【正文】 ；金屬放在量熱器內(nèi)，再倒入水；金屬加水放在量熱器內(nèi)，再倒入一些水等。溫度的選擇：金屬用沸水或蒸汽加熱，用室溫，用任意溫度的水加熱；水可用冰水，沸水，室溫水等。水的質(zhì)量、金屬的質(zhì)量也可任意選擇。實驗如何安排，可以從誤差分析入手。例如，將m＝50g，t2＝50℃的銅塊投入m0＝100g，t1＝10℃的水中，暫時忽略量熱器等的熱容，則可以估算銅塊比熱容為cx＝m0c0(t－t1)/[m(t2－t)]。相對誤差為：因和，所以。設(shè)＝（g℃），則t＝12℃，℃，則＝＝10％。由此可知，誤差主要來自溫度測量，加大溫差可以減小誤差。增加銅塊質(zhì)量，提高其溫度或減少水的質(zhì)量，可以加大溫度差。但是必須注意其它方面，如水不能太少以至不能浸沒金屬塊，金屬塊不能太大以至量熱器中容不下，溫度不能過高，否則熱量損失太大，等等。為了選擇較好的實驗方案，必須綜合權(quán)衡，多方比較，甚至要進行實測試探。由于實驗過程中系統(tǒng)與環(huán)境間總是存在一定的熱交換，所以破壞了（）式成立的條件，為了減小其影響必須進行溫度修正。圖41這里介紹一種簡單但較粗略的散熱修正法，即把系統(tǒng)溫度推到假定與外界的熱交換進行得無限快（這意味著系統(tǒng)無熱損失）的方法。圖41畫出的是系統(tǒng)溫度t隨時間τ變化的曲線，系統(tǒng)B的溫度隨時間變化的關(guān)系如線段AB所示，在時刻τB（對應(yīng)曲線上點B），系統(tǒng)B與A混合，其溫度隨時間的變化關(guān)系如BGCD所示。外推的方法是，將AB外推到E，CD外推到F，作時間坐標τ垂直的線段EGF，使面積GBE和面積CFG相等（粗略估計，目測即可），這樣E和F點相應(yīng)的溫度就是熱交換進行得無限快的初溫和終溫了。四、內(nèi)容和步驟對混合方式進行誤差分析，確定實驗方案。進行參量選擇（水的質(zhì)量，溫度，待測金屬的質(zhì)量、溫度）。試做并調(diào)整方案，先粗做，再細作，并進行散熱修正。對測量結(jié)果進行分析，討論產(chǎn)生誤差的原因。五、實驗思考題根據(jù)實驗條件說明你所選擇的方案的理由？如果混合前兩個系統(tǒng)的溫度都在變化，如何測準初溫？能否設(shè)法避免這種情況？證明圖41中，當面積BEG與CFG相等時E和F點的溫度就是熱交換進行得無限快的初溫與終溫。由玻璃的比熱容（℃）、密度（）和水銀比熱容（℃）、密度（）導(dǎo)出溫度計熱容的公式δm＝（cm3℃）。42 冷卻法測液體比熱容一、實驗?zāi)康膶W習一種量熱的方法——冷卻法；驗證牛頓冷卻定律；了解比較測量法的條件和優(yōu)點，測定液體比熱容。二、實驗儀器用具量熱器，雙壁水箱，溫度計2支，秒表，天平，待測液體等。三、實驗原理將一個系統(tǒng)加熱到某一溫度t℃后，放到較低溫度θ℃的環(huán)境（如室溫的空氣或恒溫水箱）中，讓其自然冷卻，如果t－θ很?。ɡ?，小于15℃），則單位時間（τ）系統(tǒng)向環(huán)境散失的熱量為 （）式中K為散熱常數(shù)，與物體的表面溫度、光潔度有關(guān)，與表面積成正比。物體的比熱容和質(zhì)量為c、m，則dq＝cmdt，上式可改寫為 （）這就是牛頓冷卻定律，dt/dτ稱為冷卻速率。實驗時可以使θ恒溫，于是（）式可改寫為，兩邊積分得： （）圖42b為積分常數(shù)。測量t、θ、τ，作ln（t－θ）—τ或lg（t－θ）—τ圖，如是直線，便驗證了牛頓冷卻定律。另外，如將已知比熱容的水和同體積的待測液體先后放入同一量熱器并在同一環(huán)境差測冷卻曲線，而且使它們的初溫t也相同，則可由各自的lg（t－θ）—τ圖的直線斜率求出待測的比熱容cx。