附表二 电热法测焦耳热功当量
102 电热法测量热功当量
图1 THQRG-2型热功当量测量实验仪
三、实验原理
1.散热修正
由于量热装置温度与环境温度存在温差，那么在实验过程中系统就会向环境散热，因此温度计测量出的终止温度2T 会比真正的终止温度'
2T 低，实验过程中系统温度变化曲线如图2所示。
图2中AB 段表示通电以前系统与环境达到热平衡后的稳定阶段，其稳定温度为系统的初始T BC t
图2 温度随时间的变化曲线
图3 实验接线图
中的数据，通过公式（4）计算求出系统的真正终温
' 2 T。
）计算求出热功当量的数值，并与公认值进行比较，计算相对误差。
在实验前使用干燥毛巾擦净量热器，从而避免量热器表面由于水滴附着，。
北航物理实验研究性报告热学系列实验测量冰的熔解热实验和电热法测量焦耳热功当量实验
北航物理实验研究性报告热学系列实验——测量冰的熔解热实验电热法测量焦耳热功当量实验第一作者：王尼玛学号：******xx第二作者：杨尼美学号：******xx班级：100327目录目录 (2)摘要 (3)一、实验目的 (3)二、实验原理 (3)实验1．测量冰的熔解热实验： (3)实验2．电热法测量焦耳热功当量实验： (8)三、实验仪器 (10)四、实验步骤 (10)实验1．测量冰的熔解热实验： (10)实验2．电热法测量焦耳热功当量实验： (11)五、数据记录与处理 (12)实验1．测量冰的熔解热实验： (12)实验2．电热法测量焦耳热功当量实验： (14)六、讨论与总结 (16)1、误差分析 (16)2、总结体会 (16)七、参考资料 (17)摘要本系列包括测量冰的熔解热、电热法测量焦耳热功当量两个实验。
测量冰的熔解热实验涉及热学实验的若干基本内容，具有热学实验绪论的性质，无论在实验原理和方法（混合量热法和孤立系统、冷却定律和修正散热、测温原理等），仪器构造和使用（量热器、温度计等），操作技巧（搅拌、读温度等）和参量选择（水、冰取多少为宜，温度如何选择等），都对热学实验有普遍的意义。
电热法测量焦耳热功当量实验室证明能量守恒和转换定律的基础实验。
焦耳从1840年起，花费了几十年的时间做了大量实验，论证了传热和作功一样，是能量传递的一种形式；热功当量是一个普适常数，与作功方式无关，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。
一、实验目的1、熟悉热学实验中的基本问题——量热和计温；2、研究电热法中作功与传热的关系；3、学习两种进行散热修正的方法——牛顿冷却定律法和一元线性回归法；4、了解热学实验中合理安排实验和选择参量的重要性；5、熟悉热学实验中基本仪器的使用。
二、实验原理实验1．测量冰的熔解热实验：（1）一般概念一定压强下晶体物质溶解时的温度，也就是该物质的固态和液态可以平衡共存的温度，称为该晶体物质在此压强下的熔点。
试验用电热法测量热功当量
用电热法测量热功当量教学目标：1. 用电热法测热功当量。
2. 学习用牛顿冷却定律，进行散热修正。
教学方法：采用研究式、答辩式教学方法。
实验内容1. 测量质量，填表12. 连接电路、选量程、电压。
3. 测外围温度θ14. 连接电源，记T 0 ，没隔1分钟，填表25. 断电，接着测降温温度，每隔1分钟，填表3，以求k6. 测环境温度θ2 取θ=21（θ1+θ2） 7. 求δν重点及难点：重点：自然冷却定律修正温度（终）及操作严谨 难点：牛顿自然冷却定律教学过程设计1. 电场力作功W = V I t (1)单位：焦耳、伏特、安培、秒系统吸收全部热量Q=（C 0M 0+C 1M 1+ C 2M 2+0.46δV ）(T f –T 0) (2) 由（1）、（2）式可得：QJ=W ，则J=QW 焦耳/卡 称为热功当量 2. 终温修正散热后实际终温为T f ” (测的温度)，不散热达到终温为T f (理想温度) 由散热导致温度下降δT测T f = T f ” +δT （4）3. 求δT 的方法：根据牛顿自然冷却定律 dtdT =K （T —θ） 自然冷却：''0fT T - t=0→t k=θθ--'0'ln 1T T t f (1/min)δT=k(θ-T )t 其中)(21"0f T T T += T f = T f ” +δT数据处理：计算法作图法，采用作图法较为直观。
例：1. C 0=1.000卡/克•度 C 1=0.092卡/克•度 C 2=0.094卡/克•度2. 电压U=8.2伏 电流I=0.975安3. 环境温度 θ环=20.0C 0 m 0=167.0克 m 1=203.0克 m 2=49.9克由图 =0.9℃ θf =θb +=28.0+0.9=28.9℃ 由计算机数据处理结果 J=4.30焦耳/卡 误差 E=%10018.430.418.4⨯-=2.9% J=4.18焦耳/卡为公认值。
