《大学物理实验》-热学.doc

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1、（实验参数）天 气：_气 温：_湿 度：_孝感学院大学物理实验-热学实验报告日期： 2011 年 月 日 天气：_ 实 验 室：_姓名：_学号：_ 院系专业：_指导教师：_【实验题目】实验12 金属线胀系数的测定【实验目的】1 学习用_或_测量_。2 测量_。【实验仪器及型号】 _【实验原理及预习】1 线胀系数实验表明：在一定的温度范围内，原长为的物体，受热后其伸长量与其温度的增加量近似成_，与原长亦成_，即 _ (式中的比例系数称为固体的线胀系数)大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，请查表给出下列材料线胀系数的数量级。几种材料的线胀系数材 料铜、铁、铝普通玻璃

2、、陶瓷熔凝石英数量级2 线胀系数的测量 固体的长度随温度的升高而增加，设L0为物体在温度t =0时的长度，则在常温下，物体在时的长度为_设物体在温度t1时的长度为L，温度升高为t2时，其长度增加了L=_ L+=_由上两式消去L0，整理后得 =_而在实验条件下，_所以可近似写成 =_ 3 试估计本实验中金属杆的伸长量，并据此选择合适的测量器具。估算可选用的测量器具：_，_，_，_.4 用已学过的测量微小长度变化的仪器，设计另一种测量的方案。【实验内容和步骤】1、用游标卡尺测出室温下待测金属杆的原长L，测三次求出算术平均值。2、安装好实验装置，调节螺钉，使千分表的指针转动一个微小的角度。3、打开加

3、热开关，观察加热盘温度的变化，直至温度稳定。把此时温度计为，读出千分表数值L。4、重复步骤3，设定温度依次递增5，且递增9次（如依次为55.0、60.0、65.0、70.0、75.0、80.0、85.0、90.0、95.0），随着温度的上升，千分表开始旋转，当温度稳定后，千分表停止动作，记下此时的温度值（、）及千分表读数（L、L、L、L、L、L、L、L、L）。5、用逐差法求出温度每升高5时铜杆的平均伸长量，并求出铜杆在这个温区内的线胀系数。6、将铜杆换成铁杆，重复以上步骤，测出铁杆在某个温区的线胀系数。请阐明实验中应注意的事项：_【实验数据记录】1、测量铜杆的原长L测量次数123平 均 值L(

4、mm)2、记录对应温度时的千分表读数(逐差法)3、千分表读数随温度变化表（曲线拟合法）序 号千分表读数(_)温度(_)实验数据教师核查签字（未签字数据无效）：_【实验数据处理】1、计算得到铜杆的线胀系数（逐差法）温度每升高5时，由逐差法处理数据，可得铜杆的平均伸长量为：_（mm）铜杆在（_，_）温区的线胀系数为：误差分析2、做金属杆长度随温度变化的关系曲线，并由此确定实验金属杆的线胀系数【实验思考题和作业】1试分析哪一个量是影响实验结果精度的主要因素？2试举几个在日常生活和工程技术中应用或考虑线胀的实例。（实验参数）天 气：_气 温：_湿 度：_孝感学院大学物理实验-热学实验报告日期： 201

5、1 年 月 日 天气：_ 实 验 室：_姓名：_学号：_ 院系专业：_指导教师：_【实验题目】实验13 冰的熔化热的测定【实验目的】1测定_。 2掌握基本的测热方法:_。 3学习一种_的方法。【实验仪器及型号】 _【实验原理及预习】1 用混合法测量冰的比熔解热用混合法测量测量热的条件： _该实验条件在具体实验中很难做到，本实验是通过控制实验的_和_以弥补_的影响。冰的比熔解热熔解热的定义：_。查表给出冰的熔解热的标准值本实验用混合法测量冰的比熔解热，由于在绝热系统中，某一部分所放出的热量等于其余部分所吸收的热量。在量热器筒中，用M克0的冰与m克的温水混合，当冰全部溶解成水时，平衡温度为，设量热

