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1、word天津师X大学本科毕业论文设计题目：金属比热容测量实验中误差的来源探讨和修正学院：物理与电子信息学院学生某某：于永洋学 号：07506015专 业：物理学年 级：2007级完成日期：2011年5月指导教师：曹猛10 / 16测量金属比热容实验中误差的来源探讨和修正于永洋某某师X大学 物理与电子信息学院摘要：金属比热容的测量是大学物理中的一个经典实验， 但由于在实验过程中受 外界环境影响因素较大，造成测量结果往往有一定偏差。本研究分析了混合法测 量金属比热容实验中可能产生实验误差的各种因素， 对误差对结果的影响进展分 析，并提出改良的实验方法用以减小误差的影响。关键词：误差、比热容、混合法
2、Error to explore and fixed in metal specific heat capacitymeasurementYU YONGYANG(College of Physics and Electr onic In formati on Scie nee, Tianj in Normal Uni versity)Abstract : Specific Heat capacity measuring in metal is the classic college physics experime nt.Certa in deiatio n ofte n measureme
3、nt results because of the experime ntal process by exter nal en vir onment factors. This study an alyzes various factors of the error by the cooli ng method and hybrid method.A nalys ing the in flue nee of the error of the results and some improveme nts to the experime ntal method to lower the error
4、 in flue nee.Keywords: error, specific heat capacity, hybrid method目录引言 1一、研究背景 1二、实验仪器与原理 2一混合法测量物体比热容 3三、实验结果与误差讨论 4一混合法测量结果与误差分析 7788四、结论 9致谢 10参考文献 10引言：物理实验过程就是对各种物理量进展测量的过程。由于受到实验条件、 测量仪器、环境等各方面因素的限制，所获测量结果不可能是无限准确的， 因此 在测量值与客观存在的真实值之间往往会存在着一定的差异，这种差异一般叫做测量误差。误差的来源有许多种，一般可以分为系统误差和随机误差两类。其中随机误差
5、又是客观存在，不可防止的。我们做实验要得到正确的实验结果， 除了 在实验过程中要严格遵守实验操作规程和步骤外，对实验中误差的来源进展分析 和讨论，找到可能产生误差的地方对所测结果进展误差修正，排除这些误差的干 扰也是具有非常重要的作用的1-2。一、研究背景在19世纪中叶，随着西方工业文明的建立与开展，特别是蒸汽机的发明和 产生，量热学有了巨大的进展。经过多年的实验研究，人们能够准确地测定了热 功当量，并且逐步认识到不同性质的能量如机械能、电能、热能、化学能等 之间可以转化和守恒这一自然界物质运动的最根本的定律，能量守恒定律的发现是19世纪人类最伟大的科学进展之一。尽管从今天的观点看，量热学是建
6、立在 “热量或“热质的根底上的，不符合现代分子动理论的观点，缺乏科学的内 含3-5。但这无损于量热学的历史贡献。至今，量热学在物理学、化学、机械制 造、航空航天以与各种热能工程、制冷工程等领域中都有非常广泛的应用。比热 容是量热学中一个极其重要的物理量，定义为单位质量的某种物质温度升高或者 降低1摄氏度所吸收或放出的热量。知道物体的比热容具有很重要的意义，比 如我们可以根据水的比热容比拟大的特性在工业上用来冷却发热的机器，在农 业上对秧苗进展保温等。固体材料由于具有很好的刚性和延展性，在现代 工业中具有越来越重要的应用。研究各种固体材料的比热是非常有用的，可以根据不同材料的比热选择相应适宜的材
7、料制作物件，所起到的效果也会非常显 著。测量金属比热容的实验是大学物理实验中的经典实验，比热容的测量方法尽管有很多种比如冷却法，混合法，电热法等，但无论用哪种方法测量，都受 到外界系统环境的影响比拟大，影响实验的误差因素较多，造成测量结果往往不 是非常准确。本研究选择现在大学物理实验中测定金属比热容的最常用的两种方 法一一冷却法和混合法进展实验6-7，分析两种方法中可能产生误差的因素和来 源，对这些误差对实验结果的影响分别进展分析， 并提出改良的实验方法，用以减小实验误差8-9。二、实验仪器与原理一混合法测量物体比热容实验原理我们把单位质量的物质，其温度升高 的比热容。1K或C所需的热量叫做该
