實驗四固體比熱容測量混合法

1、關于實驗四固體比熱容的測量混合法第一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月實驗四、固體比熱容的測量（混合法）實驗目的實驗內(nèi)容實驗重點實驗儀器設備及材料實驗簡介 量熱器 實驗原理實驗步驟思考第二張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月一、實驗目的 1. 通過實驗了解量熱器構造，學習對實驗環(huán)境的控制 2.掌握基本測量儀器使用，及正確合理地分析誤差。二、實驗內(nèi)容 通過實驗了解量熱器構造，學習對實驗環(huán)境的控制三、實驗重點 1.了解量熱器的構造，如何保證量熱器為孤立系統(tǒng)。 2.如何對實驗過程中的吸熱、散熱做出校正，盡量使二者相抵消，以提高實驗的精度。四、實驗主要儀器設備及材料 金屬塊，分析天平，量

2、熱器 ，溫度計，燒杯，水，電熱杯，冰箱, 量筒, 攪拌器，秒表，鑷子。第三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第四張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 五、實驗簡介 19世紀，隨著工業(yè)文明的建立與發(fā)展，特別是蒸汽機的誕生，量熱學有了巨大的進展。經(jīng)過多年的實驗研究，人們精確地測定了熱功當量，逐步認識到不同性質(zhì)的能量（如熱能、機械能、電能等）之間的轉(zhuǎn)化和守恒這一自然界物質(zhì)運動的最根本的定律，成為19世紀人類最偉大的科學進展之一。從今天的觀點看，量熱學是建立在“熱量”或“熱質(zhì)”的基礎上的，不符合分子動理論的觀點，缺乏科學內(nèi)含。但這無損量熱學的歷史貢獻。至今，量熱學在物理學、化學、航空航天

3、、機械制造以及各種熱能工程、制冷工程中都有廣泛的應用。 第五張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 比熱容是單位質(zhì)量的物質(zhì)升高（或降低）單位溫度所吸收（或放出）的熱量。比熱容的測定對研究物質(zhì)的宏觀物理現(xiàn)象和微觀結構之間的關系有重要意義。 本實驗采用混合法測固體（鋅粒）的比熱容。在熱學實驗中，系統(tǒng)與外界的熱交換是難免的。因此要努力創(chuàng)造一個熱力學孤立體系，同時對實驗過程中的其他吸熱、散熱做出校正，盡量使二者相抵消，以提高實驗精度。第六張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 六、量熱器 量熱器種類很多，因測量目的不同，有不同結構.本實驗如圖所示：由絕熱材料制成的外筒和由良導體材料制成的內(nèi)筒構

4、成.容納液體的內(nèi)筒固定在由保溫材料構成的絕熱架上，外筒口用膠木蓋蓋住，膠木蓋的中央孔用來插溫度計，旁邊的小孔用來插攪拌器.量熱器這種內(nèi)外筒封閉結構減少了對流和熱傳導，內(nèi)筒壁又很光潔減少了熱輻射，從而減少了筒內(nèi)液體與周圍環(huán)境的熱交換.第七張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 七、實驗原理 1、熱平衡原理 設一個熱力學孤立體系中有n種物質(zhì)，其質(zhì)量分別為 ，比熱容為 （ ）。開始時體系處于平衡態(tài)，溫度為 ，與外界發(fā)生熱量交換后又達到新的平衡態(tài)，溫度為 ，若無化學反應或相變發(fā)生，則該體系獲得（或放出）的熱量為： （1） 第八張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 2、混合法測比熱 將質(zhì)量為m

5、的待測金屬塊（設其比熱容為c），溫度為 投入量熱器內(nèi)的水中。設量熱器（包括量熱器內(nèi)筒、攪拌器和溫度計插入水中部分）的熱容為C。水的質(zhì)量為 ，比熱容為 。金屬塊投入水之前，水溫為 ，投入后其混合溫度為 ，則在不計量熱器與外界熱交換的情況下，將存在下列關系： （2） 即 （3）第九張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 3、量熱器的熱容 量熱器的熱容C可以根據(jù)其質(zhì)量和比熱容算出。設量熱器內(nèi)筒和攪拌器由相同的物質(zhì)制成，其質(zhì)量為 ，比熱容為 ，則 （4） 式中 是溫度計浸入到水中的部分的熱容。 溫度計的熱容 可這樣計算：水銀溫度汁由玻璃（密度 ，比熱容為 J/(kg)和水銀（密度為 ，比熱容為 J

6、/(kg)），根據(jù)熱容 ，兩者的比熱容與密度的乘積基本相同，所以 第十張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 體積單位換算成立方厘米單位后，即為 （5） （5）式便是溫度計浸入液體部分的對應的熱容計算式。 表示溫度計熱容 是以J 單位時的數(shù)值; 表示溫度計浸入液體部分的體積 V ，以 為單位時的數(shù)值。第十一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 4、系統(tǒng)誤差的修正 在量熱學實驗中，由于無法避免系統(tǒng)與外界的熱交換，實驗結果總是存在系統(tǒng)誤差，有時甚至很大，以至無法得到正確結果。所以，校正系統(tǒng)誤差是量熱學實驗中很突出的問題。為此可采取如下措施：(1) 要盡量減少與外界的熱量交換，使系統(tǒng)近似孤

