《大学物理实验》-热学
《大学物理实验绪论》课件
案例二：验证牛顿第二定律
实验目的
通过实验验证牛顿第二定律，即物体加速度与作用力成正比，与质量成反比。
实验原理
在相同力的作用下，质量越大，加速度越小；在相同质量的情况下，作用力越 大，加速度越大。通过测量力和加速度的关系，可以验证牛顿第二定律。
案例二：验证牛顿第二定律
实验步骤
1. 准备实验器材，包括小车、滑轮、砝码、弹簧测力计等。
实验步骤 1. 准备实验器材，包括计时器、尺子、重物等。
2. 将尺子固定在墙上，让重物从尺子顶端自由下落。
案例一：测量重力加速度
3. 使用计时器记录重物下落的时间。
实验结果：通过测量和计算，可以得 出重力加速度的值，并与其他已知值 进行比较，验证实验的准确性。
4. 根据测量数据计算重力加速度的值 。
实验结果分析
数据处理
对实验数据进行整理、计算和图表绘制，确 保数据的准确性和可读性。
结果分析
根据实验数据，分析实验结果是否符合预期 ，探讨可能影响实验结果的因素。
误差分析
对实验中的误差来源进行分析，评估误差对 实验结果的影响。
实验结论与建议
实验结论
根据实验结果和误差分析，总结实验的主要发现和结论。
实验原理
当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，会产生加强或减弱的现象，形成明 暗相间的干涉条纹。光的干涉是光学中的重要现象之一。
案例三：光的干涉实验
实验步骤
1. 准备实验器材，包括激光器、分束器、反射镜 、光屏等。
2. 将激光器发出的光束通过分束器分成两束相干 光波。
案例三：光的干涉实验
1
3. 让两束光波在空间某一点叠加，并观察干涉现 象。
防止机械伤害
在使用机械设备或进行具有危险性的实验操作时，应佩戴防护眼镜、手套等个人防护用品，遵守安全操作规程。
《大学基础物理学》农科用教材自作ppt课件-03热力学
准静态过程:一个过程， 准静态过程:一个过程，如果任一中间状态都无限 接近于平衡态，则此过程称为准静态过程。 接近于平衡态，则此过程称为准静态过程。 --------“无限缓慢” --------“无限缓慢” 理想化模型！ -------- 理想化模型！ 1.准静态过程的理论意义 准静态过程的理论意义？ 1.准静态过程的理论意义？ 2.准静态过程的实际意义 准静态过程的实际意义？ 2.准静态过程的实际意义？
海 纳 百
系统
T1
系统 （T1）直接与 热源 （T2）有限温差传热的 T2 热传导为非准静态过程
大 道 致
若传热过程“无限缓慢”，或保持系统与 若传热过程“无限缓慢” 外界无穷小温差， 外界无穷小温差，可看成准静态传热过程 。. 系统
T1
T1+3△T △
T1+△T △
T1+2△T △
T2
海 南 大 学
海 南 大 学
大 道 致
第三章 热力学
第3章 热力学基础
海 纳 百
结构框图
理想气体 物态方程 热力学系统 内能变化的 两种量度 准静态 过程 功 热量 应用 热力学 第一定律 （理想气体） 理想气体） （对热机效 热力学 率的研究） 第二定律 率的研究）
等值过程 大 绝热过程 道 循环过程 致 卡诺循环
海 纳 百
P
1
3
大
某过程曲线包围的面积， 某过程曲线包围的面积， 等于此过程的功。 等于此过程的功。
P1
2
3 间接计算法
由热力学第一定律
O
V
V1 V2
道 致
Ｑ＝∆E ＋A →A Ｑ＝∆
通过作功改变系统的热力学状态的微观实质： 分子有规则运动的能量 分子无规则运动的能量
《大学物理实验》课程简介
《大学物理实验》课程简介及教学大纲课程编号：适用专业：工科类通用学制：四年本科学时：60学时学分：石家庄经济学院教务处审定二零零五年三月编写朱孝义张素萍审定张道明讨论朱孝义张素萍赵惠裘平一郭涛目录一．物理实验课的地位、任务和作用 (4)二．实验内容及基本要求 (4)三．实验课程安排及课时分配 (7)四．对各个实验的具体教学要求 (8)本大纲是依据国家教委颁发的《高等工业学校物理实验课程教学基本要求》，并结合我校的具体情况制定的。
一、物理实验课的地位、任务和作用物理实验是对高等工业学校学生进行科学基本训练的一门独立的必修基础课程，是学生进入大学后受到的系统实验方法和实验技能训练的开端，是工科类专业对学生进行科学实验训练的重要基础。