6、器内筒和搅拌器的质量分别为、，其比热容分别为、，在系统与外界无热量交换的条件下，有热平衡方程 _将上式整理得_2弥补散热修正牛顿冷却定律 文字表述：_ 公 式： _散热修正在实验过程中，系统向环境散失的热量系统向环境吸收的热量 本实验中为满足SASB，初温T2及末温T1以及室温应满足的关系是什么？T2_， T1_， 具体做法是要进行多次实验，而且在做完某次实验并绘制出T-t曲线后，根据SA和SB的面积判断出下一次实验应如何改变T2和T1。如此反复多次，就能找出最佳的初温T2和末温T1。【实验内容和步骤】1冰的制备问：冰块投入量热器内筒时，若冰块外面附有水，将对实验结果有何影响（只需定性说明）？

7、答：2合理选择各个参数的数值在做实验时可以适当选择数值的参量有水的质量m、冰的质量M、初温T2及末温T1。在做第一次实验时，T2可比环境温度高_，水量约为量热器内筒容积的_左右，放入的冰块必须_，使冰尽快溶解。若末温T1太低，第二次实验时为了提高末温，可以_冰块的质量，也可以_水的质量或_初温。应该注意，末温不能选得太低，以免内筒外壁出现凝结水而改变其散热系数。3冰的溶解热的测定（1）用物理天平分别称出量热器内筒和搅拌器的质量m1、m2及水的质量m，温度计入水体积。（2）从放入冰块前三四分钟开始测温，每隔0.5min测一次温度，读取68个数据；记下放入冰块时刻，放入冰块后每隔10秒测一次水温；

8、在温度达到最低温度后，继续测温五六分钟，每隔0.5min测一次，读取1012个数据。应该注意，为使温度计读数确实代表所要测量的系统的温度，整个实验过程要不断轻轻地进行搅拌。（3）利用上述数据在坐标纸上绘出T-t曲线，用外推法确定投冰时的水温T2，参照图4-15-2的散热修正方法，尽可能准确地估算SA和SB面积，若相差太大，则应调整各参量的数值，重新做实验。若基本相等，则可转到下一步骤。（4）测量包括搅拌器、水及放入的冰块在内的量热器内筒总质量，并算出冰块的质量M。（5）算出冰的溶解热及作出标准不确定度的评定。【实验数据记录】1测量数据记录水的比热容= J/g 铜的比热容= J/g 次（g）内筒

9、+搅拌器（g）内筒+搅拌器+水（g）内筒+搅拌器+水+冰室温（）初温（）终温（）温度计（）V122放冰前后水温T随时间t变化表2 放冰前后水温T随时间t变化的数据 室温： 放冰前（每隔0.5min测温一次）tT(oC)放冰后到最低温度T1（每隔10s测温一次） 放冰时刻： tT(oC)达最低温度后（每隔0.5min测温一次）tT(oC)表2 放冰前后水温T随时间t变化的数据 室温： 放冰前（每隔0.5min测温一次）tT(oC)放冰后到最低温度T1（每隔10s测温一次） 放冰时刻： tT(oC)达最低温度后（每隔0.5min测温一次）tT(oC)实验数据教师核查签字（未签字数据无效）：_【实验

10、数据处理】1通过散热修正分析实验是否满足混合法测量测量热的条件，并作温度修正。通过作图用外推法可得到混合时刻的热水温度T2，和热平衡的温度T1。 2计算冰的熔解热并和理论值做比较估算百分误差（要求用不做温度修正和做温度修正的结果对比）。【实验思考题和作业】1试定性说明下述情况给L的测量结果带来的影响（偏大还是偏小）。测初温之前没有搅拌测初温后到投冰之前相隔了一段时间搅拌过程中有水溅出冰未拭干就投入量热器实验过程中打开量热器盖子看了看2试分析若系统从外界吸收的热量大于向外界散失的热量（SBSA），将使L的结果偏大还是偏小？（实验参数）天 气：_气 温：_湿 度：_孝感学院大学物理实验-热学实验报

11、告日期： 2011 年 月 日 天气：_ 实 验 室：_姓名：_学号：_ 院系专业：_指导教师：_【实验题目】实验14 液体表面张力系数的测定【实验目的】1. 掌握用_测量_的原理和方法。2. 测定液体表面的张力系数。【实验仪器及型号】 _【实验原理及预习】1 描述右图所示的焦利式秤2 表面张力系数设想在液面上取一长为的线段，则张力的作用表现在线段两边的液面以一定的拉力相互作用，力的方向恒与线段_，的大小与线段的长度成_ 查表：纯水的表面张力系数=_(温度：_)。3 液体表面张力系数的测定如图所示，取一“”形金属丝，挂于钩码下，垂直浸入水中再徐徐上提，使金属丝与水面之间出现一薄膜，提升弹簧至水

