四a热功当量的测定用机械功转化法
热功当量实验报告数据
一、实验目的1. 理解热功当量的概念。
2. 测量热功当量的数值。
3. 验证能量守恒定律。
二、实验原理热功当量是指单位质量的热能转化为功的量。
根据能量守恒定律，热能和功是可以相互转化的。
本实验通过将热能转化为机械能，测量机械能的大小，从而得出热功当量的数值。
三、实验器材1. 燃烧匙2. 烧杯3. 钢尺4. 温度计5. 秒表6. 红磷7. 水银温度计8. 量筒9. 细沙10. 铝片11. 搅拌棒四、实验步骤1. 准备实验器材，将红磷放入燃烧匙中。
2. 在烧杯中加入适量的水，用温度计测量水的初始温度。
3. 将红磷投入烧杯中，用秒表计时，观察并记录水沸腾的时间。
4. 水沸腾后，立即用温度计测量水的最高温度。
5. 将烧杯中的水倒入量筒中，测量水的体积。
6. 将量筒中的水倒入烧杯中，用搅拌棒搅拌，使其充分混合。
7. 用温度计测量混合水的温度。
8. 重复以上步骤三次，取平均值。
五、实验数据1. 红磷质量：0.5g2. 水的初始温度：20℃3. 水的最高温度：100℃4. 水的体积：200ml5. 混合水的温度：95℃6. 水沸腾时间：30s六、数据处理1. 计算水的质量：m = ρV = 1g/cm³ × 200ml = 200g2. 计算水的温度变化：Δt = 100℃ - 20℃ = 80℃3. 计算水的热量：Q = cmΔt =4.18J/(g·℃) × 200g × 80℃ = 66880J4. 计算热功当量：W = Q/t = 66880J / 30s = 2263.33J/s七、实验结果根据实验数据，热功当量的数值为2263.33J/s。
八、实验结论通过本次实验，我们成功测量了热功当量的数值，验证了能量守恒定律。
实验结果表明，热能和功是可以相互转化的，且在一定条件下，二者具有确定的当量关系。
九、注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免烫伤。
2. 实验器材要保持清洁，避免污染。
实验四（b）热功当量的测定（用电热法）
实验四(b ) 热功当量的测定（用电热法）实验目的 1．用电热法测量热功当量。
2．学会一种热量散失的修正方法——修正终止温度。
实验仪器 量热器（附电热丝），温度计（0℃～50℃、0.1℃），电流表，电压表，直流稳压电源，秒表，物理天平，开关等。
实验原理仪器装置如图3－4b －1所示，M 与B 分别为量热器的内外两个圆筒，C 为绝缘垫圈，D 为绝缘盖，J 为两个铜金属棒，用以引入加热电流，F 是绕在绝缘材料上的加热电阻丝，G 是搅拌器，H 为温度计，E 为稳压电源。
1．电热法测热功当量强度为I 安培的电流在t 秒内通过电热丝，电热丝两端的电位差为U 伏特。
则电场力做功为W ＝IUt （3－4b －1） 这些功全部转化为热量，此热量可以用量热器来测量。
设m 1表示量热器内圆筒和搅拌器以及装有缠绕线的胶木支架（一般质料相同，否则应分别考虑）的质量，C 1表示其比热。
m 2表示缠绕线的胶木（或玻璃）的质量，C 2表示其比热。
m 3表示量热器内圆筒中水的质量，C 3表示水的比热，V 表示温度计沉入水中的体积，T 0和T f 表示量热器内圆筒及圆筒中水的初始温度和终止温度，那么量热器内圆筒及圆筒中的水等由导体发热所得的热量Q 为Q ＝（m 1C 1＋m 2C 2＋m 3C 3＋0.46V ）（T f －T 0） （3－4b －2） 所以，热功当量))(46.0(0332211T T V C m C m C m IUt Q W J f −+++==焦耳/卡 （3－4b －3） J 的标准值J 0＝4.1868焦耳/卡。
2．散热修正 如果实验是在系统（量热器内筒及筒中的水等）的温度与环境的温度平衡时，对电阻通电，那么系统加热后的温度就高于室温θ。
实验过程中将同时伴随散热作用，这样，由温度计读出的终止温度的数值T 2必须比真正的终止温度的数值T f 低。
（即假设没有散热所应达到的终温为T f ）。
为了修正这个温度的误差，实验时在相等的时间间隔内，记下相对应的温度，然后以时间为横坐标，温度为纵坐标作图，如图3－4b －2所示。
热功当量值表示字母-概述说明以及解释
热功当量值表示字母-概述说明以及解释1.引言1.1 概述热功当量是热力学中的一个重要概念，它用来表示物体所具有的热能与工作能力之间的转化关系。
简单来说，热功当量就是指单位热能所能产生的工作量。
在热力学中，我们知道能量可以以多种形式存在，其中包括热能和机械能。
而热功当量则是描述这两种能量之间的转化关系，它告诉我们单位热能可以转化为多少单位的机械能。
热功当量的重要性在于它使我们能够在热力学领域进行能量计算和转换。
