金属比热容测量实验中误差的来源探讨和修正

金属比热容测量实验中误差的来源探讨和修正

Prepared on 24 November 2020

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：2011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.

Keywords：error, specific heat capacity, hybrid method

目录

引言 (1)

一、研究背景 (1)

二、实验仪器与原理 (2)

（一）混合法测量物体比热容 (3)

三、实验结果与误差讨论 (4)

（一）混合法测量结果与误差分析 (7)

1.测量数据与结果 (7)

2.产生的误差及影响分析 (8)

3.散热修正 (8)

四、结论 (9)

致谢 (10)

参考文献 (10)

引言：物理实验过程就是对各种物理量进行测量的过程。由于受到实验条件、测量仪器、环境等各方面因素的限制，所获测量结果不可能是无限精确的，因此在测量值与客观存在的真实值之间往往会存在着一定的差异，这种差异一般叫做测量误差。误差的来源有许多种，一般可以分为系统误差和随机误差两类。其中随机误差又是客观存在，不可避免的。我们做实验要得到正确的实验结果，除了在实验过程中要严格遵守实验操作规程和步骤外，对实验中误差的来源进行分析和讨论，找到可能产生误差的地方对所测结果进行误差修正，排除这些误差的干扰也是具有非常重要的作用的[1-2]。

一、研究背景

在19世纪中叶，随着西方工业文明的建立与发展，特别是蒸汽机的发明和产生，量热学有了巨大的进展。经过多年的实验研究，人们能够精确地测定了热功当量，并且逐步认识到不同性质的能量（如机械能、电能、热能、化学能等）之间可以转化和守恒这一自然界物质运动的最根本的定律，能量守恒定律的发现是19世纪人类最伟大的科学进展之一。尽管从今天的观点看，量热学是建立在“热量”或“热质”的基础上的，不符合现代分子动理论的观点，缺乏科学的内含[3-5]。但这无损于量热学的历史贡献。至今，量热学在物理学、化学、机械制造、航空航天以及各种热能工程、制冷工程等领域中都有非常广泛的应用。比热容是量热学中一个极其重要的物理量，定义为单位质量的某种物质温度升高或者降低1摄氏度所吸收或放出的热量。知道物体的比热容具有很重要的意义，比如我们可以根据水的比热容比较大的特性在工业上用来冷却发热的机器，在农业上对秧苗进行保温等。固体材料由于具有很好的刚性和延展性，在现代工业中具有越来越重要的应用。研究各种固体材料的比热是非常

有用的，可以根据不同材料的比热选择相应合适的材料制作物件，所起到的效果也会非常显着。测量金属比热容的实验是大学物理实验中的经典实验，比热容的测量方法尽管有很多种（比如冷却法，混合法，电热法等），但无论用哪种方法测量，都受到外界系统环境的影响比较大，影响实验的误差因素较多，造成测量结果往往不是非常准确。本研究选择现在大学物理实验中测定金属比热容的最常用的两种方法——冷却法和混合法进行实验[6-7]，分析两种方法中可能产生误差的因素和来源，对这些误差对实验结果的影响分别进行分析，并提出改进的实验方法，用以减小实验误差[8-9]。

二、实验仪器与原理

（一）混合法测量物体比热容

实验原理

我们把单位质量的物质，其温度升高1K（或1℃）所需的热量叫做该物质的比热容。

具有一定温度和质量的待测系统与已知温度﹑质量﹑比热容的系统混合，假设整个系统与外界没有热量的交换，则热量将由高温系统传向低温系统，并且高温系统放出的热量全部被低温系统所吸收，直到最后两系统达到平衡状态。这就是热平衡原理。本实验就是根据热平衡原理：用混合法测定固体的比热容。

将比热容为c质量为m温度为T0的待测样品投入温度为T1的盛有水的量热器中，设量热器内筒（包括搅拌器）的质量为m1，比热容为c1，水的质量为m2，比热容为c2，温度计浸入水中部分的体积为V（单位：cm3），以T2表示待测样品与量热系统平衡后的温度。由热平衡原理可知：