12、膜拉断时，满足的方程由此求得【实验内容和步骤】1按原理图装好仪器，调节_，使套筒_，使指示镜上下移动时_。2测定弹簧的劲度系数（1）在_之前，转动手轮和移动夹子11，使指示管和指示镜上的刻度线_（一经对准，不得再移动指示器的位置）。用焦利氏秤上的_读出铜管尺上的数值并记录。（2）在铝盘中加1克砝码，慢慢转动手轮，再使_（应在弹簧停止振动时观察），再读数并记录（3）在铝盘中再加1克砝码，重复步骤2（2）。如此下去，每次增加1克砝码，直到所加砝码共9克为止。然后每次减少砝码1克，到零为止。（4）将相同负荷下的读数值平均，用_计算，或是用_求出k值3测水的表面张力系数（1）洗净玻璃皿，盛满蒸馏水，放

13、置在平台上。（2）用镊子夹住“”形金属丝挂在铝盘上，转动手轮使_（一经对准，再不得移动指示管），读数并记录（此时读数为_）。（3）旋转旋钮，使平台上升，把金属丝浸没水中，然后使平台下降，当“”形金属丝受到液体膜张力作用时，必须用左手_，右手_，使弹簧_，以随时保持_，直到_为止，读数并记录（设此时记录为L）。弹簧的伸长，测量共5次，取平均值。（4）测量水温，查出对应的值。（5）测量的值。（6）计算值，并查出所测得水温下的理论值，求出百分误差，其中 4测肥皂水的表面张力系数。【实验数据记录】1倔强系数k的测量砝码质量（克）砝码增加时Li(_)砝码减少时Li(_)平 均 值2测水的表面张力系数：水

14、温t0C外边框长l细丝直径螺母高度螺母高度水膜高度12345平均值实验数据教师核查签字（未签字数据无效）：_【实验数据处理】1. 用逐差法求焦利氏秤弹簧的劲度系数用作图法求焦利氏秤弹簧的劲度系数2 测水的表面张力系数【实验思考题和作业】1.以下情况会使测量值偏大还是偏小金属框的上边未挂平测()时读得值偏大忽略水膜的重量用摸过头发的手摸了金属丝2.分析引起液体表面张力系数测量不确定度的因素，哪一因素的影响较大？ 3.“用毛细管中水上升的高度测量水的表面张力系数”，要求写出原理，仪器装置和简要步骤。（选作）（实验参数）天 气：_气 温：_湿 度：_孝感学院大学物理实验-热学实验报告日期： 2011

15、 年 月 日 天气：_ 实 验 室：_姓名：_学号：_ 院系专业：_指导教师：_【实验题目】实验15 用稳态平板法测定不良导体的导热系数【实验目的】 用_法测定_。 利用物体的_求传热速率。 了解相关仪器及热电偶温度。【实验仪器及型号】 _【实验原理及预习】1傅立叶热传导定律文字表述：_公 式： _2用稳态法测量样品的导热系数原理查表给出下列物质的热导系数铜： 橡胶：用稳态法测量样品的导热系数待测物B的上下表面分别和上下铜盘接触，热量由高温铜盘通过待测物B向低温铜盘传递。若B很薄，则通过B侧面向周围环境的散热量可以忽略不计，视热量只沿着垂直待测圆板B的方向传递。那么，在稳定导热（即温度场中各点

16、的温度不随时间而变）的情况下，在时间内，通过面积为S、厚度为L的匀质圆板的热量样品的导热系数3用散热速率间接求导热速率用散热速率间接求导热速率的依据 答：用散热速率间接求导热速率因为C的上表面和B的下表面接触，所以C的散热面积只有下表面和侧面积之和，设为。设其全部表面积为，根据散热速率与散热面积成正比的关系可得：=_而散热速率就等于稳态时的导热速率，即：=_ 由散热曲线通过冷却速率求得，由比热容的基本定义，得 =_ 3 用稳态法测量样品的导热系数的计算公式 【实验内容和步骤】 用游标卡尺多次测量下铜盘的直径D，厚度及待测物厚度L，并用天平称衡下铜盘的质量M。 安装调整仪器，连接测温，测压线路。