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。
电热法测热功当量my
Q = (c1m1 + c2 m2 + c3 m3 + 0.857V )(T f − T0 )
所以，热功当量
W IUt J= = Q (m1C1 + m2C2 + m3C3 + 0.857V )(T f − T0 )
J的标准值J0＝4.1868焦耳/卡。
焦耳/卡
2、散热修正
为了修正终止温度的误差，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。
T (℃)
图中AB段表示通电以前系 统与环境达到热平衡后的稳定 阶段，其稳定温度（即室温） 也就是系统的初温T0，BC段表 示在通电时间t内，系统温度 的变化情况。由于温度的变化 存在滞后的现象，因而断电后 系统的温度还将略为上升，如 CD段所示，DE段表示系统的自 然冷却过程。
Tf T2
∆T
F D C
自然冷却降温数据（每隔60s）
时间t（s） 温度T（°C） 0 60 120 …
实验过程中的电压、电流值（记录变化时）
电压值U（V） 电流I（A） 平均电流 I＝_（A） 平均电压U＝_（V）
1、计算电流所做的功W； 2、做自然冷却段ln|T-θ|-t图，求出冷却常数k； 3 3、利用逐点修正公式并结合升温段数据，修正得理 想终温，并画出实测温度和理想温度曲线； 4、利用修正后理想终温，计算热量Q，求得热功当量 J，并与理论值比较，计算不确定度。
最终产生的误差 系统的真正终温
v = ∆T t2
t1 ∆T T f = T2 + δTi = T2 + 2 t2
t1 ∆T δTi = vt1 = 2 t2
实验仪器
HLD-IH-II型智能热学综合实验仪 型智能热学综合实验仪
电热法测热功当量
电热法测热功当量摘要：热量以卡为单位时与功的单位之间的数量关系，相当于单位热量的功的数量，叫做热功当量。
本篇文章主要围绕电热法测量热功当量的方法及其误差分析和修正展开研究。
关键词：电热法、热功当量、散热修正、误差分析1前言热量以卡为单位时与功的单位之间的数量关系，相当于单位热量的功的数量，叫做热功当量。
由焦耳通过大量实验确定。
在人们尚未认清热的本质以前，热量和功分别用不同的单位表示。
焦耳是功的单位，卡路里是热能的单位。
值得注意的是，功和热之间的转换只有通过系统内能的变化才能完成，脱离系统而去谈论功与热量的直接转换是不恰当的。
热功当量的发现，使当时的人们更好地理解了热的本质，也说明了卡路里与焦耳为相当量而非相等。
自国际单位统一热量单位为焦耳后，热功当量也就不复存在。
但其实验测定及数据对于物理学的发展的意义永远存在。
测量热功当量的方法有很多，最传统的方法是热功当量提出者焦耳采用的利用液体摩擦生热，后世人们也逐渐发明出了各种测量方法，如利用固体摩擦等，而目前操作最简便、测量误差小的方法也是我们将要采用的电热法。
2实验方法本实验所要用到的实验器材有：直流电源，导线，电压表，电流表，金属内筒，温度计，开关，玻璃搅拌器等。
图1实验装置图如图即为电热法测量热功当量的实验装置图，该实验方法是通过量热桶中的电阻丝加热液体，使其升高一定温度后通过Q=cm(t-t0)得到液体获得的热能，再通过W=UIt得到以焦耳为单位的电阻丝加热的能量，二者相比得：（1）由（1）式可得测量的热功当量数值。
具体实验步骤如下：1.用托盘天平测量量热桶内壁质量。
2.装入一定量水。
③放入量热桶内盖上盖子，注意温度计不要碰到底部。
1.用环形玻璃搅拌器搅拌，使水温度均匀。
2.读出水的初温T0。
3.组装电路。
4.调节电源电压，读出此时电压表及电流表读数。
5.等待升温。
6.升温后，断开开关并再次搅拌使温度不再变化。
7.读出此时水的温度。
⑪用W=UIt得出总共获得的热量（单位J）。
实验三电热法热功当量的测量
实验二电热法热功当量的测量一、实验目的用电热法测定热功当量二、实验仪器：1.YJ-RZ-4C数字智能化热学综合实验仪、2.量热器、3. 物理天平4.量杯、5.连接线。
