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1、实验十 金属比热容的测定比热容是物质物理性质的重要参量，在研究物质结构、确定相变、鉴定物质纯度等方 面起着重要作用。 测定物质的比热容可归结为，测量一定质量的该物质降低一定温度后所放出的热量。 测量热量通常使用的仪器有：利用水的温度升高来测量热量的水量热器和利用冰的溶解来 测热量的冰量热器。一般来说，它们比较适用于测定固体物质(如金属)的比热容。 比热容的精确测量需要很高的实验技巧，一方面由于要避免(和补偿)样品与环境之间的 热传递是困难的；另外，这样的测量又极为重要。比热容随温度的变化，是了解物质分子 能量最直接的途径，特别是低温物质，在现代物理学中是非常引人关注的。 【目的目的】 1.掌握
2、基本的量热的方法混合法。 2.测定金属的比热容。 3.学习散热修正的一种方法修正温度。 【原理原理】 温度不同的物体混合之后，热量从高温物体传给低温物体，若与外界无热量交换，最 后将达到一均匀稳定的平衡温度。将质量为 m、温度为 T 、比热容为 c的金属块，投入 量热器内筒中(设其与搅拌器的热容为 C )，量热器内筒中水的质量为 m，其比热容为 c，初温度为 T ，与金属块混合后的温度为 T，温度计插入水中部分的热容设为 C， 根据热平衡原理，可列出 mc（TT）（mcCC）（TT） (3-1) 由此可得金属块的比热容(3-2) 13322100 TTmTTcccmcx量热器和搅拌器多由相同物
3、质制成，查表可求得其比热容 c，并计算出 Cmc，m是量热器内筒和搅拌器的总质量。而 C1.9VJ，V 是温度计插入 水中的体积，单位是 cm；1.9V 是浸入到水中的温度计的热容。只要测 m、m、T、T、T的值，就可由式(3-2)求得待测金属块的比热容 c值。 在上述混合过程中，系统实际上总要与外界交换热量，这就破坏了式(3-1)的成立条件。 为消除其影响，需采用散热修正。本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
4、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 3-1 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
5、验前用干布擦净量热器来避免。图图 3-1 温度温度-时间曲线时间曲线【仪器仪器】 量热器，温度计(0 50 ，准确到 0.1 )，待测金属块，细线，物理天平，秒表， 游标卡尺。 【实验内容与步骤实验内容与步骤】 待测金属块与水混合可有多种方法，本实验可采用将室温的金属块投入盛有温水的量 热器中混合的方法。其散热修正采用以上论述修正温度的方法。 浸入到水中的温度计的热容计算如下：m汞c汞m玻c玻汞V汞c汞玻V玻c玻C1.87V汞1.9V玻1.9(V汞+V玻)1.9V（J）(V汞 V玻)。1.测出室温 T，称量待测金属块的质量 m。 2.擦净量热器内筒，称量它和搅拌器的质量 m，然后倒入高出室温
6、2030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，并打开秒表，每隔 60 s 读出 温度数，在混合前可测 68 次。 3.系有细线的金属块迅速投入量热器内，使其悬没在水中，盖好盖子，继续搅动搅拌器， 开始每隔 2030 s 记录 1 次温度，2 min 后可隔 1 min 记录 1 次，共记录 810 次。 4.出量热器的内筒，称其总质量并减去（mm），即为水的质量 m。 5.游标卡尺测出所用温度计的直径和没入水中的长度，计算体积 V。 6.另换温水，重复上述实验 1 次。 【数据处理数据处理】 1.将实验中测出的各量值填入表 3-1。 表表 3-1 金属比热容测定数据表金
7、属比热容测定数据表M/kgm/kgM/kgC/（Jkg）V/cm4.187混合前 混合后前 8 min 2 min后 8min次 t/ 次 t/ 次 t/ 次 t/ 次 t/ 次 t/ 1515152626263737374848482.绘制温度-时间曲线(一定要在坐标纸上绘制)，进行散热修正，确定 T、T值。 3.将各测量值代入式(3-2)求得 c值，并根据重复实验情况取其平均值。 4.从附表 7 中查出所用金属块的比热容作为标准值，按00100标准值标准值测量值表示误差。 【注意事项注意事项】 1.本实验的实验误差主要来自温度测量，因此在测量时要特别细心，读数迅速且要准确 (准确到 0.1 )。 2.倒入量热器内筒的温水不要太少，必须使投入的金属块悬没其中。 【思考题思考题】 1.混合法的理论依据是什么?2.分析本实验中有哪些因素会引起系统误差?测量时应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混合温度都在变化，其初温度怎样测量?出现这种情况对实 验有何影响?应怎样避免?
