水比汽化热测定实验误差研究与数据简易判断方法

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1、水比汽化热测定实验误差研究与数据简易判断方法　　摘要：对水的比汽化热的测定实验误差较大的原因进行了探讨，提出了一种数据简易判断方法。关键词：比汽化热；误差；数据判断方法水的比汽化热的测定是我校理工科专业大学物理实验课程的一个必修实验，在这几年的教学实践中，发现学生的实验数据误差普遍较大，误差在5～10%范围内的较多，超过10%的也不少。教师试做时也常有误差超出10%的情况。本文对该实验误差较大的原因进行了探讨，并提出了一种对数据进行判断的简易方法。一、实验原理、仪器和方法本实验采用混合法，通过测量水蒸汽充入水中凝结时放出的热量来间接地测量水的比汽化热。在量热

2、器的量热杯内装上质量为的水，铝质的量热杯和搅拌器的质量为，水和量热杯、搅拌器的初温为，然后往水中通入质量为、温度为（接近l00℃）的水蒸汽，最终达到平衡温度，忽略与外界的热交换，由热平衡可得水的比汽化热（1）式中为水的比热容，为铝的比热容。4实验仪器是上海复旦天欣科教仪器有限公司生产的FD-YBQR型液体比汽化热测量仪，示意图如图1所示。仪器的特点是：蒸汽的通路中没有蒸汽过滤器，通路较短；使用温度传感器AD590代替水银温度计；电炉的功率可以调节。自编教材[1]中的实验方法与说明书中介绍的方法基本相同，但更强调抵偿法的应用，也就是充汽前用冰水调低初温到低于室

3、温5～8℃，但不能低于露点，充汽后平衡温度高于室温5～8℃，控制充汽时间使得、和室温相差大致相等。二、实验结果和分析笔者和两位同事的数据与处理如表1所示，取l00℃，水在时比汽化热的公认值为，表中没有带单位的5项的单位为“”.9次实验中汽化热的误差在5～10%范围内的有4次，超过10%的有3次，可见结果的离散性很大。因此，学生实验误差大是可以理解的。主要误差分析如下：1、没有很好地应用抵偿法。这一般是没有及时停止通汽，致使热量散失较多，这种情况在学生实验中很容易发生。42、通汽管道带入水滴。这主要是指蒸汽通过管道时在管道内壁凝结成水滴流入量热杯中。另外还包括

4、下面两种情况：一是往烧瓶中加水时水很容易进入烧瓶里面的玻璃管和橡皮管，粘附在管壁上，粘附的水滴虽然不多，但是其温度与室温近似相等，不同于蒸汽凝结成的水滴的温度接近100℃；二是虽然加热电炉的功率可以调节，但学生实验中发现加热时烧瓶中的水有时也会过激沸腾进入玻璃管，流入量热杯中，这往往会带来很大的误差。3、搅拌时溅出了水，胶管、传感器带出了水。4、水温调得过低，致使量热杯外结露。5、测温不准，如还未达平衡就读数。6、调水温时把保温杯中的冰块加入到量热杯中，冰块未全部融化就充入蒸汽。7、水未沸腾就通入蒸汽。8、水蒸汽经过一段管道，充入水中时温度低于100℃，而计

5、算时取100℃。9、忽略温度传感器吸收的热量。三、数据简易判断方法4如上所述，本实验的注意事项和误差因素较多。自编教材要求学生实验时重复2～3次，不求平均，而是取最好的一次作为实验结果。即使这样，还是有部分学生最好的一次数据的误差也超过10%，有时甚至很大。因计算公式（1）式较复杂，学生完成实验教师检查数据时不能对数据进行判断，学生课后完成实验报告时就会觉得受到挫折。笔者在教学中发现了一种对数据进行判断的简易方法。由表1可知，（1）式右边第2项相对于第1项可忽略，这样会使结果偏小；还可忽略第3项，这样会使结果偏大较多；再用4000代替第1项中的（其值为418

6、7），得到的还是偏大于，偏大程度约为标准值的2～7%。因而，如果的误差在-3～12%范围（进一步简化，即在525～630范围）内，就可以基本保证汽化热的误差在±10%之内。学生完成实验后只需简单计算的值就可以对误差进行估算，如误差过大可以及时增加实验次数。这个估算也可以在教师检查数据时由教师完成，时间上完全允许，这样做学生会觉得很“神奇”，因而在实验中不敢伪造数据，完成实验报告时也不敢抄袭别人的数据处理。参考文献[1]吴建忠，舒象喜，尹胜，向绍纯.大学物理实验[M].成都：西南交通大学出版社，2010.145-148.4