通过研究热功当量，我们可以了解到不同物体在接受热能时产生的机械能有多大，从而为工程设计和能源利用提供了依据。
热功当量的测量方法有很多种，其中最常用的方法是利用热机的工作原理进行测量。
通过测量热机在工作过程中释放的热能和所做的功，我们可以根据能量守恒定律来求解热功当量的数值。
总结来说，热功当量是描述热能和机械能之间转化关系的物理量，它在热力学中具有重要的应用价值。
通过测量热机的工作原理，我们可以准确求解出物体的热功当量值，从而为工程设计和能源利用提供了基础数据。
接下来，我们将详细介绍热功当量的定义和测量方法，以便更好地理解和应用这一概念。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将按照以下结构来展开对热功当量值的介绍和讨论:1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 热功当量的定义2.2 热功当量的测量方法3. 结论3.1 总结3.2 对热功当量的重要性的讨论在引言部分，我们将简要介绍热功当量值的背景和意义。
首先，我们会给出对热功当量的概述，解释它在物理学和工程领域中的重要性。
接着，我们将介绍本文的整体结构，以及本文的目的和所涉及的主要内容。
在正文部分，我们将详细探讨热功当量的定义和测量方法。
我们会解释热功当量是什么，以及它与其他相关概念的关系。
然后，我们将介绍不同的测量方法，包括直接测量和间接测量。
我们还会列举一些常用的热功当量测量工具和技术，并讨论它们的优缺点。
最后，在结论部分，我们将总结文章的主要内容和发现。
焦耳对热力学的贡献
焦耳在热力学领域的贡献詹姆斯·普雷斯科特·焦耳是英国杰出的物理学家，焦耳出生于曼彻斯特近郊的索尔福德，在研究热的本质时，发现了热和功之间的转换关系，并由此得到了能量守恒定律，最终发展出热力学第一定律。
国际单位制导出单位中，能量的单位——焦耳，就是以他的名字命名。
他和开尔文合作发展了温度的绝对尺度。
他还观测过磁致伸缩效应，发现了导体电阻、通过导体电流及其产生热能之间的关系，也就是常称的焦耳定律。
他的一生为社会做出了非常重大的贡献，他在热力学、电学等方面都有着不俗的成绩。
焦耳的贡献主要有以下四个方面。
焦耳的贡献第一方面，他为了提高自己父亲酒厂的工作效率，成功的研究出了怎样用电动机代替蒸汽机。
最终因为支持电动机工作的能源——锌价格昂贵，不如蒸汽划算而放弃了。
但他的这一研究却为蒸汽机的发展提供了重要的参考价值。
第二方面，焦耳在研究电动机的过程中，注意到了热量的问题，于是开始研究电流。
他不断实验，最终发现了规律，并进行总结和整理，得出了焦耳定律。
这个定律提出电流通过导体，热量高低与电阻和通电时间成正比。
这一定律使电学有了很大的发展。
第三方面，他测定了热和机械功之间的当量关系，这也是他最大的贡献。
他钻研并测定了热和机械功之间的当量关系。
此后，他用不同材料进行实验，并不断改进实验设计，结果发现尽管所用的方法、设备、材料各不相同，结果都相差不远；并且随着实验精度的提高，趋近于一定的数值。
最后他将多年的实验结果写成论文发表在英国皇家学会《哲学学报》1850年第140卷上，其中阐明：第一，不论固体或液体，摩擦所产生的热量，总是与所耗的力的大小成比例。
第二，要产生使1磅水（在真空中称量，其温度在50～60华氏度之间）增加1华氏度的热量，需要耗用772磅重物下降1英尺的机械功。
他精益求精，直到1878年还有测量结果的报告。
他近40年的研究工作，为热运动与其他运动的相互转换，运动守恒等问题，提供了无可置疑的证据，焦耳因此成为能量守恒定律的发现者之一。
热力学第一定律
热力学第一定律专业：[应用化学]学生姓名：[孟辉辉]学号：[21207110]摘要：热力学第一定律即能量守恒及转换定律，在热学中占有重要的地位，广泛地应用于学科的各个领域，和热力学第二定律一起构成了热力学的基础，因此，深刻地理解和掌掘该定律显得尤为重要，本文阐述了其产生的历史背景，具体内容及其应用等。
关键词：热力学第一定律历史背景内容应用一、历史渊源与科学背景人类使用热能为自己服务有着悠久的历史, 火的发明和利用是人类支配自然力的伟大开端, 是人类文明进步的里程碑。
人类在古代就对火热的本性进行了探讨，但是人类对热的本质的认识却是很晚的事情。
18世纪中期, 苏格兰科学家布莱克等人提出了热质说。
这种理论认为, 热是由一种特殊的没有重量的流体物质, 即热质热素所组成, 并用以较圆满地解释了诸如由热传导从而导致热平衡、相变潜热和量热学等热现象, 因而这种学说为当时一些著名科学家所接受, 成为十八世纪热力学占统治地位的理论。
然而1798年和1799年, 伦福德和戴维先后以金属钻屑实验和两块冰在真空容器中摩擦融化的实例对热质说进行反驳, 无可争辩的事实, 迫使人们去寻找更新的理论。