三、实验原理量热器如图1所示,如果加在电阻丝两端的电压为V, 通过电阻的电流为I, 通过时间为t, 则电流作功为：A=UIt (1) 如果这些功全部转化为热能，使量热器系统的温度从T0℃升高至T f℃，则系统所吸收的热量为：Q=C s(T f－T0) (2)其中C s是系统的热容量.如果过程中没有热量散失，则A＝JQ (3)即热功当量为J＝A／Q（J／cal） (4)孤立的热学系统在温度从T 0升到了T f 时的热量Q 与系统内各物质的质量m 1，m 2…和比热容c 1，c 2…以及温度增量（T f －T 0）有如下关系Q ﹦（m 1c 1＋m 2c 2＋…）（T f －T 0） （5） 式中，m 1c 1，m 2c 2…是各物质的热容量.在进行热功当量的测量中，除了用到的水外，还会有其他诸如量热器、搅拌器、温度传感器等物质参加热交换.即:Q ﹦(c 水m 水＋c 内m 内+c x m x )（T f －T 0） (６) 式中，c 水m 水为水的热容量, c 内m 内为量热器内筒的热容量、c x m x 为搅拌器、加热电阻、温度传感器等的热容量.如果量热器、搅拌器和温度传感器等的质量用水当量ω表示，则热功当量为J ＝UIt ／〔(c 水m 水＋c 水ω)（T f －T 0）〕（J ／cal ） (７) ω可以由实验室给出，也可以通过实验测出.实验测得：本量热器的水当量ω=kg 31090.39-⨯。
四、实验内容及步骤1.用天平称出约140克左右的水，倒入量热器中，将测温电缆和搅拌电机电缆与YJ-RZ-4C 数字智能化热学综合实验仪面板上对应电缆座连接好,安装好搅拌电机。
2.打开电源开关.3.记下初始温度值T 0℃.4.打开搅拌开关.5.打开加热开关（同时按触计时器“启动”按钮），系统开始加热、计时.6.当加热一段时间（如6分钟）后，关掉“加热开关”，停止加热，同时，记下加热的时间，待温度不再上升时，记下系统的温度T f ℃.7.关掉“搅拌开关”,倒掉量热器中的水.8.根据J ＝UIt ／〔(c 水m 水+ c 水ω)（T f －T 0）〕（J ／cal ）求出热功当量.其中 c 水=1 cal ∙℃-1∙g -1本实验仪的水当量ω=kg 31090.39-⨯ (由实验室给出). 五、数据记录及处理 1．自拟数据表格记录数据；六、思考题1. 如果实验过程中加热电流发生了微小波动，是否会影响测量的结果？为什么？2.实验过程中量热器不断向外界传导和辐射热量.这两种形式的热量损失是否会引起系统误差？为什么？七、注意事项1．供电电源插座必须良好接地；2.在整个电路连接好之后才能打开电源开关；3．严禁带电插拔电缆插头。
实验2—16a 热功当量的测定(用电热法).
实验2—16a 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2－16a －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 （2－16a －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） （2－16a －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 （2－16a －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2－16a －2所示。
电热法测热功当量[新版]
![电热法测热功当量[新版]](https://img.taocdn.com/s3/m/b649adc685254b35eefdc8d376eeaeaad1f3160e.png)
答：实验条件是系统与外界没有较大的热交换，并且系统（即水）应尽可能处于准静态变化过程。
实验方法是电热法。
系统误差的最主要来源是系统的热量散失，而终温修正往往不能完全弥补热量散失对测量的影响。
其他来源可能有①水的温度不均匀，用局部温度代替整体温度。
②水的温度与环境温度差异较大，从而给终温的修正带来误差。
③温度，质量及电功率等物理量的测量误差。
2. 试定性说明实验中发生以下情况时，实验结果是偏大还是偏小?(1) 搅拌时水被溅出；答：实验结果将会偏小。
水被溅出，即水的质量减少，在计算热功当量时，还以称横水的质量计算，即认为水的质量不变，但是由于水的质量减少，对水加热时，以同样的电功加热，系统上升的温度要比水没有上升时的温度要高，即水没溅出在同样电功加热时，应上升T度，而水溅出后上升的温度应是T+ΔT度。
用J = A / Q，有Q =（c i m i T），J = A / [（T+△T）/ mc]，分母变大J变小。
(2) 搅拌不均匀；答：J 偏大、偏小由温度计插入的位置与电阻丝之间的距离而定。
离电阻丝较远时，系统温度示数比，匀均系统温度低，设T为均匀系统温度，温度计示值应为T-ΔT，用J=A/θ计算，分母变小，则J变大；离电阻丝较近时，温度计示值应为T+ΔT，分母变大，因而J变小。
为室温，若测得值偏高Δθ时，测量得到的温度值为(3) 室温测得偏高或偏低。
