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）

式中为该金属样品在温度时的比热容，为金属样品在的温度下降速率，

根据冷却定律有：

                   （2）

式中 为热交换系数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，比热容为的另一种金属样品，可有同样的表达式：

             （4）

由（3）和（4）式，可得：

            （5）

所以               （6）

如果两样品的形状尺寸都相同，即；两样品的表面状况也相同（如涂层、色泽等），而周围介质（空气）的性质当然也不变，则有。于是当周围介质温度不变（即室温恒定而样品又处于相同温度）时，上式可以简化为：

                            （7）

如果已知标准金属样品的比热容质量；待测样品的质量及两样品在温度时冷却速率之比，就可以求出待测的金属材料的比热容。

几种金属材料的比热容见表1，实验装置（如上图）。

                          表1

三 实验内容

1.        开机前先连接好加热仪和热电偶测温仪，共有加热器芯线和热电偶线两组线。使热电偶端的铜导线数字表的正端相连；冷端铜导线与数字表的负端相连。将热电偶温度计的冷端插入冰水混合物中（热端则固定在仪器的防风筒内），样品放置在热电偶的热端。

2.   选取长度、直径、表面光洁度尽可能相同的三种金属样品（铜、铁、铝）用物理天平或电子天平秤出它们的质量。再根据这一特点，把它们区别开来。

3.   当样品加热到150℃（此时热电势显示约为6.70mV）时，切断电源移去加热源，样品继续安放在与外界隔绝的金属圆筒内自然冷却（筒口须盖子）。当温度降到接近102℃（此时热电势显示约为4.37mV）时开始记录，测量样品102℃下降到98℃（此时热电势显示约为4.18mV）所需要时间。按铁、铜的次序，分别测量其温度下降速度，每一样品得重复测量5次。因为各样品的温度下降范围相同（Δθ=102℃-98℃ =4℃）所以公式（7）可以简化为：

                    （8）

四 实验数据

样品质量：热电偶冷端温度：0℃样品由102℃下降到98℃所需时间（单位为S）

                       表2

以铜为标准：

铁：

误差分析: ΔC=0.0320

          ΔC=（0.1270）

结论：在误差允许的范围内，铁的比热容为（0.1270）。

四、总结

大学物理实验是高等院校理工专业重要的基础课，其目的是培养学生掌握实验的基本理论、方法和技巧；培养学生严谨的思维能力和创新精神，特别是与现代科学技术发展相适应的综合能力；培养严肃认真的工作作风和科学态度；巩固和加深对课堂基础知识的理解。对于我们将来独立从事实际工作十分必要的。因此，我们应做到以下几点：

1、养成课前预习的好习惯。 实验时,为了在规定的时间内快速高效率地完成实验,达到良好的实验效果, 需要认真地预习,才能在课上更好的学习，收获的更多、掌握的更多。然后写预习报告，包括目的,原理,仪器,操作步骤,数据表格,数据处理，误差分析等。

2、大学物理实验培养了我做事的耐心与细心，培养自己的动手能力。现在，大学生的动手能力越来越被人们重视，大学物理实验正好为我们提供了这一平台。每个实验我都亲自去做，不放弃每次锻炼的机会。

3、做实验时一定要依据实验步骤进行，切勿急于求成。一些小细节也要特别注意，实验操作过程中我们需要严格遵守实验各项原则，将实验仪器放置在合理的位置，确保安全使用，避免出现不必要的误差，以得到正确的实验结论。

4、实验数据是实验数据分析的依据，是探索和验证物理规律的第一手资料，在系统误差一定的情况下，实验数据处理的恰当与否，会直接影响偶然误差的大小。在实验数据的记录及处理中，我们应始终秉持一颗诚实之心，记录和处理属于自己的那一组最成功的数据。

5、实验报告是对整个实验的文字报告，是实验的过程的总结。实验报告是对我们的动手能力、写作能力和总结能力的一种锻炼，实验报告也促进我们对实验过程以及所得结论进行更深刻的思考。我们的实验报告应包括实验过程中所出现的实验现象以及对这些现象的解释，实验中所遇到的问题以及解决方法，实验数据的记录以及对数据进行计算并求得最终结果，验证跟理论值是否相符，误差的大小，最终得出的结论，对实验进行总结。

通过对大学物理实验课的学习，加深了我对有关物理知识的理解，培养了我们正确的科学实验习惯，提高我们的动手能力、观察分析能力和创新能力。学大学物理实验这门课程，是对个人能力的一种锻炼，它不但锻炼我们的细心、耐心，而且使我养成了良好的学习习惯和严谨的学习态度。这一学期物理实验课程的学习，使我受益匪浅。

参考文献

 1 何光宏 陶纯匡 《大学物理实验》重庆大学 20## 年第二期

 2 吴泳华 霍剑青 熊永红 《大学物理实验》 北京高等教育出版社 20##

3 杨述武 《普通物理实验》 北京高等教育出版社 20##

 4 杨俊才 《大学物理实验的重要性》 机械工业出版社 20##

 5 肖红 《大学物理实验》 中国科技出版社 1998

 6 覃以威 《大学物理实验》 广西师范大学出版社 2010.8

第二篇：冷却法测量金属比热容误差探讨