物理学是一门以实验为基础的科学，物理实验教学和物理理论教学具有同等重要的地位，它们既有深刻的内在联系和配合，又有各自的任务和作用。
本课程应在中学物理实验的基础上，按照循序渐进的原则，学习物理实验知识、方法和技能，使学生了解科学实验的主要过程与基本方法，为今后的学习和工作奠定良好的基础。
本课程基本任务：1．通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识，加深对物理学原理的理解。
2．培养与提高学生的科学实验能力，其中包括：（1）能够自行阅读实验教材和资料，作好实验前的准备。
（2）能够借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器。
（3）能够应用物理学理论对实验现象进行初步分析判断。
（4）能够正确记录和处理实验数据，绘制曲线，说明实验结果，撰写合格的实验报告。
（5）能够完成简单的设计性实验。
3．培养与提高学生的科学素养，要求学生具有对待科学实验一丝不苟的严谨态度和实事求是的科学作风。
二、实验内容及基本要求1．绪论：教学内容（教师讲授）（1）物理实验课的教学任务、教学方式、预习和实验报告的要求及实验室规则。
（2）介绍测量误差、有效数字及数据处理的基础知识，内容包括：测量分类、测量误差的基本概念、系统误差的分析、偶然误差的估计、直接测量结果的误差表示、间接测量的误差计算。
大学物理（第四版）答案热学
题6.1：如果将1.0⨯103kg 的水均匀地分布在地球表面上，则单位面积上将约有多少个水分子？题6.1分析：l mol 的任何物质均含有相同的分子个数，即阿伏伽德罗常数 N A 。
由此，可以求出kg 100.13-⨯水的水分子数。
而地球表面积可视为球面作近似计算，通常取地球半径R =6.37⨯106 m 。
解：水的摩尔质量1m ol kg 018.0-⋅=M ，则kg 100.13-⨯=m 水中所含分子数M mN N A /=，则单位面积上的水分子数为272A m 1056.64//-⨯===MR mN S N n π题6.2：设想太阳是由氢原子组成的理想气体，其密度可当作是均匀的。
若此理想气体的压强为Pa 1035.114⨯。
试估计太阳的温度。
（已知氢原子的质量kg 1067.127H -⨯=m ，太阳半径m 1096.68S ⨯=R ，太阳质量kg 1099.130S ⨯=m ）题6.2分析：本题可直接运用物态方程nkT p =进行计算。
解：氢原子的数密度可表示为()⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅==3S H S S H S 34R m m V m m n π根据题给条件，由nkT p =可得太阳的温度为)K 1016.1347S 3SH ⨯===k m R pm nk p T π 说明：实际上太阳结构并非本题中所设想的理想化模型。
因此，计算所得的太阳温度与实际的温度相差较大。
题6.3：一容器内储有氧气，其压强为1.01⨯105 Pa ，温度为27 ℃，求：（l ）气体分子的数密度；（2）氧气的密度；（3）分子的平均平动动能；（4）分子间的平均距离。
（设分子间均匀等距排列）题6.3分析：在题中压强和温度的条件下，氧气可视为理想气体。
因此，可由理想气体的物态方程、密度的定义以及分子的平均平动动能与温度的关系等求解。
又因可将分子看成是均匀等距排列的，故每个分子占有的体积为30d V =，由数密度的含意可知d n V ,10=即可求出。
东南大学物理学院-LED热学特性研究实验讲义
大功率LED热学特性研究（课题实验）发光二极管（Light Emitting Diode, LED）在过去十几年里有了飞速的发展，逐渐突破了仅能作为低功率指示灯光源的限制，被广泛应用于日常照明和显示等领域[1-2]。
LED是通过外电流注入的电子和空穴在耗尽层中复合，以辐射复合产生光子而发光，同时也会有部分复合能量传递给晶格原子或离子，发生非辐射跃迁，这部分能量转换成热能损耗在PN结内。
对于小功率LED来说这部分热量很小可以不作考虑。
然而，对于大功率照明用LED而言，其发热量大幅提高，直接影响到了LED的发光效率和器件的使用寿命，以及引起波长的漂移，造成颜色不纯等一系列问题。
因此，研究功率型LED的热学与发光特性不仅涉及半导体物理的基础问题，也是目前光电工程领域的开发热点[3-4]。
