温度计浸入水中的体积V0；另换温水，重复上述实验一次。6．实验时应注意（1）本实验的误差主要来自温度的测量，因此在测量温度时要特别注意，读数迅速且要准

8、确（准确到0.1℃）；（2）倒入量热器中的温水不要太少，必须使投入的金属块悬挂浸没在其中。数据处理1．将实验