实验一 固体比热的测定.doc

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1、实验一固体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T

2、2，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C2。根据热平衡原理，列出平衡方程   　　　　　　　mxcx（T3－T1）＝（m0c0＋C1＋C2）（T2－T3）      （1）由此可得金属块的比热    　　　（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（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（1）式的成立条件。为消除影

3、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，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，

4、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。图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℃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

5、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注意，读数迅速且准确（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．将实验中测出的各个数值填入下表前8分钟中间2分钟后8分钟次

6、  T（℃） 次T（℃） 次T（℃）次T（℃） 次T（℃） 次T（℃）1 5 1 5 1 5 2 6 2 6 2 6 3 7 3 7 3 7 4 8 4 8 4 8 　m0（kg）m（kg）m1（kg）C0（J·k—1·℃—1）C1（J·k—1·℃—1）V（cm3）      2．使用坐标纸，绘制温～时曲线，进行散热修正，确定T2、T3的数值。3．将各个测量数值代入（2）式，求得Cx,再根据重复实验值取平均值。4．从附表中查出所用金属快的比热值作为标准值，按公式求出实验的相对误差。  思考题1．混合法的理论根据是什么？2．分析实验中哪些因素会引起系统误差？测量时怎样才能减小实验

7、误差？3．若采用预先加热金属块投入低于室温的水中混合的方法，本实验应怎样设计和进行操作？4．如果混合前金属和水的温度都在变，其初温怎样测量？出现这种情况对实验有何影响？应怎样避免？附录 温度计温度计由玻璃和水银制成，玻璃的比热为0.19cal·g－1·℃－1，密度为2.5g。水银的比热为0.033cal·g－1·℃－1，密度为13.6g·cm－3，因而1cm3玻璃的热容量为              0.19×2.5＝0.47（cal·℃－1）这相当于0.47g水的热容量，称作水的当量热容。