一、实验原理简介1. 脉冲法测量结温准确测量LED的结温是研究LED热学特性的基础。
LED灯的基本结构如图1所示，其芯片的核心结构是一个半导体的PN结，所谓LED的结温指的就是PN结的温度。
由于PN 结的尺寸很小，又被荧光材料和树脂胶包裹，无法直接测量其温度，因此常用间接法来测量结温。
本实验仪器采用一种较为新颖的脉冲法测量结温，该方法于2008年由美国NIST实验室提出[7]。
其核心思想是通过脉冲电流来限制结温TJ的上升，使之与器件表面可测量温度TB接近一致。
当给待测LED灯通入一个幅值为额定值的脉冲电流时，芯片在脉冲内正常发光并升温，但由于电流占空比很小，芯片温度会在一个较长的电流截止状态下降低到和表面温度一致。
从整体效果来看，只要脉冲占空比足够小，LED的芯片温度能维持和表面温度一致，如图2所示。
这样，只要借助温控仪就能在脉冲电流下定标出芯片两端的电压‒温度曲线。
由于在电流一定时，特定PN结的压降仅和结温有关，所以在有了LED的电压‒温度曲线后，只需测量正常工作时LED两端的电压就可以得到其实际的结温。
图1 功率型LED 基本结构示意图图2 （a ）LED 在不同占空比的脉冲电流下结温随时间的变化示意图；（b ）待测LED 灯珠在脉冲电流和稳流状态下点亮时，器件表面温度随时间的变化曲线。
大学物理实验课程教学大纲物理实验中心河北工业大学
大学物理实验课程实验教学大纲课程名称：大学物理实验英文名称：University Physics Experiment实验学时：60学时（春天学期30学时；秋季学期30学时）适应专业：全校理工科各专业一、实验目的：物理学是研究物质运动一般规律及物质大体结构的科学，是自然科学的基础。
它的进展不仅推动了整个自然科学，而且对人类的物质观、时空观、宇宙观乃至人类文化都产生了深刻的影响。
物理学的研究必需以客观事实为基础，必需依托观察和实验。
物理实验在物理学的进展进程中起着重要的和直接的作用。
实验能够发觉新事实，实验结果能够为物理规律的成立提供依据。
归根结底物理学是一门实验科学，无论物理概念的成立仍是物理规律的发觉都必需以严格的科学实验为基础，并通过此后的科学实验来证明。
实验物理与理论物理相辅相成。
规律、公式是不是正确必需经受实践查验。
只有经受住实验的查验，由实验所证明，才会取得公认。
物理学又是今世技术进展最主要的源泉。
物理实验的方式、思想、仪器和技术已经被普遍地应用在各个自然科学领域和技术部门和其他学科领域。
本课程是高校各理工科专业开设的一门基础实验课，它与普通物理理论课程既有紧密的联系，又彼此独立。
它不同于一般的探索性的科学实验研究，每一个实验题目都通过精心设计、安排，实验结果也比较有定论。
它不仅能够加深大家对理论的理解，更重要的是可使同窗取得大体的实验知识，在实验方式和实验技术诸方面取得较为系统、严格的训练，是大学生进行自主学习、创新训练及科学研究的第一步，同时在培育科学工作者的良好素质及科学世界观方面，物理实验课程也起着潜移默化的作用。
本课程的主要目的和任务：1.通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，使学生进一步掌握物理实验的“大体知识，大体方式和大体技术”（即“三基”能力）；并能运用物理学原理和物理实验方式来研究物理现象和规律，加深对物理学原理的理解。
2.培育与提高学生从事科学实验的素质。
其中包括：理论联系实际和实事求是的科学作风；严肃认真的工作态度；不怕困难，主动进取的探索精神；遵守操作规程，珍惜公共财物的优良道德；和在实验进程中彼此协作，一路探索的团队合作精神。
大学物理~热力学基础
气体的内能
E i RT
2
(内能是态函数！)
气体的内能的增量
E i RT
2
二. 功
热量
P
S
dl
（1）功
计算系统在准静态膨胀过程中所作的功： dW F dl P S dl PdV
当活塞移动一段有限距离时
压强作功
W V2 P dV V1
V2
W PdV
热机发展简介
1698年萨维利和1705年纽可门先后发 明了蒸气机 ，当时蒸气机的效率极低 . 1765年瓦特进行了重大改进 ，大大提高了 效率 . 人们一直在为提高热机的效率而努 力，从理论上研究热机效率问题， 一方面 指明了提高效率的方向， 另一方面也推动 了热学理论的发展 .