答：设θθ0+Δθ；偏低Δθ时，测量温度值为θ0-Δθ，在计算温度亏损时，dT i=k(T i-θ)，k是与是室温无关的量(k与室温有关)，只与降温初温和降温终温以及降温时间有关，测得室温偏高时，dT i =k [T i - (θ0+Δθ)]，每秒内的温度亏损dT i 小于实际值，t 秒末的温度亏损δT i =∑k [T i - (θ0+Δθ)]。
此值小于实际值，由于散热造成的温度亏损δT i =T f + T f ″，修正后的温度T f ″为：T f ″= T f -δT i ，δT i 为负值，当测量值低于实际室温时，δT i 的绝对值变小：T f ″=T f +｜δT i ｜，即T f ″变小，ΔT 变小（其中ΔT ＝T f ″- T f 初，T f 初：升温初始值），∑∆==Tm c AQ A J i i , J 变大，反之J 变小。
电热法测量焦耳热功当量实验
目的目的：以電熱法測出熱功當量。
實驗方法實驗方法：：由於在實際環境下用電功加熱系統使溫度升高的過程中，系統會向外散熱（原因在於系統溫度高於環境溫度）。
因此系統實際上所達到的末溫必低於沒有散熱情況時的末溫，故以牛頓冷卻定律將散熱導致的溫差求出，以求得較精確的結果。
原理原理：：早在1798年，德國侖福特以研究摩擦作功所產生的熱量，得知此熱量與供給的功成正比。
由能量守恆定理，當外界對一系統作功 W （單位"焦耳"），若這些功完全由系統轉換成內能（即熱量△H ，單位"卡"），我們能夠找出它們的換算關係W=J ×△H (1)其中的J 即為熱功當量，單位為"焦耳/卡"。
本實驗是要測量J 值。
若一系統是由不同比熱c i 和質量m i 的成分所構成，欲使此系統溫度升高△T ，需要的熱量△H ，可寫為△H =Σm i c i △T =C ×△T (2)其中C 代表整個系統的熱容，可寫成各成分的比熱與質量乘積之和。
若外界對系統作功W ，使系統溫度由T o 升到某一特定溫度T H ，由(2)式代回(1)式中可得其關係如下： W=J ×C ×(T H -T o ) (3)實驗儀器實驗儀器：：方法說明：本實驗的設計主要分成兩部分：一是測量系統熱容C ；二是對散熱所造成的誤差做修正，再與供給的電功比較，求出得較準確之熱功當量值J 。
一、測量系統熱容C設水的比熱為S(1卡/o C)，卡計系統（包括溫度計、鎳鉻線圈及銅杯等）熱容為C ，此時在卡計內的銅杯中，注入溫度T o 、質量M 克的水（約至半滿），並加熱到接近50℃ 時的溫度T H ，再量取約m 克（約與M 克差不多重），而溫度為T o 的水注入，攪勻後測得混合後的溫度T ave ，求出系統熱容C 。
(C+S ×M)(T H -T ave )=S ×m(T ave -T o )所以M S -)T -T ()T -T (m S =C ••ave H o ave (4)二、電熱法與散熱修正對於卡計系統，我們在鎳鉻線圈（電阻為R 歐姆）的兩端加電壓V （伏特），則輸入此系統的電功率為)(RV =P 2瓦特 (5)實際上，在用電功加熱系統使溫度升高的過程中，系統會向外散熱（原因在於系統溫度高於環境溫度）。
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：
焦耳热功当量实验
焦耳热功当量实验焦耳热功当量实验是一种经典的物理实验，旨在测量物体的热容和确定物体的热功当量。
本文将从物理定律、实验准备和过程，以及实验的应用和其他专业角度进行详细介绍。
首先，我们来了解一下相关的物理定律。
焦耳定律是热学中的基本定律之一，它规定了物体吸收或释放的热量与其温度变化和热容的关系。
该定律可以表示为下式：Q = mcΔθ其中，Q代表物体吸收或释放的热量（焦耳），m代表物体的质量（千克），c代表物体的比热容（焦耳/千克·摄氏度），Δθ代表物体的温度变化（摄氏度）。
为了进行焦耳热功当量实验，我们需要准备实验器材和材料。
首先，我们需要一个恒定电流的直流电源和一根电阻丝，这样可以通过电阻丝来产生热量。
另外，我们需要一个电流表和一个电压表来测量电流和电压值。
为了防止热量的损失，我们还需要一个绝热容器，如一个热水瓶。
最后，我们需要一定量的水作为实验物质。
实验准备工作包括以下步骤：首先，将电阻丝连接到电源上，并调节电流的大小，使其保持恒定。
然后，将电流表和电压表分别连接到电路中，以测量电流和电压的数值。
接下来，将电阻丝完全浸入水中，并将水装入绝热容器中。
在进行实验时，我们首先需要记录水的初始温度，然后调节电流以使电阻丝发热。
随着电流通过电阻丝并产生热量，水会逐渐升温。
在此过程中，我们需要实时记录水的温度变化，并测量电流和电压值。
当水温升高到一定程度后，我们停止加热，并记录水的最终温度。
通过实验数据，我们可以计算出实验中的焦耳热功当量。
首先，使用焦耳定律计算水吸收的热量，即Q = mcΔθ。
