普通物理实验热学部分

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热学实验目录 ◇金属比热的测定 ◇金属线胀系数的测定 ◇水的汽化热的测定 ◇热功当量的测定 ◇液体表面张力系数的测定返回

金属比热的测定 • 实验目的 • 实验仪器 • 实验原理 • 实验内容 • 数据处理 • 思考题

实验目的 1.学会基本的量热方法——混合法。 2.测量金属的比热。 3.学习热学实验中系统散热带来的误差的修正方法。

实验仪器 量热器、温度计（0～50℃，准确到0.1℃）、加热器、待测金属块、细线、物理天平、秒表、小量筒。

实验原理 mxcx(T3－T1)＝(m0c0＋C1＋C2)(T2－T3) (1) 由此可得金属块的比热

实验内容 1．测出室温T1，称待测金属质量mx 。 2．擦净量热器内筒，称量它和搅拌器的质量m1,然后倒入高出室温20℃～30℃的水，迅速将绝热盖盖好，插入温度计和搅拌器，不断搅动搅拌器，并启动秒表，每隔一分钟读一次温度数值，在混合前可测读8次（8分钟）。 3．将系有细线的金属块迅速投入量热器内，使其悬浸在水中，盖好盖子，继续搅动搅拌器，开始每隔25秒记录一次温度，2分钟后，每隔一分钟记录一次，共记录8次。 4．取出量热器的内筒,称其总质量并减去m+m1,即为水的质量m0。 5．用小量筒测出温度计浸入水中的体积V0。

数据处理

思考题 1．混合法的理论根据是什么？ 2．分析实验中哪些因素会引起系统误差？测量时怎样才能减小实验误差？ 3．若采用预先加热金属块投入低于室温的水中混合的方法，本实验应怎样设计和进行操作？ 4．如果混合前金属块和水的温度都在变化，其初温怎样测量？出现这种情况对实验有何影响？应怎样避免？

金属线胀系数的测定 • 实验目的 • 实验仪器 • 实验原理 • 实验内容 • 数据处理 • 思考题

实验目的 掌握利用光杠杆测定线胀系数的方法。

实验仪器 线胀系数测定仪（附光杠杆）、望远镜直横尺、钢卷尺、蒸汽发生器、气压计（共用）、温度计（50～100℃，准确到0.1℃）、游标卡尺。

实验原理 L=L0（1+αt）（1） L=L0（1+αt1）（2） L+△L= L0（1+αt2）（3）（5） ΔL=Δd h/2D 或者 ΔL=（d2—d1）h/2D （6）（7）

实验内容 1．在室温下，用米尺测量待测金属棒的长度L三次，取平均值。然后将其插入仪器的大圆柱形筒中。注意，棒的下端要和基座紧密接触。 2．插入温度计，小心轻放，以免损坏。 3．将光杠杆放置到仪器平台上,其后足尖踏到金属棒顶端,前两足尖踏入凹槽内。平面镜要调到铅直方向。望远镜和标尺组要置于光杠杆前约1米距离处，标尺调到垂直方向。调节望远镜的目镜，使标尺的像最清晰并且与十字叉丝横线间无视差。记下标尺的读数d1。 4．记下初温t1后，给仪器通电加热，待温度计的读数稳定后，记下温度t2以及望远镜中标尺的相应读数d2。 5．停止加热。测出距离D。取下光杠杆放在白纸上轻轻压出三个足尖痕迹，用铅笔通过前两足痕联成一直线，再由后足痕引到此直线的垂线，用标尺测出垂线的距离h。

数据处理 1．把测得的数据代入（7）式，计算出α值。 2．将α的测量值与实验室给出的真值相比较，求出百分误差。

思考题 1．本实验所用仪器和用具有哪些？如何将仪器安装好？操作时应注意哪些问题？ 2．调节光杠杆的程序是什么？在调节中要特别注意哪些问题？ 3．分析本实验中各物理量的测量结果，哪一个对实验误差影响较大？ 4．根据实验室条件你还能设计一种测量ΔL的方案吗？

水的汽化热的测定 • 实验目的 • 实验仪器 • 实验原理 • 实验内容 • 数据处理 • 思考题

实验目的 1．利用量热器测定在当地大气压下水沸腾时的汽化热。 2．学会测量量热器的有效热容量。

实验仪器 蒸汽发生器、量热器、温度计（0～50℃，准确到0.1℃）、电子天平（共用）、蒸馏水、胶皮管、秒表、气压计（共用）等。

实验原理 Q放＝mL＋m1c0(t2－tθ) Q吸＝(m0c0＋Ck)(tθ－t1） mL＋m1c0(t2－tθ) ＝(m0c0＋Ck) (tθ－t1) L＝[ (m0c0＋Ck) (tθ－t1)－m1c0(t2－tθ)]/m