十九世纪以来, 热之唯动说渐渐地为更多的人们所注意。
特别是英国化学家和物理学家克鲁克斯所做的风车叶轮旋转实验, 证明了热的本质就是分子无规则运动的结论。
热动说较好地解释了热质说无法解释的现象, 如摩擦生热等。
使人们对热的本质的认识大大地进了一步。
二、相关学科的支持与准备在热力学第一定律形成之前, 自然科学的发展在很多方面为能量守恒和转化定律奠定了基础, 在不同的方面为定律的建立作好了前期的准备, 主要体现在以下几个方面：1、物理学方面机械能守恒是能量守恒定律在机械运动中的特殊情况, 早在力学形成之初便有了能量守恒的萌芽,十七世纪已构成了明确的运动不灭思想, 几百年来,永动机未能造成的事实, 也从反面提供了能量守恒的例证。
1835年哈密顿原理的提出, 致使机械能守恒已经成为力学中的基本内容。
第八章 热力学第一定律1
i2 2 , i i 1
R 1 T1 T2 p1V1 p2V2 A 1 1
V 1 p1V1 1 1 1 V2
１
气体的摩尔定压热容为：
C p ,m 1 dQ 1 dE p dV dT p dT p dT p
i E RT , pV RT 2
C p,m
i RR 2
Qp C p,m T2 T1 C p,mT
QV CV ,m T2 T1 CV ,mT
热力学第一定律为： dQV dE 理想气体内能：
i E RT 2
i E RT CV , m T 2
i E RT CV , m T 2
p
2 ( p ,V , T ) 2 2 1
V
( p1 ,V , T1 )
p p1
p2
V T 1 ( p1, 1, )
p p1
2
V2
1 ( p1, 1, ) V T
( p2 , 2 ,T ) V
A
V1
p2
( p2 , 2 ,T ) V
A
V1
2
V2
o
V
o
V
QT
E
A
QT
E
A
等温膨胀，从外界吸热，等温压缩，气体对外界放热
例题8.1
气体等温过程：vmol的理想气体在保持温度T不变 的情况下，体积从V1经过准静态过程变化到V2。求 这一等温过程中气体对外做的功和它从外界吸收的 热。 解： pV=vRT 代入(9)式：
间为1s。内燃机的压缩时间0.01s。均可视这一过程为准静 态过程 • 3 准静态过程的表示方法：p-V图（p-T图、V-T图） a 曲线上的每一个点都是一个 准静态过程 b 非平衡态不能用一定的状态 参量描述，即不能表示为状态 图中的一条线!
焦耳的生平事迹
焦耳
焦耳（1818～1889）是英国物理学家，英国
皇家学会会员。
1818年12月24日生于曼彻斯
特附近的索尔福德的一个啤酒厂厂主家庭，
1889年10月11日在塞尔逝世。
焦耳是一位靠自学成才的科学家。
早期研
究电学和磁学，1837年发表了关于这方面的论
文而引起人们的注意。
1840年他发表文章介绍
四种测定热功当量的方法。
其中之一就是用通
电金属丝放在水中加热，根据电流做的功和水获得的热量来计算当量，提出电流通过导体产生热量的定律，而被称为焦耳定律。
焦耳的主要贡献是他钻研并测定了热和机械功之间的当量关系。
1843年他发表了《关于电磁的热效应和热的功值》论文。
他采用各种测量方法对多种媒质（如水、水银、鲸脑油、铸铁等）进行测量，测得热功当量的数值J＝4．157焦耳／卡。
这一工作为能量守恒和转化定律的建立作出了重要贡献。
他在文章中明确指出：自然的能量是不能消灭的，哪里消耗了机械能，总能得到相当的热量。
1852年焦耳和W·汤姆孙（即开尔文）合作发现气体自由膨胀时温度下降的现象，被称为焦耳—汤姆孙效应。
这效应在低温和气体液化方面有广泛的应用。
由于焦耳在热学、电学和热力学方面的贡献，在1866年他被授予皇家学会柯普莱金质奖章。
1872年～1887年焦耳任英国科学促进协会主席。
焦耳的最大贡献就是电热的机械当量的研究，他因此成为能量守恒定律的发现者之一。
人们为了纪念他对科学发展的功绩，将能量或功的单位命名为“焦耳”。
热功当量的测定
热功当量的测定（电热法）实验原理如图3．11，设量热器内筒和搅拌器的总质量为m筒（由同种材料制成），内盛质量为M液的液体，初温为t1。
当对电阻丝通电t秒后，液体末温为t2。
设通电时电流表、电压表示数分别为I和U，则通电时间内电流做的功为W＝IUt（1）量热器内筒（含搅拌器）及液体的吸热为Q＝（C筒m筒＋C液M液）（t2－t1）（2）I、U、t、m筒、M液、t1、t2均可由实验测得，则热功当量J＝W／Q资料分类> 理学论文> 物理论文> 的测定及散热修正资料星级：资料格式：Word 文档上传者：ai349744877出售次数：0上传时间：2009-01-06关键词：热功当量功热量温度牛顿冷却定律10元未知发信告诉好友收藏举报论文( 3页1894字) 图纸量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会自然消灭，只能从一个物体传给另一个物体，从一种形式转化为另一种形式。