各种热机的效率
大型柴油机效率
通过外界对系统作功的方法，提高系统的温 度，当系统的温度高于外界时，系统将当初所 吸的热量及由外界作功所转变的内能全部交还 给外界，系统恢复了原状。
外界呢？总能量没减少，但原来付出的机械能 变成了热能，外界没有恢复原状。所以
结论
热量从高温物体传到低温物 体的过程是不可逆的！
（3）气体的自由膨胀过程
dQ dE CV ( dT )V (dT )V
∵
1mol理想气体dE=
i 2
RdT
∴
Cv
=
i 2
R
（i为分子自由度）
所以，理想气体内能表达式又可写成
E CvT
2.定压摩尔热容量（Cp）：
1mol气体在定压过程中吸收热量dQ与温度的变化dT之比
Cp
dQ ( dT )p
dE+PdV ( dT )p
四川大学 创新型物理实验 空气热机实验
空气热机实验1143092146 付美梅(轻纺与食品学院轻化工程）摘要：本实验利用空气热机测量不同冷热端温度时的热功转换值，验证卡诺定理；后又测量热机输出功率随负载及转速的变化关系，计算热机实际效率。
最后，由此实验得到的一些创新想法。
关键词：空气热机；卡诺定理；热机效率；余热再用；火法冶金；鼓风；转鼓；风扇热机[2]是将热能转换为机械能的机器。
斯特林1816年发明的空气热机，以空气作为工作介质，是最古老的热机之一。
其结构简单，便于帮助理解热机原理与卡诺循环等热力学中的重要内容，是很好的热学实验教学仪器。
卡诺定理[3]是卡诺1824年提出来的，其表述如下：（1）在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关,与可逆循环的种类也无关。
（2）在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都小于可逆热机的效率。
1 实验原理[1]空气热机的结构及工作原理可用图1说明。
热机主机由高温区，低温区，工作活塞及汽缸，位移活塞及汽缸，飞轮，连杆，热源等部分组成。
空气在高温区和低温区间不断交换，使汽缸内压强不断变化，从而推动位移活塞和工作活塞的循环移动。
图1 空气热机工作原理（1）对于循环过程可逆的理想热机，热功转换效率：η = A/Q1 =（Q1-Q2）/Q1=（T1-T2）/T1= ΔT/ T1而实际热机：η ≦ΔT/ T1热机每一循环从热源吸收的热量Q1正比于ΔT/n，n为热机转速，η正比于nA/ΔT。
而n，A，T1及ΔT 均可测量，测量不同冷热端温度时的nA/ΔT，观察它与ΔT/ T1的关系，即可验证卡诺定理。
（2）当热机带负载时，热机向负载输出的功率可由力矩计测量计算而得，且热机实际输出功率的大小随负载的变化而变化。
在这种情况下，可测量计算出不同负载大小时的热机实际效率。
2 实验装置及实验方法本实验中使用的设备和装置有：空气热机实验仪，空气热机测试仪，电加热器及电源，计算机（或双踪示波器）。
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孝感学院《大学物理实验-热学》实验报告日期： 2011 年 月 日 天气：__________ 实 验 室：___________姓名：__________________ 学号：__________ 院系专业：___________ 指导教师：________【实验题目】实验12 金属线胀系数的测定【实验目的】1． 学习用__________或_______________测量_______________。
2． 测量_____________________________________________。
【实验仪器及型号】_______________________________________________________________________【实验原理及预习】 1． 线胀系数实验表明：在一定的温度范围内，原长为L 的物体，受热后其伸长量δ与其温度的增加量t ∆近似成__________，与原长L 亦成__________，即____________________ (式中的比例系数α称为固体的线胀系数) 大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，请查表给出下列材料线胀系数的数量级。