17、 根据稳态法，记录稳态时样品上下温度T1、T2。为了提高效率，加热时可先将红外灯的电源电压调到最高值，加热约20min后再降低至约140V。然后，每隔5min测量一下温度示值。如约10min，样品上、下表面温度T1、T2示值不变，即认为已达稳定状态。 测量下铜盘自然冷却过程温度示值，计算冷却速率。记录稳态T1、T2后，移去样品再加热，当下铜盘温度比T2高出约10时，移去圆筒，让下铜盘自然冷却。每隔30s测取铜盘的温度示值，然后选取邻近T2的测量数据求出冷却速率K。 按有关公式求导热系数。【实验数据记录】1散热圆铜盘C比热容：c=_；散热圆铜盘C质量：m=_；室温：_；厚度h(mm)半径R(mm

18、)12345平均12345平均散热圆盘C橡皮样品B2. 测量与记录数据稳态时，样品上表面的温度T1=_，下表面的温度T2=_散热圆铜盘C自然冷却时温度记录T(_)温差电动势(_)T()实验数据教师核查签字（未签字数据无效）：_【实验数据处理】1根据冷却曲线来求出温度在T2附近时的冷却速率。2计算导热系数。3计算不确定度，并给出完整的结果表述。【实验思考题和作业】1分析本实验的主要误差2测定散热盘冷却速率时为什么要在稳态温度T2附近选值？（实验参数）天 气：_气 温：_湿 度：_孝感学院大学物理实验-热学实验报告日期： 2011 年 月 日 天气：_ 实 验 室：_姓名：_学号：_ 院系专业：_

19、指导教师：_【实验题目】实验16 热功当量的测定【实验目的】1用_法测定热功当量。 2进一步熟悉_。【实验仪器及型号】 _【实验原理及预习】1热功当量2用电热法测定热功当量 如果加在电阻两端的电压为U，通过的电流为I，通电时间为t，则电流作功为 若这些功全部转化为热量，使一个盛水的量热器系统的温度从T0升高到Tf，则系统所吸收的热量为如果在过程中没有热量散失，按热功当量的定义，则有。热功当量2散热修正 实际上，在用电流加热使系统升温的过程中，系统是向外散热的。因此，系统实际达到的终温要低于不散热时应该达到的终温，必须进行散热修正修正终温。代表由于散热而引起的温度亏损(O)，则有= _问题归结为

20、找。根据牛顿冷却定律，在系统温度与环境温度相差不太大时，系统处于自然冷却的情况下，系统的散热致冷速率 积分得_。散热系数设从切断电流系统开始自然冷却后的某时刻温度为时开始计时，经时间t后，系统温度降至，则可求得散热系数温度亏损系统在不同温度下每分钟由散热引起的温度亏损终温的温度亏损 =_由此可求得修正后的终温。【实验内容和步骤】(1) 先将温度传感器探头悬在空气中，直接读室温。(2) 用天平分别称量量热器内筒及内筒盛水后的质量。(3) 按图接好电路。(4) 接通电源，立即开始搅拌，当温度高于室温后，即记录起始温度T0，然后每隔1分钟记一次温度值，共记16次，然后断开电源。(5) 切断电源后，待

21、温度不再升高后，开始记录降温的初始温度T0，之后每隔一分钟记录一次温度值，共记16次。【实验数据记录】1 比热容参数记录项 目质 量(g)比热容(_)2. 电功记录电 压(V) 电 流(A) 3. 温度记录：室温：_升温时间(S)温度()降温时间(S)温度()实验数据教师核查签字（未签字数据无效）：_【实验数据处理】1 散热系数2 散热修正和热功当量的计算，和理论值比较，分析测量值偏大或者是偏小的原因【实验思考题和作业】1 该实验所必须的实验条件与采用的实验基本方法各是什么?系统误差的来源可能有哪些?2如果发生以下情况?实验结果是偏大还是偏小?实验过程中无意将水溅出温度计太靠近加热电阻丝室温未测准(偏高或偏低)搅拌不充分孝感学院大学物理实验-热学考核报告姓名：_学号：_ 院系专业：_指导教师：_【考核题目】热学实验总结【考核要求】1 总结热学实验中应掌握的实验技能和实验方法2 总结热学实验中的基本问题-测温、测热方法，散热修正方法3 其他【 23 】