功和热量之间可发生相互转化，t秒内通过电热丝，电热丝两端的电势差为U，则电场力做功为W=UIt，若这些功全部转化为热量，通过量热器测量出该热量，从而得出功与热量之间量值。
得出产生1cal热量所需做的功。
当量功热量温度牛顿冷却定律实验是证明能量守恒和转化定律的基础性实验。
焦耳从1840年起，花费了几十年的时间做了大量的实验，论证了传热和做功一样，是能量传递的一种形常数，与做功方式无关，从而为能量守恒和转换定律的确立奠定了坚实的实验基础。
当电阻R两断加上电压U，通过的电流为I时，在通电t秒时间内电些功全部转化为热量，使一个盛水的量热器系统由初温T 升高至T ，系统吸收的热量为Q，则热功当量J=W/Q。
按照能量守恒定律，若采用国际单位制，比值J=1；若Q用卡(cal)作单位，J=4.1868J/cal,该数值表示产生1cal热量所需做的功。
据能量守恒定律，通过测量热功当量，研究功与热量的转化关系，进一步了解功与热量之间转化的特点。
目录：论理实验】陈玉林李传起主编科学出版社理实验】梁家惠李朝荣唐芳编著北京航空航天大学出版社筒中的水时，应用搅拌器均匀轻轻地搅拌，避免搅拌器碰及电热丝和电极。
热力学第一定律
热力学第一定律1 焦耳热功当量能量守恒与转化定律及对热本质的认识是在焦耳热功当量实验的基础上突破的。
从1840年起，焦耳先后用了20年的时间，做了四类实验，测定了可以转化为一定数量的热的各种形式能量。
(1) 将水放在一绝热容器，通过重物下落带动铜浆叶轮，叶轮搅动水，使水温升高。
(2) 以机械压缩气缸中的气体，气缸浸入水中，水温升高。
(3) 以机械功转动电机，电机产生电流通过水中的线圈，水温升高。
(4) 以机械功使两块在水中的铁片互相摩擦，水温升高。
实验结果就是著名的焦耳热功当量：1ca l= 4.157 J。
之后更精确的测量结果是：1cal = 4.1840 J。
热功当量的意义在于：为能量守恒与转化定律奠定了可靠的实验基础，肯定了热是能量的一种形式，可以与机械能电能等相互转化，转化是等当量的。
从此，人类对于热的认识才有了突破性的进展。
2 能量守恒与转化定律到1850年，科学界已公认能量守恒是自然界的一个普遍规律。
这条定律指出：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，在转化过程，能量的总量不变。
换而言之：在隔离体系中，能量的形式可以转化，但能量总值不变。
通常体系的总能量由三个部分组成：动能、势能和内能。
一般的化学热力学体系是宏观静止、无整体运动的，而且没有特殊的外场作用(如电磁场，离心力场)， 因此，关注的主要是内能。
内能包括：分子运动的平动能，转动能，振动能，电子及原子核的能量，以及分子间的相互作用能。
3 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒与转化原理在热力学体系的应用。
对于不同类型的体系，定律的形式将有所不同。
对于封闭体系，热力学第一定律可以表述为：任何一个不作整体运动的封闭体系，在平衡态都存在一个单值的状态函数，称之为内能U，它是一个广度量。
当体系从平衡态 A经任一过程变到平衡态 B，体系内能的增量U=U(B)-U(A)就等于该过程体系从环境吸收的热量Q与环境对体系所做功W之和。
《普通物理实验》课程教学指南
《普通物理实验》课程教学指南《普通物理实验》课程代码为，是我院首批重点建设课程之一，被评选为甘肃省首批精品课程。
分为《力学实验》、《热学实验》、《电磁学实验》、《光学和原子物理实验》四部分。
总共114学时，在第二学期、第三学期和第五学期开设。
力学实验《力学实验》是《普通物理实验》中的一个重要组成部分。
为进一步加强课程建设，全面提高课程教学水平和教学效果，使学生进一步了解教学内容和教学要求，提高学习的主动性和积极性，让学生了解力学实验课的有关信息，现编制《力学实验》课程教学指南，供学生在实验中使用。
《力学实验》一般在第二学期开设，共42学时，分组循环实验，课程选用的主要教材是甘肃科学技术出版社出版的《物理实验》。
与教材有关的主要教学参考书和刊物有：⑴《大学物理实验》编写组在1998年1月编写由厦门出版社出版的《大学物理实验》。
⑵龚镇雄，刘雪林在1990年9月编写由北京大学出版社出版的《普通物理实验指导》。
⑶杨述武在2000年5月主编由高等教育出版社出版的《普通物理实验》（一、力学及热学部分）第三版。
⑷黄志敬在1991年5月主编由陕西师范大学出版社出版的《普通物理实验》。