几种材料的线胀系数2． 线胀系数的测量固体的长度随温度的升高而增加，设L 0为物体在温度t =0℃时的长度，则在常温下，物体在ｔ℃时的长度为____________________设物体在温度t 1℃时的长度为L ，温度升高为t 2℃时，其长度增加了δL =____________________ L +δ=____________________由上两式消去L 0，整理后得α=____________________________而在实验条件下，______________所以α可近似写成α=____________________________3． 试估计本实验中金属杆的伸长量，并据此选择合适的测量器具。
⑴估算⑵可选用的测量器具：__________，__________，__________，__________......4． 用已学过的测量微小长度变化的仪器，设计另一种测量δ的方案。
【实验内容和步骤】1、用游标卡尺测出室温下待测金属杆的原长L ，测三次求出算术平均值。
2、安装好实验装置，调节螺钉，使千分表的指针转动一个微小的角度。
3、打开加热开关，观察加热盘温度的变化，直至温度稳定。
把此时温度计为1T ，读出千分表数值L 1。
4、重复步骤3，设定温度依次递增5C ︒，且递增9次（如依次为55.0℃、60.0℃、65.0℃、70.0℃、75.0℃、80.0℃、85.0℃、90.0℃、95.0℃），随着温度的上升，千分表开始旋转，当温度稳定后，千分表停止动作，记下此时的温度值（2T 、3T 、4T 、5T 、6T 、7T 、8T 、9T 、10T ）及千分表读数（L 2、L 3、L 4、L5、L6、L7、L8、L9、L 10）。
5、用逐差法求出温度每升高5℃时铜杆的平均伸长量，并求出铜杆在这个温区内的线胀系数。
6、将铜杆换成铁杆，重复以上步骤，测出铁杆在某个温区的线胀系数。
请阐明实验中应注意的事项：⑴_________________________________________________________________________________ ⑵_________________________________________________________________________________ ⑶_________________________________________________________________________________n 1n【实验数据记录】 12、记录对应温度时的千分表读数(逐差法)实验数据教师核查签字（未签字数据无效）：______________【实验数据处理】1、计算得到铜杆的线胀系数（逐差法）①温度每升高5C ︒时，由逐差法处理数据，可得铜杆的平均伸长量δ为：61728394105()()()()()55L L L L L L L L L L δ-+-+-+-+-==⨯_________（mm ）②铜杆在（1T =_____C ︒，10T =_____C ︒）温区的线胀系数为：____________________________5LLα∆===1()C -︒③误差分析2、做金属杆长度随温度变化的关系曲线，并由此确定实验金属杆的线胀系数【实验思考题和作业】1．试分析哪一个量是影响实验结果精度的主要因素？2．试举几个在日常生活和工程技术中应用或考虑线胀的实例。
孝感学院《大学物理实验-热学》实验报告日期： 2011 年 月 日 天气：__________ 实 验 室：___________姓名：__________________ 学号：__________ 院系专业：___________ 指导教师：________【实验题目】实验13 冰的熔化热的测定【实验目的】1．测定__________。
2．掌握基本的测热方法:__________。
3．学习一种____________________的方法。
【实验仪器及型号】_______________________________________________________________________【实验原理及预习】1． 用混合法测量冰的比熔解热 ⑴用混合法测量测量热的条件：_____________________________________该实验条件在具体实验中很难做到，本实验是通过控制实验的_______和________以弥补________的影响。
⑵冰的比熔解热①熔解热的定义：_____________________________________________________________________。