实验内容 1．实验装置如图所示，A为蒸汽发生器，B为量热器。经加热从蒸汽发生器出来的水蒸汽，再经蒸汽胶管通入量热器。 2．实验时，先称出空量热器的质量把低于室温的水倒入瓶内，再称出量热器和水的总质量，从而求得倒入量热器内水的质量。 3．将装有蒸馏水的蒸汽发生器加热，当蒸汽发生器喷射的蒸汽很猛烈时，才能把蒸汽通入量热器内，通入蒸汽前，要记下水的初温t1。 4．通入蒸汽后开始计时，并用搅拌器缓慢搅动。每隔一分钟测量一次水温，并记下数据。当水温升高到室温以上时，拨出插入量热器内的蒸汽管，停止向水中通入蒸汽继续搅动筒内的水，记下最高温度tθ以及通入蒸汽的总时间τ。 5．称出量热器和水的总质量，求出输入筒中水蒸汽和水的总质量。 6．考虑到通入量热器内的水蒸汽可能带入少量的水滴，这部分小水滴的凝结热却散失在筒外，因此需要对此进行修正。修正的办法是将插入量热器内的蒸汽管子拨出后水平置于一小烧杯的上方，接取和在实验中通蒸汽所用相同时间τ内喷出的小水滴，并称其质量可得到修正后水蒸汽的质量。

数据处理 自拟数据记录表格。将表中数据代入公式，算出水在沸点温度时的汽化热值。

思考题 1．实验开始时就将蒸汽过滤器和量热器连接起来是否可以？为什么？ 2．进入量热器中的水蒸汽混入一些水滴时，对实验有何影响？应该怎样进行修正？ 3．本实验中量热器也不是一个完善的绝热系统，其散热的影响应该如何消除？

热功当量的测定 • 实验目的 • 实验仪器 • 实验原理 • 实验内容 • 数据处理 • 思考题

实验目的 研究机械功与热量的转换，测定热功当量。

实验仪器 热功当量测定仪、温度计、天平、量简。

实验原理 A=JQ （1） A＝2πrmgn （2） Q=(m0c0+m1c1+m2c2+0.46V) Δt （3）

实验内容 1．调试仪器。先在内杯E中盛水约大半杯。内外杯E、D间涂有适当的润滑油，防止二杯表面直接接触，遭受损伤，调整绕线的高低与圆盘保持在同一水平面内，并与圆盘边缘相切。增减钩码和调整转速使钩码静止不动。 2．调试完毕后，取下内外杯，倒去内杯的水并擦净。再在内外杯间涂少量润滑油，用天平称出质量m1及搅拌器的质量m2。把低于室温约2~3℃的水倒入内杯中，水面距杯口约1cm左右，称出总质量m，则水的质量m０=m－(m１＋m２)。 3．装好仪器，记下水的初温t0及计数器的初始读数n1。 4．记下钩码质量。转动外杯待水温升高到比室温高出约2~3℃时停止转动，并记下记数器的读数n2，则n＝n2－n1，用搅拌器继续搅拌，读出温度计指示的最高温度t1，则温差△t＝t1－t0。 5．测出圆盘直径，温度计浸入水中的体积V以cm3为单位。

数据处理 1．根据实验中测得的数据及由物性表中查得的比热值，代入（4）式中，求出热功当量的数值。 2．查出热功当量的标准值，按下式计算相对误差

思考题 1．在外杯转动一些时间后，摩擦会减小，必须调节转速。为什么摩擦会减小？又为什么必须调节转速？ 2．为什么停转以后系统温度还会不断升高？为什么在系统温度到达最高后再冷却一会儿才开始记t１。 3．系统温度t０选多少较好？如何测准它？ 4．环境温度应如何测量？在什么地方测量？测多少次较好？如t０的测量误差为1℃，对结果会有多大影响？

液体表面张力系数的测定 • 实验目的 • 实验仪器 • 实验原理 • 实验内容 • 数据处理 • 思考题

实验目的 1．用拉脱法测定室温下水的张力系数。 2．学会用焦利氏秤测量微小力的方法。

实验仪器 焦利氏秤、砝码、烧杯、温度计、酒精灯、蒸馏水、游标卡尺。

实验原理 f =αL 　　　（1） F＝mg＋f（2）（3）

实验内容 2．测量弹簧的倔强系数K。依次将质量为1.0g，2.0g，3.0g，…，9.0g的砝码加在下盘内。转动旋钮E，每次都重新使三线对齐，分别记下游标0线所指示的B杆上的读数L１、L２、…Ln，用逐差法求出弹簧的倔强系数。 =（K1＋K2＋…＋K5）/ 5 （5） 3．测（F—mg）值。将金属片（常用金属丝Ｕ形框）仔细擦洗干净，此时有放在酒精灯上烘烤一下。然后把它挂在砝码盘Ｆ下端的小钩上，转动旋钮E使三线对齐，记下此时游标0线指示的B杆上读数S０。将盛有蒸馏水的烧杯置于平台H上，调节平台位置，使金属片浸入水中，转动H下端螺丝S使H缓缓下降，由于水的表面张力作用，上面已调好的三线对齐状态受到破坏，需要重新调整使三线对齐。然后再使H下降一点，重复刚才的调节，直到H稍一下降，金属片脱出液面为止，记下此时游标0线所指示的B杆上读数S，算出（S－S０）值，即为在表面张力作用下，弹簧的伸长量，重复测量五次，求出（S－S０）的平均值此时有式中为（5）式所示弹簧的倔强系数，将（6）代入（3）式可得

数据处理 自拟表格记录数据，并根据公式求出水的表面张力系数α的值。注：水的表面张力系数α＝（70－0.15t）×10－3N·m－１，t为摄氏度，此公式来源于《普通物理·热学》王正清主编，第272页。

思考题 1. 矩形金属片浸入水中，然后轻轻提起到底面与水面相平时，试分析金属片在竖直方向的受力。 2. 分析（2）式成立的条件，实验中应如何保证这些条件实现？ 3. 本实验中为何安排测（F－mg），而不是分别测F和mg？

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