8、物质具有一定温度和质量的待测系统与温度、质量、比热容的系统混合， 假设整 个系统与外界没有热量的交换，如此热量将由高温系统传向低温系统，并且高温 系统放出的热量全部被低温系统所吸收， 直到最后两系统达到平衡状态。这就是 热平衡原理。本实验就是根据热平衡原理：用混合法测定固体的比热容。将比热容为c质量为m温度为To的待测样品投入温度为Ti的盛有水的量热 器中，设量热器内筒包括搅拌器的质量为mi，比热容为ci，水的质量为m2, 比热容为C2,温度计浸入水中局部的体积为 V单位：cm3，以T2表示待测样 品与量热系统平衡后的温度。由热平衡原理可知：cm T0-T2 = c1m1+c2m2+1.94V
9、 T2 T,右方是量热系统所得热式中左方是待测样品传递给量热系统的热量表达式, 量表达式，吸收得热量和放出的热量相等，因此：c1m1 c2m2 1.94V T2 T, cm To T2:常温下，筒的比热容c, J g C；水的比热容c2= 4.18 J g CJ. cm3 为温度计浸入水中局部的比热容。实验仪器量热器、温度计、天平、待测小瓷块、石棉网、加热装置、水、烧杯。仪器简介：量热器是通过测定物体间传递的热量来求物质的比热容、潜热与 化学反响热的仪器。是为了尽量减少实验系统与环境之间的热传导，对流和辐射 这三种方式而设计的。其结构如图一所示，主要有两个金属内筒良导体组成。 将内筒放在有盖的
10、大筒中并插入带有绝缘柄的搅拌器和温度计，内筒放置在绝缘架上，两筒互不接触，夹层中间充满不传热的物质一般为空气，这样就构成量热器。量热器外筒用绝热盖盖住，使内筒上局部的空气不与外界发生对流。 - 般，常将内筒外壁与外筒外壁镀亮，以减少热辐射影响，这样内筒和外筒与环境 之间不易进展热交换，因而我们可以通过测定量热器内筒中待测物体和热容量诸 物体之间交换的热量来计算待测物体的比热和潜热等。量热器只能使实验系统粗略的接近一个孤立系统。为了尽量减少系统与外 界热交换，实验操作时也要注意绝热问题。如尽量少用手触摸量热器的任何局部； 应在远离热源或空气流通太快的地方做量热实验；应使系统与外界温度差尽 量小；
11、应尽量迅速的完成实验等等。尽管如此，在不同的热学实验中，根据不同 的情况还应进展散热或吸热修正。实验步骤1、刚开始读出室温和相应的大气压。2、在烧杯中参加预先准备好的沸水，将烧杯放到加热器上并在加热器上垫 上石棉网加热，加热过程中注意温度计指示值的变化情况。3、 先用电子天平称衡被测小瓷块的质量m然后用线拴住小瓷块投入烧杯 中加热。4、再称出内筒和搅拌器的质量 m,然后用量杯盛约250ml水倒入量热器内 筒，再用电子天平称出总质量 m，如此水的质量m=m m。5、此时测出量热器内水的初温。6观察当烧杯中温度计指示值稳定不变后，就可将小瓷块放入量热器中， 并不断搅拌，此时水温逐渐升高，当温度达到
12、某一值不变，认为此时系统达到平 衡，记下平衡温度，如此为终温 T2。7、根据公式算出c。1.4实验内容1、在实验前先测出周围环境温度和相应的大气压强。2、在烧杯中参加沸水，将烧杯放到加热器上并在加热器上垫上石棉网加热， 此时用电子天平称出小瓷块质量为 m,之后将小瓷块用细线拴住投入蒸汽锅中加 热。3、 在小瓷块加热的同时，称出量热器内筒与搅拌器的质量mi,然后用量杯 盛约250ml的水倒入量热器内筒，再用电子天平称出水和内筒与搅拌器的质量 m3，如此水的质量为m2=m3mi，此时再测出量热器中水的初温 Ti，并读出相应 的大气压强。4、此时测量烧杯中水的温度，几分钟后当测得烧杯中温度计指示值温
13、度不 变时，测出其温度并读出大气压强，此时可以认为小瓷块与水同温。5、在倒入小瓷块前4-5min就开始测度量热器中水的温度，一边用棒轻轻搅 动，一边每隔一分钟测一次水温，计时5分钟后将热好的小瓷块迅速而准确的投 入量热器内注意：不能使量热器内水溅出，有切勿碰到温度计，而且温度计一定要没入水中，立即将盖盖好并继续搅拌注意：搅拌不能太使劲。6此时改为每隔半分钟测一次水温，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停止，此时记下终温T2,并 读出相应大气压强。最后由实验数据作出 T-t曲线。7、根据绘出的T-t曲线，根据外推法，求出混合前的初温 Ti和终温T
14、208、实验中温度计浸没在水下的体积可用一个小量筒测得，先将水注入小量筒中，记下其体积 V1，然后温度计插入水中，使温度计插入水中的体积与量热 筒中没入水中的体积一样以从量热筒中取出温度计上水印为准，读出液面升高后的体积V2，如此温度计插入量热筒水中的体积 V=V2-V19、根据公式求出小瓷块的比热c。三、实验结果与误差讨论一混合法测量结果与误差分析实验数据与处理实验时室温为c。质量测定表附表m/gV123456平均值m叶m3m4温度计浸入水中的体积附表二、次数体积123456平均值V附表三温度、-次数123平均值T1cccct2ccccTocccc小瓷块和水混合过程中温度随时间变化表、T/Ct/mi n123平均1234567891011121314151.2产生误差的地方与影响分析该方法较冷却法容易引入误差的地方较多，主要讨论如下：1、在热学实验中，热量散失是不可防止的。当物体温度高于室温时有热量散出, 反之如此吸入，温差越大，时间越长，这种散出