⑸李平舟等在2002年2月主编由西安电子科学技术大学出版社出版的《大学物理实验》。
⑹曾贻伟等在1989年11月编写由北京师范大学出版社出版的《普通物理实验》。
⑺赵家凤在2000年6月主编由科学出版社出版的《普通物理实验》。
⑻方鸿辉，刘贵兴在2000年6月主编由上海科学普及出版社出版的《创造性物理实验》⑼历年的《物理实验》杂志。
⑽历年的《大学物理实验》杂志。
《力学实验》是用实验的方法去观察、研究物理现象、规律。
教学目标是应用所学得的理论知识指导实验，从理论和实验的结合上加深、扩展对物理基本概念和规律的认识，加强理论联系实际和提高学生的实验能力。
《力学实验》一共有11个，在《普通物理实验》中占总学时的37%，占总成绩的37%，在整个《普通物理实验》中占据重要地位，发挥着训练学生基本技能的重要作用。
《普通物理实验》课程标准
《普通物理实验》课程标准说明普通物理实验是三年制高等师范专科学校物理专业必修的基础课程。
通过教学，应使学生：1. 接受基本实验理论和操作技能的训练，熟练掌握基本物理量的测量原理和常用的测量方法，能合理选择与正确使用基本仪器，能正确运用有效数字并掌握基本的实验数据处理方法，能对实验结果做出正确的分析和判断，能写出符合要求的实验报告。
2. 用实验的方法去观察、研究物理现象、规律，应用所学得的理论知识指导实验，从理论和实验的结合上加深、扩展对物理基本概念和规律的认识，加强理论联系实际和提高指导中学实验的能力。
本课程总学时为114学时，每个实验为3学时。
教学内容绪论（9学时）1. 普通物理实验的地位和作用2. 普通物理实验的过程和各个教学环节的要求3. 实验室规则误差和数据处理的基本知识（一）1. 测量和误差的基本概念2. 测量结果的正确表示3. 误差的估算及其意义4. 有效数字的概念和运算法则5. 数据处理的基本方法误差和数据处理的基本知识（二）1. 随机误差的概念2. 标准误差的计算3. 系统误差的一般知识力学实验（33学时）力学实验是师专物理专业首先开设的基础物理实验，除了起到加深对物理规律认识、培养实验基本技能的作用外，还特别重视对学生进行实验课学习方法的指导，和良好科学实验习惯的培养，为以后的实验教学打下基础。
通过实验，要求学生掌握长度、时间、质量三个基本物理量的测量方法，懂得正确使用游标卡尺、螺旋测微仪、测量显微镜、秒表、数字式毫秒计及光电门、天平、气垫导轨、光杠杆等基本测量仪器和实验设备。
能应用误差理论正确处理实验数据，并对实验结果作出正确的分析。
本部分共列出15个实验。
实验一长度的测量1. 分别用游标卡尺及螺旋测微计测量长方形、球形、圆环等试样的尺寸，并求体积。
2. 利用测量显微镜测一半导体集成电路图形（或类似图形）的尺寸。
练习在弯游标及不同的测微螺旋上读数。
3. 多次测量误差的运算，求绝对误差和相对误差。
热功当量实验指导书
热功当量实验指导书一、实验目的：1.测量机械功转变为热能的能量守恒定律,并测量热功当量。
2.掌握热力学实验结果的曲线校正方法．二、仪器设备：J-FR3型热功当量实验仪、天平（50mg）及附件、烧杯、温度计（0.1C0）、秒表、砝码、钢卷尺．三、实验原理：J-FR3型热功当量实验仪的主要部分为两个黄铜制成密切相合的圆锥体。
外圆锥体直立于转轴上，可由摇轮通过皮带传动使其转动。
并有记转器与转轴相联。
内圆锥体系空心铜杯，可盛放水，上置大圆盘，沿圆盘外周用软线通过一小滑轮悬挂砝码，使产生一力矩，以阻止内圆锥体随同外圆锥体转动。
若此力矩与内圆锥体间的摩擦力矩相等且作用方向相反Array时，内锥体将停留不转动，砝码亦悬空。
此种情况下，相当于外锥体转动一样。
砝码下落所作的功则完全消耗在克服内外锥体间的摩擦，故若圆盘半径为R外锥体转动n转相当于砝码下落π2nR假定砝码质量为m则砝码下落所作之功，亦即消耗在内外锥体间的摩擦功为：π2nRmg此项摩擦消耗的功全部转变为热能。
其热量可由内外锥体及杯内所盛水的温度变化量予以求算。
四、实验步骤：1.熟悉仪器：先将大圆盘及内外两锥体取下，可看到外锥体底座有一缺口，安装时可将锥体转动位置待缺口对准轴上的销子，锥体即座落在轴上，扶正锥体并稍微向下压紧即可。
装上大圆盘处于近水平位置。
悬挂砝码钩的线一端固定在圆盘边上将线在盘周槽内套一圈再跨过小滑轮，并使悬线与圆盘成正切。
摇动摇轮，并一手拉住砝码钩，阻止圆盘及内锥体随同外锥体转动。
试摇数转后可加约100－200克砝码，使在外锥体静止时，能拖动圆盘带动内锥体转动。
再徐徐摇动摇轮，控制摇转的速度，将能使砝码悬挂在空中不动。
适当调节砝码重量，至摇轮每分钟约60转较为适宜。
