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