7、立體系。此外，量熱器不要放在電爐旁和太陽光下，實驗也不要在空氣流通太快的地方進行。(2) 采取補償措施，就是在被測物體放入量熱器之前，先使量熱器與水的初始溫度低于室溫，但避免在量熱器外生成凝結水滴。先估算，使初始溫度與室溫的溫差與混合后末溫高出室溫的溫度大體相等。這樣混合前量熱器從外界吸熱與混合后向外界放熱大致相等，極大地降低了系統(tǒng)誤差。第十二張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(3) 縮短操作時間，將被測物體從沸水中取出，然后倒 入量熱器筒中并蓋好的整個過程，動作要快而不 亂，減少熱量的損失。(4) 嚴防有水附著在量熱筒外面，以免水蒸發(fā)時帶走過 多的熱量。(5) 沸點的校正。在實驗中，

8、我們是取水的沸點為被測 物體加熱后的溫度，但壓強不同，水的沸點也有所 不同。為此需用大氣壓強計測出當時的氣壓，再由 氣壓與沸點的關系通過查表得出沸點的溫度。第十三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 5、讀數(shù)規(guī)則 采取以上系統(tǒng)誤差的修正的操作措施后，散熱的影響仍難以完全避免。被測物體放入量熱器后，水溫達到最高溫度前，整個系統(tǒng)還會向外散熱，所以理論上的末溫是無法得到的。這就需要通過實驗的方法進行修正：在被測物體放入量熱器前4-5min就開始測度量熱器中水的溫度，每隔1min讀一次。當被測物體放入后，溫度迅速上升，此時應每隔0.5min讀一次。直到升溫停止后，溫度由最高溫度均勻下降時，恢復每

9、分鐘記一次溫度，直到第15min截止。由實驗數(shù)據(jù)作出溫度和時間的關系曲線。第十四張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 為了推出（3）式中的水的初溫度 和混合后溫度 ，在圖中，對應于室溫 曲線上之G點作一垂直與橫軸的直線。然后將曲線上升AB部分及下降部分CD延長，與此垂線分別相交于點E和點F，這兩個焦點的溫度坐標可看成是理想情況下的 和 ，即相當于熱交換無限快時水的初溫與末溫。第十五張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月八、實驗步驟1.在電熱杯中加入四分之三的水，開始加熱。2.用分析天平稱量金屬塊的質(zhì)量m，5次。3.金屬塊的質(zhì)量稱量完畢后，放入電熱杯中加熱。4.稱出量熱器內(nèi)筒及攪拌器質(zhì)

10、量的質(zhì)量 ，5次。5.在量熱器內(nèi)筒盛適量的水和冰屑（量熱器能容下這些水和金屬塊，且不能使筒外表有水凝結），稱量總質(zhì)量為 (5次)，稱量完畢，內(nèi)筒放在絕熱架上，插好攪拌器和溫度計，蓋好膠木蓋。6.水的質(zhì)量 。第十六張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月7.在燒杯中的水比室溫低34時，每隔一分鐘開始記 錄溫度，過五分鐘后，把沸水中金屬塊（在沸水中已經(jīng)超過15分鐘，其溫度為實驗室壓強下水的沸點溫度）快速放入量熱器中（注意：不能使量熱器中水濺出，又切勿碰到溫度計），立即將蓋蓋好并繼續(xù)攪拌（注意：不能太使勁）?；旌虾?，每隔1秒記錄一次數(shù)據(jù)（包括要記錄達到室溫時的時刻），直到溫度達到最高。然后在溫度下

11、降過程中，每隔一分鐘記錄一次數(shù)據(jù)，下降過程測量記錄持續(xù)五分鐘。第十七張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月8.溫度計浸沒在水下的體積可用一個小量筒測得。先將水注入小量筒中，即下其體積，然后將溫度計插入水中，使溫度計插入水中的體積與在量熱筒中沒入水中的體積相同（以從量熱筒中取出溫度計上水印為準），讀出液面升高后的體積，則溫度計插入量熱筒水中的體積 。 （注意：實驗中溫度計的水銀泡一定要沒入水中，但又不能碰到金屬塊。）第十八張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月9.查表得到實驗氣壓條件下水的沸點 ，即為金屬塊投入量熱器前的溫度 。10.作溫度-時間曲線，求出水的初溫 和混合后溫度 。11.

12、根據(jù)式（3）求出金屬物比熱容c及其不確定度。a.根據(jù)測量的平均值先計算平均金屬物比熱容c：b. 不確定度: 不確定度包括兩部分：測量引起的（人為，A類標準不確定度）和儀器引起（系統(tǒng)，B類標準不確定度）。而（3）式有比值 ,溫度引起不確定度可近似約掉，故可忽略。 第十九張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月因此 ， ， ； (如TW-05物理天平， )第二十張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 , , ,第二十一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月12.實驗結果和其標準比熱 比較，并求出相對誤差。13.數(shù)據(jù)記錄表格 a、稱量次數(shù)1次2次3次4次5次(金屬塊)(量熱器內(nèi)筒、攪拌器和水)(量熱器內(nèi)筒和攪拌器)(水的質(zhì)量)溫度計進入水中的體積第二十二張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月b、量熱器中水溫的記錄在水比室溫低于34時，開始記錄時間開始計時1分鐘2分鐘3分鐘4分鐘5分鐘混合5分1秒5分2秒記錄時間5分幾秒6分鐘7分鐘8分鐘9分鐘10分鐘水溫比室溫低3至4室溫最高第二十三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月九、思考題1、實驗中采用什么實驗條件來保障測比熱容的條件成立?2、實驗中質(zhì)量稱衡采用了精度較低的物理天平,為什么測量溫度卻采用分度值為0.1的精密水銀溫度計?3、為了提高量熱精度,實驗中采取了哪些措施?若要進一步提高測量精度可用什么方法?第二十四張，P