实验五　冷却法测量金属比热容

一、   实验目的：

1、  了解金属的冷却速率和它与环境之间的温差关系以及进行测量的实验条件

2、  研究热学实验成败的原因。

二、   实验原理：

根据牛顿冷却定律，用冷却法测定金属的比热容是量热学中常用方法之一。若已知标准样品在不同温度的比热容，通过作冷却曲线可测量各种金属在不同温度时的比热容。本实验以铜为标准样品，测定铁、铝样品在100或200时的比热容。通过实验了解金属的冷却速率和它与环境之间的温差关系以及进行测量的实验条件。单位质量的物质，其温度升高1K(1)所需的热量叫做该物质的比热容，其值随温度而变化。将质量为M₁的金属样品加热后，放到较低温度的介质(例如：室温的空气)中，样品将会逐渐冷却。其单位时间的热量损失()与温度下降的速率成正比，于是得到下述关系式：

            (1)

(1)式中C₁为该金属样品在温度时的比热容，为金属样品在时的温度下降速率。根据冷却定律有：

                    (2)

(2)式中a₁为热交换系数，S₁为该样品外表面的面积，m为常数，为金属样品的温度，为周围介质的温度。由式(1)和(2)，可得：

               (3)

同理，对质量为M₂，比热容为C₂的另一种金属样品，可有同样的表达式：

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“大学物理实验”课程论文

授课学期   2011   学年至   20##   学年

第   二   学期

学院：数学科学学院

专   业 ：数学与应用数学

学号 ：201110700100

姓名  ：殷霞

任课教师  ：阳丽

交稿日期  ：2012年6月1日

冷却法测金属比热容的分析与研究

摘要  根据牛顿冷却定律用冷却法测定金属比热容是热学中常用的方法之一。但在实际操作中由于人的反应时间有限，计时误差较大等原因，使得实验测量精度偏低。本文主要对该实验的实验误差来源进行了探讨。

关键词  比热容 牛顿冷却定律 热电偶  温度 误差

1、    实验简介

（1）实验装置简介

本实验装置如左图所示，热电偶数字显示测温技术是当前生产实际中常用的测试方法，它具有更广的测量范围和更高的精度，并可以自动补偿热电偶的非线性因素等优点。

（2）实验原理和方法

将质量为M₁的金属样品加热后，放到较低温度的介质中，样品将逐渐冷却。其单位时间的热量损失（）与温度下降的速率成正比：

                                                 

根据牛顿冷却定律有：

…… …… 余下全文

专业：数学与应用数学      学号：201110700041      姓名：冯仕福

冷却法测量金属比热容

【摘要】金属比热容的测定是一个非常重要的实验，首先要了解实验的目的、原理和内容，得出数据和结论。虽然实验很简单，但这个内容在实际中应用非常广泛，在航空、航海、建筑等方面更是重中之重！所以我们要认真对待，掌握这门知识。以下是我对本实验的认识、总结和体会心得。

【关键词】目的 原理 内容 数据 总结 体会心得

一 实验目的

1、学会用铜——康铜热电偶测量物体的温度。

2、学会用冷却法测量金属的比热容。

二 实验原理

单位质量的物质，其温度升高或降低1K（1℃）所需的热量，叫做该物质的比热容，其值随温度而变化。根据牛顿冷却定律，用冷却法测定金属的比热容是量热学常用方法之一。若已知标准样品在不同温度的比热容，通过作冷却曲线可测量各种金属在不同温度时的比热容。本实验以铜为标准样品，测定铁样品在100℃时的比热容。

冷却法测定金属的比热容测量仪装置

(实验装置由加热仪和测试仪组成。加热仪的加热装置可通过调节手轮自由升降。被测样品安放在有较大容量的防风圆筒即样品室内的底座上，测温热电偶放置于被测样品内的小孔中。当加热装置向下移动到底后，对被测样品进行加热；样品需要降温时则将加热装置移上。仪器内设有自动控制限温装置，防止因长期不切断加热电源而引起温度不断升高。)

将质量为的金属样品加热后，放到较低温度的介质（例如室温的空气）中，样品将会逐渐冷却。其单位时间的热量损失（）与温度下降的速率成正比，于是得到下述关系式：

                      （1）

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天 津 师 范 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

学生姓名：于永洋

学 号：07506015

专 业：物理学

年 级：2007级

完成日期：20xx年5月

指导教师：曹猛

1

测量金属比热容实验中误差的来源探讨和修正

于永洋

（天津师范大学 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。本研究分析了用冷却法和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行分析，并提出改进的实验方法用以减小误差的影响。

关键词：误差、比热容、冷却法、混合法

1

Error to explore and fixed in metal specific heat capacity

measurement

YU YONGYANG

(College of Physics and Electronic Information Science, Tianjin Normal University)

Abstract：Specific Heat capacity measuring in metal is the classic college physics experiment. Certain deiation often measurement results because of the experimental process by external environment factors. This study analyzes various factors of the error by the cooling method and hybrid method. Analysing the influence of the error of the results and some improvements to the experimental method to lower the error influence.

