固体比热容的测量.doc

固体比热容得测量
一、 实验目得
1、 掌握基本得量热方法——混合法；
2、 测定金属得比热容；
3、 学习一种修正散热得方法。
二、 实验仪器
量热器、温度计（0、00—50、０0　0C与0、0—１00、０　0Ｃ各一支）、物理天平、待测金属粒、冰、停表、加热器、量筒等.
三、 实验原理
1、 混合法测比热容
依据热平衡原理，温度不同得物体混合后，热量将由高温物体传给低温物体,如果在混合过程中与外界无热量交换，最后达到均匀稳定得平衡温度。根据能量守恒定律,高温物体放出得热量就应等于低温物体吸收得热量,即:

本实验即根据热平衡原理用混合法测定固体得比热。设量热器(包括搅拌器与温度计插入水中部分）得热容为C，实验时，量热器内先盛以质量为,温度为得冷水，之后，把加热到温度为质量为得待测金属块投入量热器中,经过热交换后，水量热器与金属块达到共同得末温，依热平衡方程有：
　 　（1)
即 　 　 　 　 　 　 　　 (２)
量热器得热容C可以根据其质量与比热容算出。设量热器筒与搅拌器由相同得物质制成，其质量为，比热容为，则
　 　　 　 　 　 　 　　　 　 （3)
式中为温度计插入水中部分得热容.得值可由下式求出：

式中V为温度计插入水中部分得体积。表示以J·0Ｃ—1为单位时得数值，而表示V以cｍ３为单位时得数值.
2、 系统误差得修正
上述讨论就是在假定量热器与外界没有热交换时得结论。实际上只要有温度差异就必然会有热交换存在，因此实验结果总就是存在系统误差，有时甚至很大，以至无法得到正确结果。所以,校正系统误差就是量热学实验中很突出得问题。为此可采取如下措施：
１)要尽量减少与外界得热量交换，使系统近似孤立体系。此外,量热器不要放在电炉旁与太阳光下，实验也不要在空气流通太快得地方进行。
2)采取补偿措施，就就是在被测物体放入量热器之前，先使量热器与水得初始温度低于室温，但避免在两热器外生成凝结水滴.先估算，使初始温度与室温得温差与混合后末温高出室温得温度大体相等。这样混合前量热器从外界吸热与混合后向外界放热大体相等,极大地降低了系统误差。
３）缩短操作时间,将被测物体从沸水中取出,然后倒入量热器筒中并盖好得整个过程,动作要快而不乱,减少热量得损失。
4)严防有水附着在量热筒外面,以免水蒸发时带走过多得热量。
5)沸点得校正。在实验中，我们就是取水得沸点为被测物体加热后得温度,但压强不同，水得沸点也有所不同.为此需用大气压强计测出当时得气压，再由气压与沸点得关系通过查表查出沸点得温度。
采取以上措施后,散热得影响仍难以完全避免。被测物体放入量热器后,水温达到最高温度前，整个系统还会向外散热。所以理论上得末温就是无法得到得。这就需要通过实验得方法进行修正：在被测物体放入量热器前4－５ｍiｎ就开始测度量热器中水得温度，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。由实验数据作出温度与时间得关系曲线,如图1所示。

图１　 温度与时间得关系曲线
为了推出公式(2)中水得初温度与末温,在图1中，对应于室温在曲线上之O点作一垂直与横轴得直线。然后将曲线上升部分AＥ及下降部分FD延长，与此垂线分别相交于B点与Ｃ点,这两个交点得温度坐标可瞧成就是理想情况下得T1与T2，即相当于热交换无限快时水得初温与末温。
四、 实验内容与步骤
1、称出质量为得金属粒，放入加热器中隔水加热。在沸水中至少1５ｍｉn，才可认为金属粒与水同温.水沸腾后测出大气压强P.
2、在金属粒加热得同时，称出量热器内筒及搅拌器质量，然后倒入适量得水,并加入冰屑使水温降低到室温下(注意:不能使筒外表有水凝结)，称出总质量，求出水得质量。
3、在倒入金属粒前，一面用棒轻轻搅动,一面每隔一分钟测一次水温，计时５分钟后将加热好得金属粒迅速而准确地倒入量热器内（注意：不能使量热器中水溅出,又切勿碰到温度计），立即将盖盖好并继续搅拌,同时，每隔半分钟测一次水温。至水温均匀下降,每隔一分钟测一次水温，连续10min左右为止.
4、用排水法将温度计浸没于水下得体积在小量筒中测得.先将水注入小量筒中，记下其体积，然后将温度计插入水中,使温度计插入水中得体积与在量热筒中没入水中得体积相同(以从量热筒中取出温度计上水印为准），读出液面升高后得体积，则温度计插入量热筒水中得体积为：(注意：实验中温度计中得水银泡一定要没入水中，但又不能碰到锌粒).
5、查表得到实验气压条件下水得沸点,即作为金属粒加热后得温度。
6、作温度-时间曲线，求出与，即公式(2）中水得初温度与末温。
五、数据记录及处理
自拟表格记录测量得有关数据.根据公式（2）求出金属粒得比热，并与其标准比热比较，求出相对误差.
六、思考题：
１.混合量热法得原理就是什么？它得基本实验条件就是什么？如何保证？
2。实验中质量称衡采用了精度较低得物理天平，为什么测量温度却采用了分度值为0．10C得精密水银温度计？
3。为了提高量热精度,实验中采取了哪些措施？
４。试分析您在实验中对各参量(如温度、水得质量等)得选取就是否得当?
[附记］
温度计插入水中部分得热容可如下求出：已知水银得密度为１3.6g·cm－3,比热容为0、13９J·g－1·０C－１,其1ｃm３得热容为1、89　Ｊ·cm－3·0C—1.而制造温度计得耶那玻璃得密度为2。58 g·ｃm－3,比热容为0、83 J·ｇ-1·0C—1，其1cm３得热容为2、14J·cｍ—3·0C-1,它与水银得很相近，因为温度计插入水中部分得体积不大，其热容在测量中占次要地位,因此可认为它们1cｍ3得热容就是相同得。设温度计插入水中部分得体积为V（以cm3为单位),则该部分得热容得数值可取为，Ｖ可用盛水得小量筒去测量.