RT-金属比热容的测定

精品实验项目调查表
实验项目名称：金属比热容的测定
填表人信息：姓名阮桢斐学号102196 专业汽车
填表时间：2011 年 3 月30 日
填表说明：
请各位同学对于表格中的项目，以下列五类态度进行评价，并可在备注栏目中说明原因。

对本实验项目的心得体会或建议：
感谢你完成本项调查表！
计算机实时测量系列
--金属比热容的测定
实验报告
姓名：阮桢斐
学号：102196
实验日期：3-30
实验报告书写说明
1.实验报告可在本示例模板上根据个人对本实验的理解进行编辑整
理，添加或补充相关资料、数据和图片，并完成数据处理和分析讨论；
2.本文档统一用学号命名，例如100000.doc；
3.实验报告上交截止日期：完成实验后一周内；
4.并请完成文档首页精品实验调查表的填写；
5.提交方式：登陆同济大学物理实验中心网站
，点击我的课表中选做项目的项目名称，进入该项目的管理界面；点击实验报告作业选项卡，将已完成实验报告上传。

金属比热容的测定
实验目的――――――――――――――――――――――――――――――――――1.熟悉并了解计算机实时测量技术，掌握使用ScienceWorkshop设备进行实验测试分
析。

2.用混合法测定金属的比热容。

3.掌握散热修正公式与方法。

4.掌握利用DataStudio软件进行数据处理运算并进行散热修正。

仪器与器材――――――――――――――――――――――――――――――――――ScienceWorkShop750接口盒、温度传感器（CI-6525）、温度传感器（CI-6505B）、
量热器、电子天平、待测金属块（铜、铝、系有细线）、铁架台。

Temperature Sensor CI-6505 Temperature Sensor CI-6525
实验原理――――――――――――――――――――――――――――――――――比热容是描述物质性质的重要参量，其含义为单位质量的物质温度升高K1（或1℃）所必要的热量，单位为J / Kg·K或Cal / g·℃。

测定金属比热容常用冷却比较法。

本实验则采用另一种测定方法——混合法。

将质量为m，初温为T1（室温），比热容为C的金属块投入盛有质量m
，初温T2（T2> T1）的热水的量热器内筒中。

内筒（含搅拌
1
器）质量m2，比热C2，初温T2。

设混合后平衡温度为T3，若系统不存在与外界的热交换，
则热平衡后有
)()()(3222113T T c m c m T T mc -⋅+=-水
C 可求。

但实际上存在与外界的热交换，上式中的T 2和T 3必须经过散热修正才能准确得到。

由牛顿冷却定律，当系统与环境温差不大的情况下，冷却曲线近于线性。

这就提供了修正依据。

可实际测绘出水的温度—时间曲线（T~t 图）如图1所示。

其中ab 段为混合前温水的冷却过程，bc 段为投入金属块混合过程（同时也在散热），
cd 段为混合后系统散热冷却过程。

其中ab 、cd 段近似为直线段对应着自然冷却过程，而
弯曲下移的bc 段则反映了金属块吸热混合引起温度显著下降。

若在bc 段曲线中找到一点
G ，过G 点作垂直于时间轴t 的直线交ab 和cd 的延长线于f 、g 点，使面积bfG 与面积cgG 相等，则fGg 垂直线段相当于热交换进行得无限快的混合过程，而f 点和g 点对应的
温度T 2和T 3即可视为没有热量散失的混合前后的初温和终温。

注意实验前用干布擦净量热器，防止表面附着的水蒸发散失较多热量增大实验误差。

实验内容
――――――――――――――――――――――――――――――――――
UnitI ：预备实验（熟悉仪器连接与应用软件使用） 测量量热器内筒中热水的冷却过程曲线。

1. 打开文件S003.ds ，学习温度传感器的连接与实验设置以及传感器的校准。

2. 实测热水冷却曲线。

3. 学习图形数据处理，求出降温曲线斜率并掌握根据拟合参数作出理想直线的方法。

UnitII ：基本实验（测定金属比热容）
1.测量包括放入金属块前后整个过程的温度—时间曲线。

2.修正混合前后水的温度，求出金属比热容。

UnitIII ：拓展与设计实验（设行一个小实验进行观察与探究）：
1.确定传感器的热容量对实验结果的影响程度（对实验误差进行分析研究）。

2.设计用冷却法测量金属比热容的具体方法与步骤。

3.设计一个小实验测定某种液体（甘油）的比热。

实验步骤与图形数据处理要点提示
――――――――――――――――――――――――――――――――――
1. 用物理天平称量m 筒， m 金，用电水壶加热水至比室温约高20℃左右。

