大学物理实验教案8-固体比热容的测量
实验四 固体比热容的测量
实验四固体比热容的测量【实验目的】1．用混合法测定金属的比热容。
2．掌握基本的量热方法——混合法。
【实验仪器】量热器、温度计（0 ~ 50 ºC两支、0 ~ 100 °C一支）、物理天平、待测金属块、加热器或电炉、冰、停表等。
量热器：又称卡计，是测量热量的仪器。
简单的量热器如图所示，m1为内筒，筒内贮有一定量的纯水m0 ，T为温度计，m2 为搅拌器，为了将由内筒及其盛的物质构成的热学系统看成为孤立系统，故将内筒置于外筒C并由绝热架I2 支撑，上面盖上绝热盖I1 ，同时，将内外筒的表面电镀或打磨得十分光亮以减少由于辐射而产生得热传递。
【实验原理】温度不同得物体混合后，热量将由高温物体传递给低温物体。
如果在混合过程中和外界没有热交换，最后将达到均匀稳定的平衡温度，在这过程中，高温物体放出的热量等于低温物体所吸收的热量，此称为热平衡原理。
本实验即根据热平衡原理用混合法测定固体的比热。
将质量为m、温度为T1 的金属块投入量热器的水中。
设金属块、水、量热器内筒、搅拌器和浸入水中的温度计的比热分别为c、c0、c1、c2 和c3 ，质量分别为m、m0、m1、m2和m3 ，待测物投入水中之前的水温为T2 。
在待测物投入水中以后，其混合温度为θ，则在不计量热器与外界的热交换的情况下，将存在下列关系：mc (T1 −θ ) = ( m0c0 + m1c1 + m2c2 + m3c3 ) ( θ−T2 )即：)－()－)(＋＋＋(＝112 332211θTmTθcmcmcmcmc式中，温度计插入水中的部分的热容量为m3c3 = 1.9{V}cm³，V为温度计插入水中部分的体积，{V}cm³表示V 以cm3为单位的数值，具体算法参照书后附。
上述讨论是在假定量热器与外界没有热交换时的结论。
实际上，只要有温度差异就必然会有热交换存在，因此，必须防止或进行修正热散失的影响。
热散失的途径主要有三：第一是加热后的物体在投入量热器水中之前散失的热量，这部分热量不易修正，应尽量缩短投放时间。
固体比热容
c0
4．取出量热器的内筒,称其总质量并减去 m+ m ,即为 1 水的质量 m ； 0 5．小量筒测出温度计浸入水中的体积V；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。 水的比热容 c0 为 4.187×103 J ⋅ kg−1⋅oC−1
实验结果分析和处理
1.将实验中测出的各个数值填入下表：
前8分钟 t（℃） 次 1 2 3 4 t 次 （℃） 5 6 7 8 次 1 2 3 4 中间2分钟 t（℃） 次 5 6 7 8 t（℃） 次 1 2 3 4 后8分钟 t（℃） 次 5 6 7 8 t（℃）
t2(℃) m 0（kg） m （kg） m1（kg） C（J·k—1·℃—1）
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，
实验仪器
电子温度计；量热器；天平
实验步骤
测环境温度 测内桶和搅拌器质量 加水，测总质量 备冰 投冰，搅拌，测温 测至系统温度有上升为止 测内桶及水总质量 测环境温度 绘制温度时间曲线，求冰的溶解热
注意事项
投冰前应将其拭干，且不得直接用手触摸；其质量 不能直接放在天平盘上称衡，而应由投冰前、后量 热器连同水的质量差求得。 为使温度计示值确实代表系统的真实温度，整个实 验过程中（包括读取前）要不断轻轻地进行搅拌 （搅拌的方式应因搅拌器的形状而异）。
实验16 固体比热容比实验报告书
重庆科技学院大学物理实验报告
第个实验报告
一、实验目的
二、实验原理
三、实验仪器(型号、量程、精度或仪器误差等) 四、实验内容及步骤
五、实验数据记录表格
量热器黄铜内筒质量:
1
m= g黄铜比热容：
1
c=380)
J/(kg C
⋅︒
不锈钢搅拌环质量：
2
m= g不锈钢比热容：
2
c=500)
J/(kg C
⋅︒
传感器外壳质量：
3
m= g不锈钢传感器外壳比热容：
3
c=
2
c
冰水与内筒质量：
m+
1
m= g冰水质量：
m= g 锌粒质量：m = g锌的标准比热容：c =.