這時，設(shè)水的質(zhì)量和比熱容為m0和c0，待測液體質(zhì)量為mx；而且量熱器內(nèi)筒和攪拌器的質(zhì)量和比熱容分別為mmcc2，溫度計被浸沒的體積為V（cm3）；盛水時系統(tǒng)總熱容為，盛待測液體時系統(tǒng)總熱容，則如果求出系統(tǒng)在兩種情況下的lg（t－θ）—τ直線的斜率S0（水）、Sx（液），考慮到兩種情況的K相同，于是S0＝K/，Sx＝K/，即得S0＝Sx。所以 （）為了滿足環(huán)境溫度穩(wěn)定（θ值變化微?。┑臈l件，實驗時將量熱器放到一個很大的雙壁水箱中，并且讓自來水不斷的流過水箱。其裝置如圖42圖中所示為：A溫度計；B絕熱柄；C絕熱蓋；D出水口；E攪拌器；F絕熱墊；G外筒；H內(nèi)筒；I入水口。四、實驗內(nèi)容測定鹽水的比熱容：對于水和鹽水，每隔一分鐘測一次t、θ，作出水及鹽水的lg（t－θ）—τ圖，檢驗圖形是否為直線，求出斜率S0、Sx，計算出鹽水的比熱容。五、實驗注意事項控制水流量，使其溫度θ盡量溫定，水箱中既充滿水，又不會溢出。加熱水或被測液體時，不可以用火對量熱器直接加熱。（為什么？）愛護溫度計，合理選擇量程。為使系統(tǒng)溫度均勻，實驗過程中用攪拌器不停地輕輕攪拌。六、實驗思考題牛頓冷卻定律是在什么條件下成立的，（）式各量的意義是什么？比較法測定液體比熱容有什么優(yōu)點？實驗條件如何？用比較法測量，下列原因引入的誤差能否消除或減?。簻囟扔嫷南到y(tǒng)誤差；θ不恒定；水和液體蒸發(fā)；攪拌不均勻。[附表] 常見物質(zhì)的比熱容單位J/（kg℃）物質(zhì)溫度（℃）比熱容物質(zhì)溫度（℃）比熱容鋁25102水25103銀25102乙醇25103銅25102黃銅0102鐵25102康銅18102鉛25102石棉0～100102鋅25102橡膠15～100（~20）102實驗五 測量冰的熔解熱一、實驗?zāi)康挠没旌戏y量冰的熔解熱；學習一種粗略修正散熱的方法。二、實驗儀器用具量熱器，天平，溫度計（0~℃，0~℃各一支），量筒，玻璃皿，冰塊，停表，放大鏡等。三、實驗原理一定壓強下晶體開始溶解時的溫度，稱為該晶體在此壓強下的熔點。1千克質(zhì)量的某種晶體溶解成同溫度的液體所吸收的熱量，叫做該晶體的熔解熱，單位J/kg。設(shè)M克t1℃的冰與m克t2℃的水混合，冰全部溶解后的平衡溫度為t3℃；實驗環(huán)境下冰的熔點為t0℃（1大氣壓下t0＝0℃），冰的熔解熱為L；量熱器內(nèi)筒和攪拌器的質(zhì)量分別為mm2，比熱容分別為cc2，溫度計的熱容為δm。已知冰的比熱容（－40~0℃）（g℃），水的比熱容為c0（＝℃）。假設(shè)實驗系統(tǒng)為絕熱系統(tǒng)，則熱平衡方程式為：在我們的實驗條件下，可以認為t1＝t0＝0℃：設(shè)水銀溫度計浸入液體部分的體積為Vcm3；則δm＝，所以 （）雖然已經(jīng)從儀器裝置、實驗方法、操作技術(shù)上設(shè)法使實際系統(tǒng)接近于孤立系統(tǒng)，但還是不能完全達到絕熱要求，因此，我們根據(jù)牛頓冷卻定律，對散熱損失進行粗略修正。由公式dq/dτ＝K（t－θ）（參看實驗42）可知，當t－θ＞0時，dq/dτ＞0，系統(tǒng)向外散熱，當t－θ＜0時，dq/dτ＜0系統(tǒng)從環(huán)境吸熱。我們可以取系統(tǒng)的初溫t2＞θ，終溫t3＜θ，以便設(shè)法使整個過程中系統(tǒng)散熱與吸熱盡可能彼此抵消。在剛投入冰時水溫高，冰的有效面積大，溶解快，因此系統(tǒng)表面溫度t（即量熱器中水溫）降低較快，隨著冰的不斷溶解，冰塊逐漸變小，水溫逐漸降低，冰溶解漸慢，水溫的降低也變慢。量熱器中水溫隨時間的變化如圖51的曲線所示。圖51根據(jù)dq/dτ＝K（t－θ）式，則dq＝K（t－θ）dτ，實驗過程中，系統(tǒng)溫度從t2變?yōu)閠3這段時間內(nèi)（τ2至τ3），系統(tǒng)散失的熱量為，即前一項t－θ＞0，系統(tǒng)散熱；后一項t－θ＜0，系統(tǒng)吸熱。圖51中面積SA、SB為：，可見q（散）＝KSA，q（吸）＝KSB。因此只要使SA＝SB，系統(tǒng)對外界的吸熱和散熱就可以基本抵消。