金属比热容的测定实验报告Word文件下载.docx
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，
-100-基础物理实验
（二）
于是得到下述关系式：
?
Q?
C1M1?
?
1
t?
t式中C1为该金属样品在温度?
1时的比热容，
为金属样品在?
1时的温度下降速?
t
率。
根据牛顿冷却定律有：
Q
a1s1m?
式中a1为热交换系数，s1为该样品外表面的面积，m为与周围介质状况有关的系数，?
1为金属样品的温度，?
0为周围介质的温度。
由式和，可得：
C1M1
同理，对质量为M2，比热容为C2的另一种金属样品，可有同样的表达式：
C2M2
2
a2s2mt
由上式和，可得：
C2M2
t?
a2s2ma1s1C1M11
t
所以：
1M1a2s2m
tC2?
C1
2M2asm
t111
如果两样品的形状尺寸都相同，即s1?
s2；
两样品的表面状况也相同，而周围介质的性质当然也不变，则有a1?
a2。
于是当周围介质温度不变时，上式可以简化为:
M11
C2?
M22
如果已知标准金属样品的比热容C1、质量M1、待测样品的质量M2及两样品在温度?
时的温度下降速率之比，就可以求出待测金属材料的比热容C2。
已知铜在100oC时的比热容为：
CCu?
/实验内容
一．必做部分：
测量铁和铝在1000C时的比热容
1．用电子天平称出各金属样品的质量M。
再根据MCu?
MFe?
MAl这一特点，把它们区别开来。
[由于三种金属样品表面均镀上相同的金属薄层（表面光洁度尽可能相同），它们的长度、直径都相同，故难以直观分辨]。
2．用铜-康铜热电偶测量温度，而热电偶的热电动势采用低漂移的放大器和三位半数字电压表，经信号放大后输入数字电压表显示的满量程为20mV，读出的mV数查附表即可换算成温度。
使热电偶热端的铜导线与数字电压表的正端相连；
冷端的铜导线与数字电压表的负端相连。
实验二金属比热容的测定-101-
3．将样品安置在防风金属筒内，开始加热。
加热电烙铁的电压为。
当样品加热到某一定值即100oC时，切断电源移去电烙铁，样品继续安放在与外界基本隔绝的金属圆筒内自然冷却。
当温度升到接近102oC时开始记录（测量样品由102oC下降到98oC所需的时
间?
t），从而计算样品的冷却速率?
。
按铁、铜、铝的次序，分别测量其温度下?
t100c
降速度，每样品重复测量5次。
因为各样品的温度下降范围相同所以公式可以简化为：
M2
C2?
C11
M21
具体做法：
可记录电压表值约从E1?
降到E2?
所需的时间?
t，从而计算E?
注意：
热电偶的热电动势与温差的关系在同—小温差范围内可看作线性关系，即
EEm1t?
11?
1，故c?
c
21
E?
m?
222
二．选做部分：
测量铁和铝在200℃时的比热容实验方法与100oC时相同，试比较二者的结果。
注意事项
1．首先金属比热容测量仪调零。
（输入端直接用调零线相连，再用调零旋钮）。
2．加热后不许接触铜-康铜热电偶和待测样品。
3．热电偶的冷端必须实际接触冰水混合物。
4．室温尽量保持恒温。
思考题
1．为什么实验应在防风金属筒中进行？
2．测量三种金属的冷却规律，并在作图纸上画出冷却曲线。
如何求出它们在同一温度点的冷却速率？
-102-基础物理实验
（二）
附表
铜—康铜热电偶分度表（参考端温度为0℃）
篇二：
金属比热容实验报告
深圳大学实验报告
课程名称：
大学物理实验
（一）
实验名称：
金属比热容的测量
学院：
医学院
指导教师：
报告人：
组号：
学号实验地点
实验时间：
年月日
提交时间：
1
2
3
4
5
篇三：
金属比热容测定
热学实验论文
。
混合法测定金属的比热容
物质比热容的测量属于量热学范围，由于量热实验的误差一般较大，所以要做好量热实验必须仔细分析产生各种误差的原因，并采取相应措施设法减小误差。
测定固体或液体的比热容，在温度变化不太大时常用混合量热法、冷却法、电流量热器法。
本实验用混合法测定金属的比热容。
一、实验目的
1．学习热学实验的基本知识，掌握用混合法测定金属的比热容的方法；
2．学习一种修正系统散热的方法。
二、仪器及用具
量热器，水银温度计，物理天平，待测金属粒，停表，量筒，烧杯及电加热器等。
三、实验原理
1．用热平衡原理侧比热容
在一个与环境没有热交换的孤立系统中，质量为m的物体，当它的温度由最初平衡态变化到新的平衡态?