其中，m为水的质量，c 为水的比热容，Δθ为水的温度变化。
然后，将水吸收的热量除以电流的数值，即可得到每安培电流所产生的热量。
最后，通过比较实验所得的焦耳热功当量与理论值，可以检验焦耳定律的准确性。
焦耳热功当量实验在工程学和物理学中有广泛的应用。
首先，该实验可以用于验证焦耳定律的准确性，从而为相关领域的理论研究提供基础和支持。
焦耳测定热功当量实验原理 -回复
焦耳测定热功当量实验原理-回复焦耳测定热功当量实验原理是一种通过测量热量变化来确定物质的热功当量的实验方法。
热功当量即单位质量物质吸收或放出的热量，通常以焦耳/克（J/g）表示。
在这个实验中，我们将探索如何使用焦耳测定法来精确测量热功当量。
首先，让我们简要介绍一下实验所需的材料和设备。
为了进行焦耳测定热功当量实验，我们需要一个热量测量装置，例如一个热量容器，一个温度计和一个加热器。
此外，还需要一些试样物质，例如不同质量的水和一个可燃物质（如蜡烛）。
实验的第一步是准备实验装置。
首先，将热量容器装满一定量的水，并将温度计插入水中。
确保温度计完全浸入水中，并且不与容器底部接触。
接下来，将试样物质放入容器中，以便测量燃烧过程中释放的热量。
在第二步中，我们将点燃试样物质并观察燃烧过程。
例如，我们可以点燃蜡烛并将其放入热量容器中。
随着燃烧的进行，我们将观察到水温的变化以及可能产生的其他相关现象，如水的沸腾。
第三步是测量实验过程中发生的热量变化。
在观察燃烧过程的同时，我们将使用温度计记录水的温度变化。
在燃烧结束后，我们可以观察到水温的升高。
通过测量水的温度变化，我们可以计算出释放到水中的热量。
这个温度变化通常以摄氏度为单位，而热量的计算通常以焦耳为单位。
接下来是计算热功当量的步骤。
为了计算热功当量，我们需要知道试样物质的质量以及热量的变化。
我们可以称既定物质的热功当量为ΔH，质量为m，热量变化为q。
根据热功当量的定义，我们可以使用下面的公式计算热功当量：ΔH = q / m在这个公式中，热功当量ΔH的单位是焦耳/克（J/g），热量q的单位是焦耳（J），质量m的单位是克（g）。
最后，重复实验多次以获得更准确的结果。
由于实验中可能存在一些误差因素，例如水与容器之间的热量损失，我们应该重复实验多次并取平均值以获得更可靠的热功当量。
总结一下，焦耳测定热功当量实验是一种通过测量热量变化来确定物质热功当量的实验方法。
该实验的步骤包括准备实验装置，点燃试样物质并观察燃烧过程，测量实验过程中的热量变化，计算热功当量并重复实验多次以获得可靠的结果。
电热法测热功当量的原理
电热法测热功当量的原理电热法测热功当量的原理是通过电能和热能之间的转化来测量热量。
根据能量守恒定律，电能转化为热能的过程中，所转化的热能量与所消耗的电能量的比值就是热功当量。
电热法测热功当量的实验装置主要包括电源、电流表、电阻丝和水容器等。
首先，将电流表与电源连接，通过调节电流的大小来控制电能供应。
然后，将电流通过电阻丝，电阻丝会因为电流的通过而发热。
通过控制电流的大小和时间，可以控制电阻丝发热的大小和时间。
接下来，将电阻丝浸入水中，并测量水的初始温度。
随着电阻丝发热，热量会传递到水中。
测量热量传递后的水温变化，可以用来计算热功当量。
在实验中，我们需要测量电阻丝的电阻R、电流I、通过电阻丝发热的时间t，以及水的质量m、水的初始温度T1和最终温度T2。
根据热容量的定义，热功当量可以表示为：Q = m * C * ΔT其中，Q表示热量的数量，m表示水的质量，C表示水的比热容量，ΔT表示水的温度变化。
电阻丝发热的热量可以表示为：Q' = I^2 * R * t将上述两个公式联立，可以得到：Q = Q'根据这个等式，我们可以计算热功当量。
在实验中，首先通过电流表测量电流I，然后通过万用表测量电阻丝的电阻R。
在电流通过电阻丝发热的过程中，通过记录时间t和测量水的初始温度T1和最终温度T2，可以计算出水的温度变化ΔT。
将上述数据带入到公式中，即可计算出热功当量Q。
需要注意的是，实际实验过程中需要考虑到实验装置的热损失以及测量误差等因素。
为了尽量减小这些误差，可以采用保温措施，提高实验的精确性。
这就是电热法测热功当量的原理。
通过电能和热能之间的转化，可以测量热量的数量，从而得到热功当量的数值。
这种方法在实验室中广泛应用于热量和温度的测量。
电热法测量热功当量实验的新探究
