金属比热的测定

实验三金属比热的测定
实验目的
1．学会最基本的测量热量的方法——混合法。

2．测量金属的比热。

3．学习热学实验中系统散热带来的误差的修正方法。

实验仪器
量热器，温度计（0～50℃，准确到0.1℃），加热器，待测金属块，细线，物理天平，秒表，小量筒。

实验原理
温度不同的物体混合之后，热量从高温物体传给低温物体。

若在混合过程中，与外界无热量交换，最后将达到一个稳定的平衡温度。

这期间，高温物体放出的热量等于低
量热器和搅拌器多由相同物质制成，查表可求得其比热C1，并算出C1＝m1c1，m1是量热器的内筒和搅拌器的总质量；而C2＝1．9VJ·℃－1，V是温度计插入水中的体积，单位是cm3。

只要测出m0、m、T1、T2、T3的值，则可由（3－1－2）式求得待测金属块的比热c x值。

在上述混合过程中，实际上系统总要与外界交换热量，这就破坏了（3－1－1）式的成立条件。

为消除影响，需要采用散热修正。

本实验中热量散失的途径主要有三个方面。

第一，若用先加热金属块投入量热器的混合法，则投入前有热量损失，且这部分热量不易修正，只能用尽量缩短投放时间来解决；第二，将室温的金属块投入盛有热水的量热器中，混合过程中量热器向外界散失热量，由此造成混合前水的温度与混合后水的温度不易测准。

为此，绘制水的温～时曲线，根据牛顿冷却定律来修正温度。

方法如下：若在实验中做出水的温～时曲线如图3－1－1所示，AB段表示混合前量热器及水的冷却过程，BC段表示混合过程, CD段表示混合后冷却过程。

通过G点作与时间轴垂直的一条直线交AB、CD的延长线于E和F，使面积BEG与面积CFG相等，这样，E和F 点对应的温度就是热交换进行无限快的温度，即没有热量散失时混合前后的初温就是热交换进行无限快的温度，即没有热量散失时混合前后的温度；第三，量热器表面若由于水滴附着，会使其蒸发而散失较多的热量，这可在实验前使用干燥毛巾擦净量热器而避免。

实验内容
待测金属块与水混合可有多种方法，本实验采用将室温的金
属块投入盛有温水的量热器中的混合方法，其散热修正采用上述
修正的方法。

1．测出室温T1，测量待测金属块的质量m x；
2．擦净量热器的内筒，称量它和搅拌器的质量m1,然后倒入高出室温20℃～30℃的水，迅速将绝热盖盖好，插入温度计和搅拌器，不断搅动搅拌器，并启动秒表，每隔一分钟读一次温度数值，在混合前可测量读取数值8次（8分钟）；
3．把系有细线的金属块迅速投入量热器内，使其悬挂浸没在水中，盖好盖子，继续搅动搅拌器，开始每隔15秒记录一次温度，2分钟后，每隔一分钟记录一次，共记录8次；
4．取出量热器的内筒,称其总质量并减去m＋m1,即为水的质量m0；
5．小量筒测出温度计浸入水中的体积V0；另换温水，重复上述实验一次。

6．实验时应注意
（1）本实验的误差主要来自温度的测量，因此在测量温度时要特别注意，读数迅速且要准确（准确到0.1℃）；
（2）倒入量热器中的温水不要太少，必须使投入的金属块悬挂浸没在其中。

数据处理
思考题
1．混合法的理论根据是什么？
2．分析实验中哪些因素会引起系统误差？测量时怎样才能减小实验误差？
3．若采用预先加热金属块投入低于室温的水中混合的方法，本实验应怎样设计和进行操作？
4．如果混合前金属块和水的温度都在变化，其初温怎样测量？出现这种情况对实验有何影响？应怎样避免？
附录温度计
温度计由玻璃和水银制成，玻璃的比热为0.19cal·g－1·℃－1，密度为2.5g。

水银的比热为0.033cal·g－1·℃－1，密度为13.6g·cm－3，因而1cm3玻璃的热容量为
0.19×2.5＝0.47（cal·℃－1）
这相当于0.47g水的热容量，称作水的当量热容。

1cm3水银的热容量为
0.033×13.6＝0.45（cal·℃－1）
两者差别不大，取平均值为0.46cal·℃－1，若浸入水中温度计的体积为V cm3，则其水的当量热容为
C＝0.46V（cal·℃－1）。