0?
i时，所吸收（或放出）的热量Q为
Q?
mc
（1）
式中mc称为该物体的热容，c称为物体的比热容，单位为Ｊ／（ｋｇ·
K）。
用混合法测定固体比热容的原理是热平衡原理。
把不同温度的物体混合在一起时，高温物体向低温物体传递热量，如果与外界没有任何热交换，则他们最终达到均匀、稳定的平衡温度，这时称系统达到了热平衡。
高温物体放出的热量Q1与低温物体吸收的热量Q2相等，即
Q1=Q2
（2）
本实验的高温部分由量热器内筒、搅拌器、水银温度计和热水等组成，而处于室温的金属粒为系统的低温部分。
设量热器内筒和搅拌器（二者为同种材料制成）的质量为m1，比热容为c1；
热水质量为m2，比热容为c2；
水银温度计的质量为m3，比热容为c3，它们的共同
温度为?
1。
待测金属粒的质量为M，比热容为c，温度与室温?
0相同。
将适量金属粒倒入量热器内筒中，经过搅拌后，系统达到热平衡时的温度为?
2。
假设系统与外界没有任何热交换，则根据式
（2）可知，实验系统的热平衡方程为
Mc（3）
式中m3c3为温度计的热容，其值用表示，这里的V表示温度计浸入水中部分的
3体积，单位用cm。
于是，式（3）可写成
Mc
则金属粒的比热容c为
c?
M（4）
式中M、m1、m2均可由天平称衡；
V可用量筒采用排水法测出；
c1、c2查书后附录二或由实验室给出，?
0为室温。
若能知道?
1和?
2的值，便可计算出金属粒的比热容c。
下面通过修正系统散热误差的方法求出?
2的值。
2.系统散热误差的修正（面积补偿法）
在热学实验中，系统不可能完全绝热，必然存在着散热现象，因此，必须对系统的散热进行修正。
修正散热的方法之一就是对温度进行修正，其方法是通过作图用外推法求出实验系统的高温部分（量热器内筒、热水、搅拌器、水银温度计等）混合前的温度?
1以及混合后系统达到热平衡时的温度?
图2-25所示的是实验系统的温度随时间变化的曲线。
图
B点对应的时刻为金属粒投入热水中中AB段是未投入金属粒前系统的散热温度变化曲线；
的时刻。
BC段是金属粒投入量热器热水中以后，系统进行热交换过程的散热曲线；
CD段是系统内热交换达到热平衡后的散热温度变化曲线。
在BC段实际上同时进行着两个过程，一是由于系统向空气散热而导致热水温度下降，二是由于金属粒投入后的吸热效应而使热水温度下降。
现在就来考虑在有热量损失的情况下，应用面积补偿法，求出由于投入金属粒而使水温降低的实际数值。
其具体做法是：
在曲线上过对应于室温?
0的点G作垂直横轴的直线，然后延长AB到E，延长DC到F，使BEG面积等于GFC面积，这样在BEGFC和BGC这两条图线各自相应的过程中所损失的热量是相等的，因而可将原来的BGC过程等
效为BE、EF和FC三段过程，其中BE和FC表示在整个过程中由于向周围散热而导致温度下降的情况，而EF表示系统由于投入金属粒而引起的温度下降。
E、F点所对应的温度?
1?
和?
2?