电热法测量热功当量实验的新探究蔡晨;李朝荣;李英姿;王选【摘要】提出一种新的实验方案来处理电热法测量热功当量实验中装置的散热问题.采用积分法计算热功当量,求得的热功当量数值更加接近理论值,并且一元线性拟合实验数据时得到的线性关系非常强烈.【期刊名称】《大学物理》【年(卷),期】2016(035)005【总页数】4页(P53-56)【关键词】热功当量;散热系数;线性回归;相关系数【作者】蔡晨;李朝荣;李英姿;王选【作者单位】北京航空航天大学物理科学与核能工程学院,北京 100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院,北京 100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院,北京 100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院,北京100191【正文语种】中文【中图分类】O43电热法测量热功当量实验的散热速率与系统和环境的温差有关，是一个变化量.目前不同版本的《大学物理实验》中对此的处理方法基本都用到了短时间内“差分代替微分近似求得散热量”的方法［1-5］，这一方法引起的误差没有量化估计，无法得知其对实验结果的准确性影响程度.另一方面，按照我校的做法得到的线性相关系数比较低，与大家惯常的认识不相符合，我们的研究正是从改善线性相关系数起步的.新方案从实验原理出发，采用积分法代替微分法，并且运用数学分析中泰勒展开的方法对公式进行近似，由此带来的误差可以计算并控制其在允许范围内，最终获得的实验结果不仅准确度高，而且具有理想的线性相关度.1.1 基本原理实验装置如图1所示.给电阻R两端加上电压V，在通电t秒时间内电场力作功W=V2t/R.系统吸收的热量为式（1）中：c0、c1、c2分别是水、量热装置及加热器的比热容；m0、m1、m2分别是其相应的质量；Cm=c0m0+c1m1+c2m2是系统的总热容；θ0为系统初温.于是可得热功当量：若把系统看成是理想绝热的，即只考虑系统由于通电而升温，则由式（2）对时间求导可以得到温度变化率所满足的关系式为考虑到通电时系统吸热的同时也向环境中放热，根据牛顿冷却定律，由于放热引起的温度变化率为式（4）中K为系统的散热系数.综合式（3）和式（4），系统温度的实际变化率为［5］求解此一阶线性常微分方程，得其中：；C0为常数，由初始条件可得C0=ln（A-Kθ0），再代入式（6）得ln ［（A-Kθ）/（A-Kθ0）］=-Kt，经进一步转化得到温度θ随时间t变化规律为另一方面，根据牛顿冷却定律dθ/dt= -K（θ-θ环）测定散热系数K.对牛顿冷却定律积分得到令y=ln（θ-θ环），x=t，并设y=a1+b1x，即可通过一元线性拟合计算出斜率b1，进一步得到散热系数K=b1.经实验测定，散热系数K的数值约为10-5数量级（参见2.1计算结果）.由于K的数值很小，在一定时间范围内可以对式（7）中指数函数项e-Kt进行泰勒展开并保留前两项，得将式（9）代入式（7），并化简可得向实验装置中加入一定量的水，并通电加热，测量一段时间内温度θ与时间t的关系（注意实验系统与环境的温差始终保持在牛顿冷却定律适用范围内）.对θ与t 进行一元线性回归，得到斜率b2=，截距a2=θ0.则有1.2 误差分析下面讨论实验中两个主要的误差，并控制其在合理范围内.1）泰勒展开带来的误差.显然，总时间越长，展开带来的误差越大，如图2，令l1为实际的θ-t关系，则近似之后得到的直线为l2，其中，Δθ是时间为t时近似带来的误差，θ为t时间内温度的变化.则假设l1为一条直线（实际是弧度极小的曲线），斜率为k，则b2的相对误差为对式（11）两边取对数并求导得上式中，可由实验数据证明K（θ0-θ环）约为b2的1%，这里仅为近似计算误差，所以可以忽略.于是得到令，计算得到总时间：t＜530 s.当总时间t小于530 s时，可以控制泰勒展开近似对J的误差小于0.1%.2）温度计示值误差.本实验使用金属铂电阻温度计，示值误差约为0.2℃.t时刻读取温度的相对误差为显然，σ是一个关于t的减函数，只需令t=0时，σ＜1%，即可保证任何时刻温度读数的相对误差小于1%.计算得θ0＞20℃，所以实验的起始温度需要在20℃以上.1.3 误差分析的验证用上述实验中得到的数据分别选取不同总时长进行一元线性拟合，并由式（11）求得不同总时长下的热功当量值J，由此做出热功当量相对误差与总测量时间的关系如图3所示.由图3可见，当总时长小于300 s时，热功当量的测量值与标准值1的相对误差较大，这是因为实验装置本身的误差（温度计的示值误差等）在总时间过小时对实验的影响不可忽略.当总时长大于500 s时，热功当量的测量值与标准值的误差随总时长的增加而增加.这与“泰勒展开带来的实验误差随总时间的增加而变大”的结论相一致.当总时间在500 s时，热功当量的实验测量值与准确值的相对误差最小，是最适合在实验中应用的总时长.