②查表给出冰的熔解热的标准值0_____________L③本实验用混合法测量冰的比熔解热，由于在绝热系统中，某一部分所放出的热量等于其余部分所吸收的热量。
在量热器筒中，用M 克0℃的冰与m 克C T 02的温水混合，当冰全部溶解成水时，平衡温度为C T 01，设量热器内筒和搅拌器的质量分别为1m 、2m ，其比热容分别为1c 、2c ，在系统与外界无热量交换的条件下，有热平衡方程__________________________________________________________将上式整理得_________________________________________________________2．弥补散热修正 ⑴牛顿冷却定律文字表述：____________________________________________________________________________公 式：_______________________ ⑵散热修正在实验过程中，系统向环境散失的热量____________Q =放系统向环境吸收的热量___________Q =吸 ⑶本实验中为满足S A ≈S B ，初温T 2及末温T 1以及室温θ应满足的关系是什么？T 2_____θ， T 1_____θ， 21____T T θθ--具体做法是要进行多次实验，而且在做完某次实验并绘制出T -t 曲线后，根据S A 和S B 的面积判断出下一次实验应如何改变T 2和T 1。
如此反复多次，就能找出最佳的初温T 2和末温T 1。
【实验内容和步骤】 1．冰的制备问：冰块投入量热器内筒时，若冰块外面附有水，将对实验结果有何影响（只需定性说明）？ 答：2．合理选择各个参数的数值在做实验时可以适当选择数值的参量有水的质量m 、冰的质量M 、初温T 2及末温T 1。
在做第一次实验时，T 2可比环境温度高__________℃，水量约为量热器内筒容积的_______左右，放入的冰块必须________________________，使冰尽快溶解。
若末温T 1太低，第二次实验时为了提高末温，可以_______冰块的质量，也可以__________水的质量或__________初温。
应该注意，末温不能选得太低，以免内筒外壁出现凝结水而改变其散热系数。
3．冰的溶解热的测定（1）用物理天平分别称出量热器内筒和搅拌器的质量m 1、m 2及水的质量m ，温度计入水体积V δ。
（2）从放入冰块前三四分钟开始测温，每隔0.5min 测一次温度，读取6～8个数据；记下放入冰块时刻，放入冰块后每隔10秒测一次水温；在温度达到最低温度后，继续测温五六分钟，每隔0.5min 测一次，读取10～12个数据。
应该注意，为使温度计读数确实代表所要测量的系统的温度，整个实验过程要不断轻轻地．．．．．进行搅拌。
（3）利用上述数据在坐标纸上绘出T -t 曲线，用外推法确定投冰时的水温T2，参照图4-15-2的散热修正方法，尽可能准确地估算S A 和S B 面积，若相差太大，则应调整各参量的数值，重新做实验。
若基本相等，则可转到下一步骤。
（4）测量包括搅拌器、水及放入的冰块在内的量热器内筒总质量，并算出冰块的质量M 。
（5）算出冰的溶解热及作出标准不确定度的评定。
【实验数据记录】 1．测量数据记录水的比热容 0c = J/g ·℃ 铜的比热容1c = J/g ·℃2．放冰前后水温T 随时间t 变化表2 放冰前后水温T 随时间t 变化的数据⑴ 室温：表2 放冰前后水温T 随时间t 变化的数据⑵ 室温：实验数据教师核查签字（未签字数据无效）：______________【实验数据处理】1．通过散热修正分析实验是否满足混合法测量测量热的条件，并作温度修正。
通过作图用外推法可得到混合时刻的热水温度T 2，和热平衡的温度T 1。
⑴ ⑵2．计算冰的熔解热并和理论值做比较估算百分误差（要求用不做温度修正和做温度修正的结果对比）。
⑴ ⑵【实验思考题和作业】1．试定性说明下述情况给L 的测量结果带来的影响（偏大还是偏小）。
2．试分析若系统从外界吸收的热量大于向外界散失的热量（S B >S A ），将使L 的结果偏大还是偏小？孝感学院《大学物理实验-热学》实验报告日期： 2011 年 月 日 天气：__________ 实 验 室：姓名：__________________ 学号：__________ 院系专业：___________ 指导教师：________【实验题目】实验14 液体表面张力系数的测定【实验目的】1. 掌握用_____________测量__________的原理和方法。