是投入金属粒后热平衡进行得无限快时系统的初温和末温。
它意味着热平衡不需要时间，因此，系统与外界也来不及热交换。
故可用?
、?
代入式（4）中代替?
2进行计算。
4．实验步骤
1）.用天平称出待测金属块的质量m，在室温温度计上读出室温温度?
；
2）.将量热器的内筒及搅拌器擦拭干净，用天平称出他们的质量m1，在内筒中倒入高出室温（?
）20℃左右的温水（水要能淹没金属块），盖好绝热盖，插好温度计和搅拌器，不断搅动搅拌器（不宜过快），用秒表开始记时，每隔一分钟就纪录一次温度计的读数，在混合前共测读5次，记录数据；
3）.在第5分钟后迅速将系有细线的待测金属块放入内筒的水中，迅速盖好盖子并继续搅拌，且每隔二十秒纪录一次温度计读数，两次后每隔一分钟纪录一次温度计读数，共八次；
4）.用游标卡尺测出温度计没入水中的长度和直径，并算出体积；
5）.把内筒（内筒,金属块,搅拌器和水）取出，称其总质量M，并求出水的质量m0，即m0=M－,
6）.根据纪录的数据描绘T－t曲线，并用外推法确定始温T1和终温T；
7）.由mc?
求出结果并分析。
5．实验数据、处理及讨论
1）.实验已知和所测数据：
C铜?
385J/kg*0CC水?
4187J/kg*0C室温?
=℃
表一：
T－t数据表
t/min12345t/℃
78910111213
表二：
实验中各物的质量数据表6
表三：
温度计的测量
2）.温度修正：
因为混合过程中，系统实际上总要与外界交换热量，这就破
坏了式的成立条件。
为消除其影响，需采用散热修正。
实验中热量散失的途径主要有3个方面。
第一，若用预先加热
金属块投入量热器的混合方法，则投入前有热量散失，且这部
分热量不易修正，只能尽量缩短投放时间来解决。
第二，将室
温的金属块投入盛有温水的量热器中，混合过程中量热器向外
散失热量，由此造成混合前水的初温与混合后水的终温不易测准。
为此，绘制水的温度-时间曲线，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度-时间曲线，如图二中的ABGCD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段表示混合后的冷却过程。
通过G点做与时间轴垂直的一条直线，分别与AB、CD的延长线交于E和F点,使面积BEG与面积CFG相等，这样，E和F点对应的温度就是热交换进行得无限快的温度，即没有热量散失时混合前后的初温和终温。
第三，量热器表面若存在水滴附着，会使其蒸发而散失较多热量，这可在实验前用干布擦净量热器来避免。
3）.数据处理：
1.对系统温度进行修正
在直线AB段旁取两点最接近AB的点，由上图可得，此两点的坐标为
（1，），（5，），则由此两点所确定的AB的方程为图二：
温度-时间曲线
T得T?
t?
11?
5
同理CD段的方程为
当t=时
T1=TE=（混合过程的始温）T=TF=T?
27
.45?
又由表二可知：
m物?
m筒?
搅?
66gm水?
0m由表三可知：
l?
则温度计没入水中的体积V=（cm）3
m=cal/0C=/0C
又因为
C铜?
385J/kg*0CC水?
4187J/kg*0C室温?
T1=0CT=0C
所以
m
代入数据，解之得c=（cal/）
标准不确定度的计算：
由标准不确定度的计算公式计算可知：
0?
uc?
t11?
=uc?
d?
=uC?
l=
则金属块比热容的标准不确定度为：
uC?
CX?
=/kg*k
C=±
J/kg*k
由仪器卡得知c=377J/kg*k所以测量的百分误差为：
c0/0?
6.分析讨论及注意事项：
c测?
c标=％c标
1）.本实验的误差主要来自于温度测量,所以测量温度时应特别细心,读数要准确;
2）.由于金属的比热容较小,所以尽量使水的质量减少,以增大温差,减少相对误差,但金属块必须全部浸没在水中;
3）.实验时温度计和金属块的放置位置要适合,以防测不准系统温度和碰坏温度计;
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