由此，实验验证的结果与理论分析完全一致，从而验证了实验原理与误差分析的正确性.2.1 K值的测量向实验装置中加入高于环境温度（不超过牛顿冷却定律适用范围）的一定量的水，在不加热情况下测定50 min内温度随时间变化的规律，每5 min记录一次温度，并且记录实验前后环境温度，取平均值作为真正的环境温度θ环，测量数据及部分计算结果如表1所示.令yi≡ln（θ1i-θ环）、，xi≡t，进行一元线性拟合，得到斜率b1=-8.32×10-5s-1，u（b1）=-0.19×10-5s-1.即有K=-b1=8.32×10-5s-1，u（K）=0.19×10-5s-1.2.2 热功当量J的测定给定值电阻两端加一定电压使实验装置加热，每隔30 s记录一次系统温度，测量数据如表2所示.始末环境温度求得平均值θ环=26.898℃、负载电压V=39.875 V、电阻阻值R=201.9 Ω、内桶质量m1=131.33 g、水质量m0=218.13 g，内桶比热容c1= 0.389 J/（℃·g）、水比热容c0=4.18 J/（℃·g）、加热器热容c2m2=64.38 J/℃，前已测得散热系数K=8.32×10-5s-1.对实验数据进行一元线性回归，拟合得到斜率b2=0.00742，u（b2）=0.00005；截距a2=29.777，u（a2）=0.015；相关系数r=0.9996.将b2、a2值代入式（11），可得热功当量值J=1.0011，相对误差η=0.11%.对实验结果进行不确定度的分析和计算.由式（11）可得其中V、R、Cm、θ环的误差均可略，则所以，热功当量的最终表述为J±u（J）=1.001±0.007.本文采用“积分法泰勒展开取近似”取代“差分代替微分近似”来修正系统散热，解决了“差分代替微分是否合理”的争议.上述方案中，近似带来的实验误差是可以计算的，并且通过控制总时间可以把误差限制在合理范围内.通过泰勒展开可以得到温度θ与时间t的线性关系.利用一元线性回归拟合线性关系时用到多组数据，这样计算热功当量的实验方案实验准确度更高，实验结果更加可靠.【相关文献】［1］《大学物理实验》编写组.大学物理实验［M］.北京：清华大学出版社，2008：126-128. ［2］张捷民，刘汉臣.大学物理实验［M］.北京：科学出版社，2007：140-141.［3］代伟，李骏，陈太红，等.电热法测热功当量实验的改进［J］.西华师范大学学报，2011，32（1）：95-97.［4］洪履燊，等.热功当量测量实验的改进方法［J］.福州大学学报（自然科学版），2007，35（z1）：106-108.［5］李朝荣，徐平，等.基础物理实验（修订版）［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2010：117-118.。
大学基础物理实验课件焦耳热功当量
2．特点 (1)近代中国交通业逐渐开始近代化的进程，铁路、水运和 航空都获得了一定程度的发展。 (2)近代中国交通业受到西方列强的控制和操纵。 (3)地域之间的发展不平衡。 3．影响 (1)积极影响：促进了经济发展，改变了人们的出行方式， 一定程度上转变了人们的思想观念；加强了中国与世界各地的 联系，丰富了人们的生活。 (2)消极影响：有利于西方列强的政治侵略和经济掠夺。
[合作探究·提认知] 电视剧《闯关东》讲述了济南章丘朱家峪人朱开山一家， 从清末到九一八事变爆发闯关东的前尘往事。下图是朱开山 一家从山东辗转逃亡到东北途中可能用到的四种交通工具。
依据材料概括晚清中国交通方式的特点，并分析其成因。 提示：特点：新旧交通工具并存(或：传统的帆船、独轮车， 近代的小火轮、火车同时使用)。 原因：近代西方列强的侵略加剧了中国的贫困，阻碍社会发 展；西方工业文明的冲击与示范；中国民族工业的兴起与发展； 政府及各阶层人士的提倡与推动。
三用表有自动关机功能。工作约15分钟， 进行关机-开机操作。
三用表的插孔位置和量程选择。
5．数据处理：
用一元线性回归法计算热功当量，并与
理论值对比，计算它们的相对误差。
历史ⅱ岳麓版第13课交通与通讯 的变化资料
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[自读教材·填要点]
一、铁路，更多的铁路 1．地位 铁路是 交通建运设输的重点，便于国计民生，成为国民经济 发展的动脉。 2．出现 1881年，中国自建的第一条铁路——唐山 至开胥平各庄铁 路建成通车。 1888年，宫廷专用铁路落成。
(2)特点：进程曲折，发展缓慢，直到20世纪30年代情况才发生变 化。
3．交通通讯变化的影响 (1)新式交通促进了经济发展，改变了人们的通讯手段和 ，出行 方式转变了人们的思想观念。
实验2—16a 热功当量的测定(用电热法).