2. 温度传感器连接到SW750接口盒模拟信号通道A 。

3. 启动Datastudio ，选择温度传感器，取样频率取Hz 2~1，测量数据为温度（℃）或（K ）均可。

4. 设置数字表以测量温度，设置温度—时间图形显示方式。

5. 先观测1 ~ 2分钟，统计其平均值作为1T 的数值。

6. 往量热筒中加入适量热水（能浸没金属块即可，不宜过多），开始测量降温曲线。

观察t T -图，约400秒后，小心放入金属块并上下牵动它，使水温均匀。

注意不可用手抓取金属块，入水时也不可碰及传感器探头，而且应当使它离探头尽量远一些，避免测出的水温先过度下降而后反弹回升。

7. 选择t T -图形曲线中心部分放大图形，分别对上、下二直线区域作线性拟合，记下各自的斜率m 与截距b 。

8. 用“计算（器）”建立新变量：111)(b x timeof m Y +⋅=，222)(b x timeof m Y +⋅=，其中函数timeof （ ）由特殊函数列表选取，定义x 为测量数据温度，单位℃或（K ）。

9. 从摘要面板拖曵数据变量1Y 、2Y 到t T -图，得到2条斜直线，用智能光标寻找G 点（参见原理部分），读出f 、g 点对应的纵坐标作为修正后的2T 、3T 数值，将1T 、2T 、3T 标于图上。

10. 称量量热筒（盛有水与金属块）总质量，得到水的质量，计算金属比热容。

数据记录参考表格
――――――――――――――――――――――――――――――――――
1.加热水时注意安全，防止事故发生。

2.量热器内筒加入热水不宜过多，估计比浸没金属块略多些即可。

3.不可直接用手抓取金属块，放入水中时不可溅出水，且不可碰及温度传感器探针，应尽量离远些，防止水温过度下降而后反弹。

4.利用软件“导出图片”功能生成图形文件，打印后附在实验报告中。

要求图上同时显现降温曲线和构成等面积补偿的另2条斜直线与1 条垂直线，并标明T2和T3的数值。

拓展与设计性实验――――――――――――――――――――――――――――――――――
1.测定传感器的热容量，对实验结果加以修正。

2.设计用冷却法测量金属比热容的具体方法与步骤。

3.设计一个小实验测定某种液体（甘油）的比热。

实验处理
1.用物理天平称量m筒， m金
m筒=75.7g , m金=103.9 g
T（室温）=17.0 ℃
1
2. 往量热筒中加入适量热水（能浸没金属块即可，不宜过多），开始测量降温曲线。

观察t
T-图，约400秒后，小心放入金属块并上下牵动它，使水温均匀。

注意不可用手抓取金属块，入水时也不可碰及传感器探头，而且应当使它离探头尽量远一些，避免测出的水温先过度下降而后反弹回升。

3. 选择t
T-图形曲线中心部分放大图形，分别对上、下二直线区域作线性拟合，记下各自的斜率m与截距b。

斜率m1=-0.0192 截距b1=69.2 斜率m2=-0.0124 截距b2=61.4
4. 用“计算（器）”建立新变量：111)(b x timeof m Y +⋅=，222)(b x timeof m Y +⋅=，
其中函数timeof （ ）由特殊函数列表选取，定义x 为测量数据温度，单位℃或（K ）。

用“计算（器）”建立新变量：
2
.69timeof(x )0192.0-Y 1+⋅=，
4
.61)(0124.02+⋅-=x timeof Y
5.从摘要面板拖数据变量 、 到T~t 图，得到2条斜直线。

6．为对实验曲线T~t图进行散热修正，应在bc段找到一点G，使面积bfG与面积cgG相等。

为此，在曲线上确定点b（x1，z1）及点c（x3，z3）
7.用 “计算机”建立新变量
dx Y Y ⎰=13dx Y Y ⎰=24dx
Y Y ⎰=5dx
Y Y Y Y Y )(1536-=-=⎰dx
Y Y Y Y Y )(2457⎰-=-=
8.在Science WorkShop 窗口中，双击“表格”，建立y6~t ， y7~t 表格，以帮助寻找G （x2,z2）点。

当 时，G 点即为所求。

读出修正后的 T2 、 T3 数值，将T2 、T3、G 标于T~t 图上。

32
7216x x x x x x x x Y Y =====。