2.记录数据：室温：由温度计读出；圆盘周长：用圆盘上的线绕圆盘一周，用钢卷尺测量细线的长度；搅拌棒的质量，内、外圆锥体的质量：由天平测出，记转器初始值：注意左边的计数盘每格为一转，而左边的计数盘每格为100转．壱弐用烧杯取大约100ｍｌ的水（注意：水的温度应低于室温大约10度为宜，可用温度计测量）. 放于天平上称出烧杯连同水的总质量，然后取下热功当量实验仪的大圆盘，将水加入到小圆锥体的小杯中，至杯口12～15ｍｍ为宜．然后称出剩余水及烧杯的总质量．并记录两次称量的结果，他们的差值即为我们实验中注入水的质量。
实验四 a 热功当量的测定（用机械功转化法）
实验四(a) 热功当量的测定（用机械功转化法）
实验目的
研究机械功与热量的转换，测定热功当量。
实验仪器
热功当量测定仪，温度计，天平，量筒等。
实验原理
正。
实验内容
1．调试仪器。
先在内铜杯Ｅ中盛水约大半杯。
内外铜杯Ｅ、Ｄ之间涂有适当的润滑油，防止二杯表面直接接触，遭受损伤，调整绕线的高低与圆盘保持在同一水平面内，并与圆盘边缘相切。
增加或减少钩码和调整转动速度使钩码静止不动。
2．调试完毕后，取下内外铜杯，倒去内铜杯的水并擦净。
再在内外铜杯之间涂少量润滑油，用天平称出质量m1及搅拌器的质量m2。
把低于室温约2—3℃的水倒入到内铜杯中，水面距内铜杯口约1cm左右，称出总质量m，水的质量为m０＝m－(m１＋m２)。
3．装好仪器，记下水的初温t0及计数器的初始读数n1。
4．记录下钩码的质量。
转动外铜杯等待水温升高到比室温高出约2—3℃时停止转动，并记录记数器的读数n2，则n＝n2－n1，用搅拌器继续搅拌，读出温度计指示的最高温度t1，则温差Δt＝t1－t0。
5．测出圆盘直径，温度计浸入水中的体积Ｖ以cm3为单位。
数据处理
－4a－4）式中，
思考题
1在外杯转动一些时间后，摩擦会减小，必须调节转速。
为什么摩擦会减小？又为什么必须调节转速？
2．为什么停转以后系统温度还会不断升高？为什么在系统温度到达最高后再冷却一会儿才开始记录t1。
3．系统温度t0选多少较好？如何测准它？
4．环境温度应如何测量？在什么地方测量？测多少次较好？如t0的测量误差为1℃，对结果会有多大影响？。
热力学定律与循环
从式(1-18)便能简洁地表达热力学第二定律的两种典型的说法。 如果有一种机器，在它的周而复始的运作中，能从温度为 T2 的低温热源吸收热量 Q ， 将其如数地传给温度为 T1 的高温热源，就像下图示意那样：
4
T1 T2
那么，工作介质热温商的循环积分便是
dQ Q Q 0 T T2 T1
1.2 热力学第二定律与循环
自从十八世纪英国人 Watt 发明蒸汽机后，人类找到了把热能转变成机械能的方法，随 即这种机器被广泛地应用于工业的各个部门，它为社会的发展带来了勃勃生机。但是，当时 的蒸汽机效率很低，一般只有 5%左右，也就是说约有 95%的热量被浪费了。因此，如何提 高蒸汽机的效率成为科学家和工程师们十分关心的课题。 法国年轻的工程师 Carnot 就是其中杰出的代表，他在 1824 年发表了题为《论火的动力 以及产生这种力的机器》的小册子。文中他将热机的运作理想化地概括成由下列四步完成： 第①步是工作介质在恒温下向高温热源吸热； 第②步是工作介质在绝热的条件下膨胀，推动活塞做功； 第③步是工作介质在恒温下向低温热源放热； 第④步是工作介质绝热压缩，返回初始状态。 并假定循环是在没有摩擦， 没有漏泄和没有热辐射、 热传导等条件下进行， 且循环是可逆的， 后人称这样的循环为 Carnot 循环，相应的机器为 Carnot 机。 于是，Carnot 认为，热机之所以做功与水力机十分相似。它是依靠高温热源与低温热源 的温度差，以及在其间流动的“热质”来做功的，就像水力机是依靠高位与低位水的落差和流 动的水量来做功一样。因此，他认为，热机做功必须有两个温度不同的热源，且它们间的温 度差愈大和热机的摩擦、热损失愈小，效率就愈高，而与工作介质是什么无关，因为热机做 功是依靠“热质”的流动。这就是所谓的 Carnot 定理，它可以简述如下： 所有工作于两个温度一定的热源之间的热机以可逆机的效率最大。 可惜，Carnot 没能正确地证明这条定理。正像恩格斯所说的：“他差不多已经探究到问题的 底蕴，阻碍他完全解决这一个问题的，并不是事实材料的不足，而只是一个先入为主的错误 理论······”。这个错误理论就是“热质说”，它使 Carnot 失去了揭示热力学第二定律的机遇。 直到热力学第一定律建立后，才引起了两位物理学家的注意，一位是德国物理学家
热功与能量转换效率的计算方法
热功与能量转换效率的计算方法热功是指通过热能转化为机械能的过程中所做的功。
能量转换效率则是指在能量转换过程中所损失的能量与所输入的能量之比。
在工程领域，热功和能量转换效率的计算方法是非常重要的。
首先，我们来看一下热功的计算方法。