/
386kg
J℃测量量热筒内温度的变化情况：
t/min
T/℃
t/min
T/℃
六、预习思考题
(1)混合量热法的原理是什么？其基本实验条件为何？如何保证？
(2)为提高量热精度，本实验采取了哪些措施？
实验总评成绩
课程名称大学物理实验实验项目名称线膨胀系数测试实验开课院系及实验室数理系大学物理实验教学中心实验日期
姓名专业班级学号指导教师
教师评语：
评阅教师签字：批改时间：
在实验室预习的时间在实验室预习好后指导教师签字
八、数据处理
(3) 试分析在实验过程中，应当选取什么样的各种参量（如温度、水与锌的质量）进行测量，方能使得
实验精度较高？
七、数据记录
九、实验结果与分析
十、实验小结与体会。
4 固体比热容的测量
实验18 固体比热容的测量（一）混合法测量固体比热容[实验目的]1．学习量热的基本方法——混合法2．学习一种修正散热的方法——温度的修正3．测定金属的比热容[实验仪器]量热器、双壁加热器、蒸汽锅、电炉、水银温度计（0-50.0℃, 0－100℃）各一支、物理天平、停表、量筒。
[仪器介绍]1．量热器为了使实验系统（包括待测系统与已知其热容的系统）成为一个孤立系统, 我们采用量热器。
传递热量的方式有三种: 传导、对流和辐射。
因此必须使实验系统与环境之间的传导、对流和辐射都尽量减少, 量热2．外筒是双层结构, 空气封闭其中, 因为空气是热的不良导体, 故可避免空气传导而引起热量的损失；外筒上端的木盖可严密地盖着, 避免空气对对流所引起的热量损失；外筒的内壁和内筒的外壁均电镀得十分光亮, 可减少热辐射, 外筒的底部放上一个隔外筒的外表再包一层绒布, 这样就能使整个系统尽可能根据上述测量的T－t数据, 以T为纵坐标, 以t为横坐标, 即得如图（2—3—18—4）的T－t曲线。
A点对应的时刻就是测水温开始的时间 , B点对应的时刻就是, 而不是5分钟末的时间。
然后作图即得混合前后冷水的初温和末温T。
把各个物理量的测量值代入式（2-3-18-1）即可算出金属样品的比热容。
图（2—3—18—4）中的G点所对应的温度应为室温所在的位置, 这样才不影响温度的修正。
[实验内容和要求]1. 混合法测定铜块的比热容2.混合过程中散热的温度修正法3．混合前量热器（含水）系统温度低于室温（加冰块）, 测量系统随时间吸热变化的温度。
4. 混合过程快速测量变化的温度5. 数据处理：Cx与标准值求百分误差［注意事项］1. 作温度值修正法曲线图, FE垂直于t轴, 满足S1=S2, 图中G点对应的温度接近室温为佳。
2. 从曲线图中定出初温T2和末温T。
［实验思考］请分析本实验主要的误差来源。
（二）冷却法测量金属的比热容[实验目的]学习冷却法测量金属比热容的方法[实验仪器]FB312型冷却法金属比热容测量仪[实验原理]根据牛顿冷却定律, 用冷却法测定金属的比热容是量热学常用方法之一。
大学物理实验课程教学大纲
大学物理实验课程教学大纲“大学物理实验”课程是本科生进入大学后的第一门科学实验课程。
它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有无可替代的重要作用。
我校目前每年上大学物理实验课的学生多达五千人，三十三万人时以上。
在创建高水平大学和高素质人才中发挥着重要作用。
我校大学物理实验课程以培养学生实践能力、创新思维和创新能力为目标，围绕我校培养高素质拔尖人才的宗旨，建立了能激发学生学习兴趣、培养学生自主学习能力、实践能力、探究精神、创新思维、创新能力的物理实验课程体系、教学内容、教学模式和教学方法。
大学物理实验课程按四个层次（四级物理实验）分别面向全校各相关专业的学生开课。
每级物理实验的教学在一个学期内完成，四级物理实验分别对应着四个学期的物理实验教学。
一级物理实验（基础物理实验）必修一、教学目标及要求本级物理实验主要包含基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、基本实验技能的训练和基本测量方法与误差分析等知识领域，涉及力学、热学、电磁学、光学、近代物理学等各个学科。
本级物理实验是大学物理实验的基础性、普及性实验，是本科生接受系统实验方法、实验技能训练的开端。
本课程面向理、工、文、商等各专业学生开课。
二、实验教学安排及教学内容1.第3周、第4周：绪论(1)物理实验课程在人才培养中的地位和作用(2)不确定度与数据处理2.第4周：配合不确定与数据处理的实验实验1. 单摆的设计和研究,实验2. 时间测量随机误差的分布规律实验3.第5周---16周：学生按课表大循环做实验每周完成下列实验中的1个实验,每个实验4学时。