实验2—16a 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2－16a －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 （2－16a －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） （2－16a －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 （2－16a －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2－16a －2所示。
电热当量的测定
（3）数据处理要求 用计算法计算终温Tf，热功当量J，与热功当量 的公认值比较，计算定值误差； 作图法：在坐标纸上画出T-t曲线，由图求出Tf， 计算J，计算J的定值误差。
相关参数
水的比热 c1=1.00 卡/(克.度)
铜的比热
J的公认值
c2=0.092 卡/(克.度)
J=4.1868焦耳/卡
数据记录
D C
T2
T0
A
B t t1 t/ 分
由于在通电过程中存在散热，因此，最高温度T2并 不是真正的终温Tf，要得到Tf需进行散热修正。
在自然冷却过程中，散热速率为 T2 TE
t2
通电的初始时刻，由于温度与环境温度相同，没有 散热；
T/ ℃ D
T2
C ΔT=T2 - TE t2 E
T0
A
B
如果开始加热时的温度与室温不一致，则平均 冷却速率应该为
1 ( 0 ) 2
0为开始加热时的冷却速率，记室温为θ，则
T0 0 T2
T f T2 T T2 t1
T0 T2 2 T2 TE T f T2 t1 2(T2 ) t2
室温 水的质量 铜质材料的质量 水的初温 T0= 最高初温 T2= 自然冷却时间 自然冷却后的温度 电流I= A ℃ ℃ θ= m1= m2= 通电时间 t2= TE= 电压U= V t= 分 ℃ 达到T2的时间 t= ℃ g g s s
t t1
t/ 分
随温度升高，散热速率逐渐增大，到最高温度 时，散热达到最大，与自然冷却时相同。因此 加热过程中平均散热速率为自然冷却时散热速 率的一半，即： 1
2
修正后的终温Tf应等于T2加上一个修正项。
用电热法测定热功当量实验报告doc
用电热法测定热功当量实验报告篇一：T.热功当量的测量.05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m1表示量热器内圆筒质量，C1表示其比热。
m2表示铜电极和铜搅拌器的质量，C2表示其比热。
m3表示量热器内圆筒中水的质量，C3表示水的比热，T1和T2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Q??mC11?m2C2?m3C3??T2?T1? （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：J?WIUt?(J/cal) Q(m1c1?m2c2?m3c3)(T2?T1)（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。
大学基础物理实验课件 焦耳热功当量
电量热法和焦耳热功当量
实验及应用背景介绍
实验目的和教学要求
实验原理
实验仪器介绍
课堂思考
选做实验
实验及应用背景介绍
焦耳热功当量实验是证明能量守 恒和转换定律的基础性实验。 焦耳从1840年起，花费了几十年 的时间做了大量实验，论证了传热和 作功一样，是能量传递的一种形式。 热功当量是一个普适常数，与作功方 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。
选做实验
利用本实验装置及现场提供的其 它器件和提示，自组数字温度计，实 验方案自拟。
J W VIt Q Cm(θ θ ) 0
散热修正：
dθ VI 若系统孤立，温度变化率为： dt JCm
若系统与环境之间有热交换，根据牛顿 冷却定律，温度变化率为： dθ K(θθ )
dt
环
由以上两式得到系统温度实际变化率：
dθ VI K(θθ环 ) dt JCm
用一元线性回归法可以计算热功当量。
实验目的和教学要求
研究电热法中的作功与传热关系。 了解热学实验的安排和仪器的使用。 学习用线性回归方法进行散热修正。
实验原理
T E
V
A
R
（ 热功当量实验装置）
电阻通电t秒电场力 作功W=VIt。 若功全部转化为热 量，使盛水的量热器系 统由初温θ 0升到θ ， 系统吸收热量为Q，根 据焦耳定律Q=JW，则热 功当量：
实验仪器介绍
量热器
电子天平
温度计(－50.0～150.0℃)
数字三用表 水桶，停表，干拭布等。
实验内容
1．称量各种质量。
2．测量时间-温度关系。 升温30分钟，每分钟读取1个温度值。 3．测量加热器的电功率。 在读数始末，用三用表测出加热器两端 的电压。