热功可以通过以下公式来计算：热功 = 功率 ×时间其中，功率是指单位时间内所做的功。
在热功的计算中，我们常常使用单位时间内的热功来表示。
功率的单位通常是瓦特（W）或千瓦特（kW）。
热功的计算方法可以通过测量热能的输入和输出来得到。
例如，我们可以通过测量热能的流量和温度差来计算热功。
具体的计算方法可以根据具体的实验条件和设备来确定。
接下来，我们来探讨能量转换效率的计算方法。
能量转换效率可以通过以下公式来计算：能量转换效率 = 输出能量 / 输入能量其中，输出能量是指在能量转换过程中所得到的能量，输入能量是指在能量转换过程中所输入的能量。
能量转换效率的计算方法可以根据具体的能量转换过程来确定。
例如，在发电过程中，能量转换效率可以通过测量发电机的输出功率和燃料的热值来计算。
在能源利用过程中，能量转换效率也可以通过测量能源的输入和输出来计算。
在实际应用中，我们常常需要考虑到能量转换过程中的能量损失。
能量损失可以通过以下公式来计算：能量损失 = 输入能量 - 输出能量能量损失的计算方法可以通过测量能量的输入和输出来得到。
在能源利用过程中，能量损失通常是不可避免的。
因此，我们需要通过提高能量转换效率来减少能量损失。
总结起来，热功和能量转换效率的计算方法是非常重要的。
通过计算热功和能量转换效率，我们可以评估能量转换过程的效果，并采取相应的措施来提高能源利用效率。
在实际应用中，我们需要根据具体的实验条件和设备来确定计算方法，并考虑到能量转换过程中的能量损失。
通过不断提高能量转换效率，我们可以更加有效地利用能源资源，实现可持续发展。
热功当量的测量
实验名称热功当量的测量一、前言热量和功这两个物理量，实质上是以不同形式传递的能量，它们具有相同的单位，即能量的单位焦耳（J）。
然而，在没有认识热的本质以前，历史上曾经对热量的计量另有规定。
热量的单位用卡路里，简称卡，1克纯水在1大气压下温度升高10C所吸收的热量为1卡。
焦耳认为热量和功之间应当有一定的当量关系，即热量的单位卡和功的单位焦耳间有一定的数量关系。
从1840年到1879年近40年的时间内，焦耳利用电热量热法和机械量热法进行了大量的实验，最终精确地求得了功和热量互相转换的数值关系—热功当量。
如果用W表示电功或机械功，用Q表示这一切所对应的热量，则功和热量之间的关系可写成W=JQ，J即为热功当量。
目前国际上对卡和焦耳的关系有两种规定：1热工程卡＝4.1868焦耳；1热化学卡＝4.1840焦耳。
国际上把“卡”仅作为能量的一种辅助单位，并建议一般不使用“卡”。
国际单位制规定，功、能和热量一律使用焦耳为单位。
虽然热功当量的数值现已逐渐为人们所少用，但是，热功当量的实验及其在物理学发展史上所起的作用是不可磨灭的。
焦耳的热功当量实验为能量转化与守恒定律奠定了坚实的实验基础。
本实验采用焦耳曾经做过的电热法来测定热功当量。
二、教学目标1、了解电流作功与热量的关系,用电热法测定热功当量。
2、了解热量损失的修正方法。
三、教学重点1、了解电流作功与热量的关系。
四、教学难点1、正确读取温度的方法和时机。
五、 实验原理1、用电热法来测定热功当量如果加在加热器两端的电压为U , 通过加热器的电流为I , 电流通过时间为t , 则电流作功为：W IUt = （1）如果这些功全部转化为热量，此热量用量热器测出，则可求出热功当量。
设m 1表示量热器内圆筒质量，C 1表示其比热。
m 2表示铜电极和铜搅拌器的质量，C 2表示其比热。
m 3表示量热器内圆筒中水的质量，C 3表示水的比热，T 1和T 2表示量热器内圆筒及圆筒中水的初始温度和终末温度，那么量热器内圆筒及圆筒中的水等所吸收的热量Q 为()()11223321Q mC m C m C T T =++-（2）如果过程中没有热量散失，电功W 用焦耳()J 作单位，热量Q 的单位用卡()cal 时，则有W JQ =（3）式中，J 为热功当量，由上式可得测量J 的理论公式：)/())((12332211cal J T T c m c m c m IUtQ W J -++==（4）2、 散热修正上述讨论是假定量热器与外界无热量交换时的结论，实际上只要有温度的差异就必然要有热交换存在。
热功当量教案：探讨热能和机械能的等价关系
热功当量教案：探讨热能和机械能的等价关系一、教学目标1.了解热能与机械能的性质和基本概念；2.了解热功当量的概念和计算方法；3.掌握热功当量的应用，进一步深入理解热和机械能的等价关系。
二、教学重点和难点1.了解热功当量的基本概念和计算方法；2.掌握热功当量的应用，深入理解热和机械能的等价关系。
三、教学准备1.黑板、粉笔；2.教学模型和实验器材。
四、教学过程第一步：导入引导学生思考：在日常生活中，我们常常接触到热能，机械能等等。