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“普物实验”课程论文

授课学期 2011 学年至 2012 学年

第学期

学

学

姓院 号 201110700025 名 班宁 专 业 任课教师 阳丽 交稿日期 20xx年6月1日

广西师范大学学工部（处）制

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如何写好普物实验的报告（以金属比热容的测定为例）

【摘要】普物实验报告是学生完成每个实验后,向教师提交的书面学习汇报,它是考察学生实验课学习情况的重要依据。如何写好报告,这与普物实验课的目的、内容和要求有关,也与每个实验的学习重点有关。普物实验课主要目的是培养学生具有良好的实验素养、基本的实验技能、理证联系实际和独立工作能力,为后面的实验课打下坚实的基础。

【关键字】普物实验 实验报告 数据处理 误差分析

曾经在网上看过这样一个笑话：小龙女问杨过：“过儿，你的手臂怎么断了？”杨过：“姑姑，我是抄物理实验报告抄断的！”这样一则笑话看似平常，却反映出了许多问题。

普物实验是理工科类大学生进校后的第一门科学实验课程，是后续专业实验的基础，也是学生实验素质的基础。其教学目的不仅仅是让学生受到严格的、系统的实验技能训练，掌握进行科学实验的基本知识、方法和技巧，更重要的是培养学生敏锐的观察能力和严谨的思维能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，特别是与科学技术发展相适应的综合能力和创新精神。[1]而普物实验报告是学生完成每个实验后,向教师提交的书面学习汇报,它是考察学生实验课学习情况的重要依据。如何写好报告,这与普物实验课的目的、内容和要求有关,也与每个实验的学习重点有关。[2]

然而，很多学生由于物理不是自己的专业，于是，对待普物实验报告就选择了随便甚至敷衍的态度。一味地认为实验报告繁琐，字数多，浪费时间。那么如何写好普物实验报告呢？首先我们要了解实验报告组成部分，砌好报告的地基。实验报告应包含以下六个方面的内容：（1）实验目的；（2）实验原理；（3）实验仪器；（4）实验内容与步骤；（5）实验数据及处理；（6）误差分析及总结。

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天津师范大学

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

学生姓名：于永洋

学    号：07506015

专    业：物理学

年    级：20##级

完成日期：20##年5月

                  指导教师：曹猛

测量金属比热容实验中误差的来源探讨和修正

于永洋

（天津师范大学   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行分析，并提出改进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

Error to explore and fixed in metal specific heat capacity measurement

YU YONGYANG

(College of Physics and Electronic Information Science, Tianjin Normal University)

Abstract：Specific Heat capacity measuring in metal is the classic college physics experiment. Certain deiation often measurement results because of the experimental process by external environment factors. This study analyzes various factors of the error by the cooling method and hybrid method. Analysing the influence of the error of the results and some improvements to the experimental method to lower the error influence.

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冷却法测量金属的比热容

【实验目的】

1. 掌握冷却法测定金属比热容的方法；

2.了解金属的冷却速率与环境之间的温差关系，以及进行测量的实验条件。

【实验原理】

牛顿冷却定律：温度高于周围环境的物体向周围媒质传递热量逐渐冷却时所遵循的规律。当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比，比例系数称为热传递系数。牛顿冷却定律是牛顿在1700年用实验确定的，在强迫对流时与实际符合较好，在自然对流时只在温度差不太大时才成立。

将质量为M1的金属样品加热后，放到较低温度的介质中，样品将逐渐冷却。其单位时间的热量损失（?Q?t）与温度下降的速率成正比：

根据牛顿冷却定律有：

???Q?c1M11 （1） ?t?t?Q??1S1(?1??0)m （2） ?t

??C1M11??1S1(?1??0)m （3） ?t

这里，C1为金属样品的比热容，?1为传热系数，S1为金属外表面积，?1与?0分别为金属与其环境的温度。

同理，对质量为M2，比热容为C2的另一种金属样品，可有同样的表达式：

C2M2

由式（3）和（4），可得： ??1??2S2(?1??0)m （4） ?t

C2M2??2m??2S2(?2??0) m1?S(???)1110C1M1?t

所以

??1?2S2(?2??0)m C2?C1?2?1S1(?1??0)mM2?tM1

假设两样品的形状尺寸都相同，即S1?S2；两样品的表面状况也相同，而周围介质（空气）的性质当然也不变，则有?1??2。于是当周围介质温度不变（即室温?0恒定），两样品又处于相同温度?1??2??时，上式可以简化为：

1

C2?C1M1(

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