“示波器测量时间”、“用天平测量质量”、“直流电表和直流测量电路”、“用热敏电阻测量温度”、“半导体温度计的设计与制作”、“声速的测量”、“直线运动与碰撞”、“钢丝杨氏模量的测量”、“切变模量的测量”、“固体比热容的测量”、“表面张力系数的测定”、“落球法测定液体的粘度”、“交流电及整流滤波电路”、“测量螺线管的磁场”、“透镜参数的测量”、“分光计的调节与使用（8学时）”、“干涉法测微小量”、“用密立根油滴实验测电子电荷”、“光电效应法测普朗克常量”4.第17周：考试按课表大循环学生自主设计完成一个实验，当场交实验报告。
固体物质比热容的测定
方法一 、 用两个相同的杯子各 自取相同质量 （ 量为 ｍ） 质 的固体和水 ， 向 致相 同为宣） 用相同的加热器给它们 加热相 同的时间， ； 水的温度升 高了△ ｔ， 。固体和水的温度升高 了Ａｔ， 如果它 们吸收的热量相 同， 则有 ：
另外面对作文我也总是大胆的鼓励学生创造学生由开始的畏惧到大胆尝试再到作品的展示学生不断获得成功后就对写作产生了兴趣从王敬程天泽贾琪的诗歌再到葛晓彤张嘉怡万字科幻小说这些作品的创造成功不正是验证了教师的鼓励激励在其中所发挥的效率总之创新教学实施后学生的主体精神得到了充分发挥学生踊跃发言课堂气氛热烈了而且学生的自学能力得到了加强学习效率也大大提高同时学生的竞争意识创新意识不断增强几乎每个学生都有获胜的欲望和信心因此我会坚定不移地走下去不断实验不断总结使高效课堂教学不断走向成熟
ｌ 加热仪器的选择足实验成功 的关键 ， 以， 、 所 如果用 电加热仪器 ， 定 一 要保证电压的稳定 ； 如果用酒精灯加热 ， 误差就更大了， 为了减 小误差 ， 实验
者可 以带上 口罩 ， 酒精灯的 四周 安装挡风装置 ， 使氧 气从底部供应， 保证酒 只要测量 出固体的质 量 ｍ， 固体和 水的质量 ｍ 并保 汪另一杯水的质量 精灯的火焰不偏离， ， 还要考虑酒精灯中酒精的多少问题和火焰的大小 问题。 为 ｎ 就可 以根据 （） ｌ ， ７式计算 出固体的比热容。 ２ 如果测量粉状 （ 与水发生化学反应 ， 理性 质不受温度的影响） 、 不 物 固 方法三 、 如果固体的密度 小于水的密度 ， 固体浸 入水中时 ， 会漂浮在 水 体 的比热容， 则要固体与水充分混 合， 基本形成流体 。
问题。
大学热学实验教案
3)如果数字显示值高于用户所需要的温度值，可按降温键，直至用户所需要的设定值。
4)当数字设定值到达用户所需的值时，即可按确定键，开场对样品加热，同时指示灯亮，发光频闪与加热速率成正比。
5)确定键的另一用途可作选择键，可选择观察当时的温度值和先前设定值。
1．集成电路温度传感器AD590定标结果。
2．水的比汽化热的测量数据如下：
M1= g；M2= g；θ3=100℃
编号
m/g
U1/mv
θ1/℃
U2/mv
θ2/℃
M总/g
M/g
1
2
3
查表得： ；
水在100℃时的比汽化热公认值等于
固体线膨胀系数的测量
【实验目的】
1.测定固体在一定温度区域内的平均线膨胀系数。
3．将千分表安装在固定架上，并且扭紧螺栓，不使千分表转动，再向前移动固定架，使千分表读数值在0.2—0.3mm处，固定架给予固定。然后稍用力压一下千分表滑络端，使它能与绝热体有良好的接触，再转动千分表圆盘读数为零。
4．接通温控仪的电源设定需加热的值，一般可分别增加温度为20℃、30℃、40℃、50℃，按确定键开场加热。
4〕停顿电炉通电，并翻开瓶盖不再向量热器通汽，继续搅拌量热器内杯的水，读出水和内杯的末温度θ2。再一次秤量出量热器内杯水的总质量M总。经过计算，求得量热器中水蒸汽的质量 。〔M0为未通汽前，量热器内杯、搅拌器和水的总质量〕
5〕将所得到的测量结果代入公式〔1〕，求得水在100℃时的比汽化热。
【数据处理】
为了使 的测量结果比拟准确，不仅要对 ， 和 进展测量，还要扩大到对 和相应的 的测量。将式〔3〕改写为以下的形式：
固体比热容的测量
实验题目：固体比热容的测量 83实验目的：采用混合法测固体（锌粒）的比热容。
在热学实验中，系统与外界的热交换是难免的，因此要努力创造一个热力学孤立体系，同时对实验过程中的其他吸热、散热做出校正，尽量使二者相抵消，以提高实验的精度。
实验原理：1.混合法测比热容（1）一个热力学孤立体系，开始处于平衡态，与外界发生热量交换后又达到新的平衡态。
若体系中无化学反应或相变发生，则该体系获得（或放出）的热量为))(...(122211T T c m c m c m Q n n -+++=（T 1，T 2为初温与终温） （1）（2）将m x 的待测物加热到T ’后放入量热器内，达到热平衡（忽略实验过程中对外界的散热或吸热），则有：))(0.2()'(1231112T T cmK VJ c m mc T T c m x x -⋅⋅++=--- （2）（式中c 为水的比热容。