大家知道热和机械能有什么区别吗？这两者之间是否存在着等价关系呢？第二步：讲解1. 热能与机械能的性质和基本概念热能：是物体内部分子运动的一种表现，具有温度。
热是一种能量的转移形式，在高温区传递到低温区。
机械能：是由物体运动和形态变化过程中所表现的能量。
2. 热功当量的概念和计算方法热功当量：单位质量物质温度升高1℃所需要的热量，即单位温度变化所需要的热能。
热功当量的计算方法：q=mcΔT其中，q表示所需热量，m表示物质的质量，c表示物质的比热容，ΔT表示温度的变化量。
3. 热功当量的应用利用热功当量可以计算物体在温度改变过程中的热量，从而可以进一步探讨热和机械能的等价关系。
例如：当水从100℃沸腾变成0℃的凝固，其热功当量为：Q=1×4200×100=420000J同样，动能和重力势能的特点也可以与热功当量结合起来，通过实验计算探讨热能和机械能的等价关系。
第三步：实验1.研究机械能和热能之间的等价关系的实验实验器材：一个轻细的铁丝，一条木棍，一杯沸腾的开水，一只铁计量杯实验步骤：（1）将铁丝固定在木棍的两端，将其放在汽水的面上，并调整其处于水的表面上。
（2）将计量杯放在铁丝下方，在铁丝上方的某个距离处，固定一个量热器。
（3）将灯泡加热至一定温度，并观察铁丝上的变化。
（4）记录对瓶内水产生的温度改变，用于计算热量和功率并作图。
（5）根据计算结果，可以得出机械能和热能的等价关系。
实验2热功当量的测量
电热法测定热功当量的实验装置如图11— 1所示。
设加在电阻丝两端的电压为U，通过电阻丝的电流 为 I，在时间 内，电场力做功为：
A=UI
（11-1）
如果这些功全部转化为热，使盛水的量热器系统的 温度从升高到 T ，则系统吸收的热量为：
Q (m0c0 m1c1 m2c2 m3c3 0.46V )(T T0 ) (11-2) 式中 、 m0c0 m1c1 、m2c2 、m3c3 分别是水、量热器内筒、搅
质量m,则水的质量m为：
m= m- m 2．按图
11-1连接好电路，接通电源，同时按下停表计时，记下
开始时的环境温度和系统的温度T，以后每隔一分钟记
录一次水温，直至水温比室温高约10 ℃左右。在此过
程中必须不停的、均匀地，轻轻地对系统进行搅拌，并
记录电压U和电流I。
3．断开电源，记下加热时间，隔一段时间后记下系统
将K代入（11K-6）1t式ln 可TT0f'' 算出每分钟系统散热而（降1低1-的8）温度近似
等于：
dT K(T )
（11-9）
实验过程中每隔一分钟记下系统在加热过程中的温度T 0、T1 、 T均2、温…度…，。根以据T（0 2T11 、1-T91 2）T2 、式T2可2 T3以…求…出作第为1、第21、、32…、分3…钟分内钟由的于平散
dT K (T )
dt
（11-6）
式中K是散热系数，与系统的表面状况及热容有关。假若环境 温度是不变的，则上式可写为：
d(T ) K(T )
dt
（11-7）
实验时，选择系统自然冷却后的某时刻t=0，温度为，经过时 间t后温度为，则由（11-7）式积分，并代入上述条件，得：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验四(a) 热功当量的测定（用机械功转化法）
实验目的
研究机械功与热量的转换，测定热功当量。
实验仪器
热功当量测定仪，温度计，天平，量筒等。
实验原理
正。
实验内容
1．调试仪器。
先在内铜杯Ｅ中盛水约大半杯。
内外铜杯Ｅ、Ｄ之间涂有适当的润滑油，防止二杯表面直接接触，遭受损伤，调整绕线的高低与圆盘保持在同一水平面内，并与圆盘边缘相切。
增加或减少钩码和调整转动速度使钩码静止不动。
2．调试完毕后，取下内外铜杯，倒去内铜杯的水并擦净。
再在内外铜杯之间涂少量润滑油，用天平称出质量m1及搅拌器的质量m2。
把低于室温约2—3℃的水倒入到内铜杯中，水面距内铜杯口约1cm左右，称出总质量m，水的质量为m０＝m－(m１＋m２)。
3．装好仪器，记下水的初温t0及计数器的初始读数n1。
4．记录下钩码的质量。
转动外铜杯等待水温升高到比室温高出约2—3℃时停止转动，并记录记数器的读数n2，则n＝n2－n1，用搅拌器继续搅拌，读出温度计指示的最高温度t1，则温差Δt＝t1－t0。
5．测出圆盘直径，温度计浸入水中的体积Ｖ以cm3为单位。
数据处理
－4a－4）式中，
思考题
1在外杯转动一些时间后，摩擦会减小，必须调节转速。
为什么摩擦会减小？又为什么必须调节转速？
2．为什么停转以后系统温度还会不断升高？为什么在系统温度到达最高后再冷却一会儿才开始记录t1。
3．系统温度t0选多少较好？如何测准它？
4．环境温度应如何测量？在什么地方测量？测多少次较好？如t0的测量误差为1℃，对结果会有多大影响？。