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1、6测定物体的比热容一、实验安全1. 防止烫伤：（超过200C）使用隔热罩，实验中动作简单勿靠近 烙铁。做完实验确认冷确后再离开。2. 电路：电路确认连接好再加电，更改电路关闭电源，除加热外确 认加热电源关闭，用毕关电二、实验目的1. 了解冷却定律，并用冷却法测量金属的比热容。2. 学习一种把曲线变为直线的数据处理方法。3. 了解并会使用热偶测温度三、实验原理单位质量的物质，温度升高（或降低）1K所吸收（或放出）的 热量，称为该物质的比热容（specific heat capacity）用表 示，比热容的单位是焦耳/千克开（J/K），比热随着温度的变 化而不同。本实验用冷却法测定金属（铁、铝）在
2、100C时的比热容。通 常可通过辐射、传导、对流三种方式来进行热量传递。对流通常又 可以分为自然对和强迫对流。前者主要是因为空间各处的温度不同 和密度不同而引起发热体周围流体的流动，由于发热体表面邻近的 流体首先受热，通过流体的流动，将热量传到较冷的物体表面（或 将热量分散到流体的其余部分去）。强迫对流是通过气泵或风扇的作 用来维持热体的流动。AQAt将质量为叫的金属样品加热后，放在较低温的介质（例如室温 的空气）中，样品将逐渐冷却。单位时间内热量损失应与温度下降 速率成正比（由于金属样品的直径和长度多很小，而导热性能又很 好，所以可以认为样品各处的温度相同），于是可得到下面的关系式(12-1
3、)A9式中c1 q）为金属样品在温度q时的比热容，*为金属样品在温度 1时的温度下降速率。根据冷却定律，热体因对流而损失的热量由下式表示AQ = a S ( - )aAt1110(12 2)AQ式中客表示单位时间内，表面积为S1的热体因对流而损失的热量，合1为热交换系数，*为样品外表面的面积，为常数（强迫对流 时以=1自然对流时以=5/4）， 1为样品温度， 0为周围介质的温 度。由式（12 1）和（122）可得At)1AtcW(i-0)a111(123)对质量为M2比热容为c2的另一种样品A2 = &S) ( 0 )aAtFTTr 2 o222则有同样的表达式（124）（12 3）和（124
4、）相除，得A0 0 1 2 2aS c Gil (0 Q0 )a 1 1 222-0a S c 七为(0JO )a2 2 11 120A(12-5)如果两样品的形状与尺寸相同即S1 = S2 ；两样品的表面状况也相同，而周围介质(空气)的性质也不变，则有a1=气。于是，当周 围介质温度不变，(即室温度。0恒定)两样品又处于相同温度时，(12-5)也可以简化为(12-6)cG)=c0 您2E2 At2当分别为是第一种样和第二种样品在温度时的。的冷却速率，就可以求出待测样品在温度。时的比热容。冷却规律研究：假设金属固体在不太高的温度范围内，比热容随温 度变化很小，则(12-3 )式可写成Ai1=也
5、(0)0 )a(12-7)AtcMo1 两边取对数lg A0)=a lg(O00 ) + lg JL(12-8)Ato cM1通过实验，作出(0)0)t冷却曲线，在冷却曲线上作切线，并A0求出曲线的斜率，得到各温度00。的冷却速率&。在双对数坐标 知各实验点将连成一直线，直线的斜率为a，截距为lg 31S1/GM1 ,将 a、aiS1/cM1代入（12 7）式，可得样品冷却表达式。纸上以0 00为横轴。A0A0A?为纵轴，作A?00 0图，(12-8)式可四、实验仪器实验架一套含电烙铁，热偶电路，盖子，支架 及电烙铁保护罩热偶导线三根红皮铜导线，热偶导线（康铜一根，铜一根已连接）比热电子测量仪
6、器一台保温杯一只试管一只镊子一只待测金属样品三个铜、铁、铝冰若干电子天平公用（图1）实验仪器（图2）实验仪器顶视图（图3）电偶接线图（红导线为铜线，白导线红脚端为铜线，黑脚端为康铜，不可接错导线材料）（图4）电偶接线口IIIIIIIII 川川（图5）电烙铁接线处与电源开关五、实验内容1）打开电压表，确认加热灯关闭2）用短路线短接电压表电压输入，调零数字电压表。3）按实验示意图连接导线，装于实验样品中热电偶的铜导线 即热端，与电压表电压输入（+ ）相连，放于保温瓶中的 热电偶铜导线即冷端，与电压表电压输入（一）相连，保 温瓶内放冰水混合物，两热偶的康铜线与康铜线相连接。4）将加热烙铁上升固定，将
7、隔热罩下缘于烙铁下缘对齐并固 定。加热时整个烙铁金属部分都是高温区（超过200C）， 加热罩不要靠近烙铁以免烫坏。5）加热烙铁插头插于实验电源后盖板上的插座。6）套实验样品于容器内热电偶上，下降实验架，使烙铁套于实验样品上，接通加热电源开关，可见数字电压表电压逐 渐上升，表明实验样品被加热。当数字表读数为5.50mV 时，断开加热开关，上升实验支架（移去加热烙铁）并锁 紧支架。给实验容器盖上盖有机玻璃盖，小心勿靠近加热 烙铁。使样品继续安放在与外界基本隔绝的金属圆筒内自 然冷却。7）记录实验样品由温度由102C下降到98C所需要的时间20 o 102C时数字电压表读数为4.37mV; 98C时
8、数字电压 表读数为4.18mV。按计时秒表复位钮，作计时准备。随着 实验样品的自然冷却，数字表读数逐渐下降，待下降至 4.37mV （即102C），按秒表启动/停止钮，秒表开始计时，待数字表读数下降至4.18mV（即98C）按秒表启动/停 止钮，数字秒表记录并保持实验样品由温度由102C下降 到98C所需要的时间气.8）重复上述实验过程，测量实验样品数据5次。9）把实验样品换成铁柱和铝，重复上述实验过程。10）温度测量结束后检查电热偶冷端，如果不是0C，需要重 新测量温度11）待实验样品冷却后，用物理天平分别称出3种样品的质 量。根据M颇Mfe Mal的特点加以区分。12）作为思考题：将电压表短接调零后，连接热偶，检查冷端 处在0C，热端在空气中，稳定后记录电压表读数。将热 电偶热端连接线对调连接，稳定后记录读数，自行搜索热 电偶相关原理，分析两组数据不同的原因。13）关闭电源，待烙铁断电约20min后再离开。注：Ccu=0.0940 cal/（gC）六、思考题1. 比热容的定义和单位是什么？2. 根据式（12 6），测量比热容的条件是什么？