310.2--⋅⋅cm K VJ 代表温度计的热容量，其中V 是温度计浸入到水中的体积）。
2.系统误差的修正采取的措施 （1）使系统近似孤立 （2）采取补偿措施 （3）缩短操作时间（4）严防有水附着在量热筒外 （5）沸点校正（6）实验校正：在被测物体放入量热器前4~5min 就开始测读量热器中水的温度，每隔1min 读一次。
当被测物体放入后，温度迅速上升，此时应每隔0.5min 测读一次。
直到升温停止后，温度由最高温度均匀下降时，恢复每分钟记一次温度，直到第15min 截止。
实验步骤：实验装置如（图1）（1）称出质量为250g 的锌粒，放入试管中隔水加热（注意：水不能溅入）。
在沸水中至少15min ，才可以认为锌粒与水同温。
水沸腾后测出大气压强p 。
（2）在锌粒加热的同时，称出量热器内筒及搅拌器质量m 1，然后倒入适量的水，并加入冰屑 使水温降低到室温下3~4℃（注意：不能使筒外表有水凝结），利用公式（2）估算出水的质量m 后，称出质量m 1+m 。
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实验名称： 固体比热容的测量 实验目的：
1、进一步熟悉量热方法及散热修正。
2、用混合法测定金属的比热容。
3、熟练掌握混合法的操作技巧，以减少量热器的散热。
实验仪器：
量热器 电子天平 温度计（0.1℃、50℃和1℃、100℃各一支） 停表 电水壶 小量筒 铝圆柱
实验原理：
根据热平衡原理，用混合法测定铝圆柱的比热。
质量m 、温度2t 的铝圆柱投入量热器的水中，设量热器及搅拌器质量为1m ，（比热容铜
31110.38510c J kg C --=⨯⋅⋅），水的质量为
0m （比热容取3
1
10 4.18710c J kg C
--=⨯⋅⋅）
，温度计修正热容为1.9V （V 取3cm ），则
200111()( 1.9)()mc t m c m c V t θθ-=++-
即 001112( 1.9)()
()
m c m c V t c m t θθ++-=
-
对1t 、θ须作散热修正，投物前5、6分钟开始测水温（30s 测一次），记下
投物前的时刻与温度，水温达到最高点后继续测5、6分钟，前图为温度——时间曲线。
吸热面积BOE S ；散热面积COF S 。
当BOE S =COF S ，实验不受散热影响。
应控制水温低于室温2～3度，可先粗测，后细测。
实验内容：
1.用天平分别测出量热器内筒和搅拌器的质量1m 、以及被测物铝圆柱的质量m 。
2.将量热器的内筒注入一定质量的水(适当加一点冰水)，要求保证金属块放入后能完全被水浸没。
称量出量热器内筒及水的总质量。
计算出水的质量0m 。
3. 盖好胶木盖，用搅拌器上下轻轻搅拌，当从温度计上读出量热器及水的温度比室温低3～4度时，开始每隔30〞记录一次温度。
4.将铝块放入电水壶用水煮沸，确切测量出铝块的温度1t (与水温相同)。
5. 当量热器及水的温度比室温低2～3度时将铝属块迅速取出放入量热器的内筒中，盖好胶木盖，用搅拌器上下轻轻搅拌。
同时每隔30〞记录一次温度t 。
持续5～10分钟。
6.取出温度计处理温度计浸在水中的体积。
7. 绘制τ-t 图，求出混合前的初温1t 和混合温度θ。
计算被测物的比热容及其标准不确定度。
实验数据处理
铝圆柱 质量59.73m g = 温度 299.5t =℃
量热器 质量170.40m g = 比热容 31110.38510c J kg K --=⨯⋅⋅ 水 质量0204.42m g = 比热容 3110 4.18710c J kg K --=⨯⋅⋅ 室温 t =_24.75_℃ 温度计插入水中部分的体积 31.9V cm =
初温 t 1=22.21℃ 混合温度 26.52θ=℃
铝的比热容为：
00111233333
111.9()
()
204.4210 4.1871070.40100.38510 1.9 1.9(26.5222,21)59.7310(99.526.52)877()m c m c V
c t m t J kg C θθ-----++=
--⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯=⨯-⨯⨯-=⋅⋅
904877
3%904-= 思考题
1.用混合法测量比热容的理论根据是什么？
2.为了符合热平衡原理，实验中应注意那几点。