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1、在此过程中，高温物体放出的热量等于低图1量热器结构图实验五混合法测量比热容Experiment 5 Determining thermal capacity using mixing method量热学是以热力学第一定律为理论基础的一门科学，量热学所研究的范围 就是如何计量物质系统借温度变化、相变、化学反应等所吸收和放出的热量。量 热学的实验方法有混合法、稳流法、冷却法、潜热法、电热法等，本实验采用混 合法测金属样品的比热容。实验目的 Experimental purpose1 掌握混合法测定金属比热容的方法;2 巩固物理天平的使用方法。实验原理 Experimental principle将
2、温度不同的物体混合后，如果由这些物体组成的系统没有与外界交换热量，最后系统将达到稳定的平衡温度 温物体所吸收的热量。这就是热平 衡原理。根据这一原理可用混合法 测量金属的比热容。为了做好实验，需有一个隔热 良好的量热器。本实验用的量热器 如图1所示，它由外筒和内筒组成， 内筒放置在绝热架上，与外筒隔开， 外筒用绝热盖盖住，盖上开两个小 孔，可放入温度计和搅拌器（连有 绝缘柄）。由于内筒与外筒间充有不91良导体的空气，它们间传导的热量很小； 又由于外筒装有绝热盖，对流的热量也 很小，内筒的外壁和外筒的内外壁都抛光， 以减少热辐射。这样的量热器可被看 做近似符合热平衡原理的实验系统。实验时，将待测
3、金属样品置于加热器中加热 至温度9 1,并迅速将它投入量热器的水（温度为9 2）中，最后达到平衡温度9 设待测样品的质量为m,比热容为c,则其放出的热量为(1)Qmc 刊-二设量热器内筒的质量为 mi,比热容为ci；水的质量为m2,比热容为C2,则 量热器和水吸收的热量为Q2 二 miCim?C2 v _ 6根据热平衡原理，Qi= Q2。由式（1）和（2）可得待测样品的比热容为miCim2C2 J -匕以上讨论并没有考虑系统热量的散失，但实际上只要有温差存在，总会发 生系统与外界热交换现象。本实验中热量散失主要有以下三部分： 一是加热后的 被测样品在投入量热器过程中散失的热量；二是量热器外部若
4、附着水分，会因水 分蒸发损失一定的热量；三是在混合过程中量热器与外部的热交换。因此，必须考虑防止热量散失以及对热量散失进行修正。对于第一部分散失的热量，一般不 易测准和修正，所以应尽量缩短投放的时间； 对于第二部分，只要用干布揩干量 热是器的外筒壁即可；对于第三部分散失的热量，可以用“反向补偿法”来消除， 使量热器和水的初始温度9 2低于环境温度9 o,混合后的末温度9高于9 o,并 使（9 o- 9 2）和（9 - 9 o）大致相等，这样，量热器从系统外吸收的热量与散失的热 量近似相等而相互抵消。估算方法见思考题 4。实验仪器 Experimental device量热器，加热器，温度计，物
5、理天平，待测金属块。9i实验任务 Experimental assignment1 用天平测出量热器内筒和搅拌器的质量 m o2. 在量热器内筒放入适量冷水（约为内筒容积的2/3）,称出其质量m, 则水的质量为m2= mi - mi。3. 称出待测金属块的质量 m,用细线拴住金属块，将其放在加热锅中加热 至沸点9 io4. 测出冷水的温度9 2,然后迅速地将金属块取出，放到量热器内筒中央的 搅拌器中间，盖上量热器外筒盖，立即轻轻地搅拌，观察温度计，直到温 度稳定不变时，记录此时的温度9。已知内筒及搅拌器的比热容为c=0.092 卡/克度。5. 将测量数据填入自拟的表格中。计算待测样品的比热容及
6、其百分误差。注意事项Cautions1. 温度计容易碰碎，在揭开和盖上绝热盖时，都要先把温度计妥善放好。2. 实验过程中，把待测样品迅速放入量热器和进行搅拌时，不要使水溅出3. 实验时应揩干量热器的筒壁。数据记录 Data recordingmm 1m9 19 29数据课堂讨论题 Discussed problems at class1.用混合法测量比热容的理论根据是什么?2 为了符合热平衡原理，实验中应注意哪几点？3 本实验中哪些是已知量？哪些是可测量？4.估算一下，如何做到(0 0- 0 2) Q ( 0 - 0 0)0 9 0为环境温度，0 2为水及量 热器内筒的系统初温，0为混合温度。如mo=190克，m=177克，co=1.OO 卡/克度，Ci=0.094卡/克度，m=350克，c估计为0.092卡/克度。假设0 0=22C, 0 i=100C，则水的初温大约为17C，你是怎样估算的？(提示：根据 0 0- 0 2=0 - 0 0，0 =20 0- 0 2 代入式( 3)中求 0 2)关键词 key words吸收 absorption，释放 discharging，热量 heat，热平衡 thermal balance，温度计 thermometer,热辐射 thermal radiation.93