要使SA＝SB，就必須使（t2－θ）＞（θ－t3），究竟t2和t3應(yīng)取多少，要在實驗中根據(jù)具體情況選定。四、實驗內(nèi)容和步驟水的初溫可以取得比室溫高5～10℃，水的質(zhì)量約取量熱器內(nèi)筒體積的2/3左右，先初作一次，每隔30秒記一次溫度，繪出t—τ圖，分析一下實驗中水的初溫、水的質(zhì)量、冰的質(zhì)量是否取得恰當。調(diào)整實驗方案后，仔細地重做一次。測出有關(guān)質(zhì)量。冰的質(zhì)量可由冰溶解后冰與水的總質(zhì)量減去水的質(zhì)量求得。五、實驗數(shù)據(jù)處理作t—τ圖，使SA和SB近似相等。用（）式計算冰的熔解熱。六、實驗注意事項要選透明清潔的冰；要不停地輕輕攪拌；保護溫度計。七、實驗思考題本實驗中熱學系統(tǒng)由哪些組成？量熱器的內(nèi)筒、外筒、蓋、溫度計、攪拌器及攪拌器上的絕熱柄都屬于熱學系統(tǒng)嗎？整個實驗過程中為什么要不停地輕輕攪拌？分別說明投冰前后攪拌的作用。繪制出t—τ圖后，發(fā)現(xiàn)SA＞SB或SA＜SB時，你將如何修正參量，使SA＝SB，以便達到修正散熱的目的？實驗六 測量線脹系數(shù)一、實驗?zāi)康臏y量金屬的線脹系數(shù)。二、儀器用具線脹系數(shù)測定儀，待測金屬棒，光杠桿，望遠鏡，標尺，鋼卷尺，溫度計，蒸汽發(fā)生器，電爐等。三、實驗原理金屬棒受熱后，溫度升高1℃長度的增量與0℃的長度之比叫做線脹系數(shù)（它僅由該金屬棒的材料性質(zhì)決定）。由于固體在室溫下的長度與0℃時的程度相差甚微，因此，線脹系數(shù)α可近似地表示為：溫度升高1℃時，固體程度增量與原長之比，即 （）圖61式中L1和L2是溫度為t1和t2時固體的長度。實驗裝置如圖61所示。待測金屬棒A放在線脹系數(shù)測定器的蒸汽管B中，以便保持一定的溫度。B兩頭裝有軟木塞。上端的木塞有兩個小孔，分別插入溫度計I和露出棒A的上端。下端的木塞有三孔，一孔用以使棒A的下端落在底座尖端F處，一孔C用以排出蒸汽或凝結(jié)水，另一孔D通入蒸汽。金屬棒的伸長量用光杠桿E測量。四、實驗內(nèi)容和步驟用鋼卷尺測量待測金屬棒的長度L1。將有金屬棒的蒸汽管B裝在支架上，金屬棒的下端與底座尖端接觸。B管上端穿入平臺圓孔，旋緊螺釘，使B管不發(fā)生擺動即可，然后小心地將溫度計插入小孔，記下此時溫度t1。將光杠桿后足放在金屬棒上端，前足放在平臺槽中，調(diào)節(jié)鏡面，使其垂直。~，調(diào)節(jié)望遠鏡使之能看清標尺，無視差，讀出叉絲上的水平刻線處標尺的刻度值x1。通蒸汽到蒸汽管B中，待溫度升高并穩(wěn)定后，記下溫度t2及望遠鏡叉絲上水平刻線處標尺的刻度x2。停止通蒸汽，用尺量光杠桿鏡面至標尺之間的距離D。取下光杠桿，放在紙上印其三足，用游標卡尺量出后尖與兩前足連線中間的距離K。換上另一根金屬棒重復(fù)上述試驗步驟。五、實驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)光杠桿原理，故 （）本實驗主要誤差來源是、的測量，所以計算誤差只考慮這幾項，α的相對誤差為： （）六、實驗思考題樣品的長度取多少，應(yīng)如何考慮？你認為目前實驗中所取樣品的長度是否合適？測時為什么要用光杠桿？用其他方法可以嗎？如果可以，請自己設(shè)計一種測的裝置。實驗七 萬用電表的使用圖72一、實驗?zāi)康牧私馊f用電表的結(jié)構(gòu)原理；學會正確使用萬用電表；學習萬用電表檢查電路故障的方法。二、實驗儀器用具萬用電表，直流電源，滑線電阻，電阻箱，開關(guān)等。三、實驗原理各種各樣的萬用電表的結(jié)構(gòu)原理基本相同。下面以實驗室常用的MF30型袖珍式萬用電表（圖71，見本實驗最后）為例，定性地分析各部分的線路結(jié)構(gòu)原理。圖73測量直流電流的線路萬用表的表頭是一只靈敏度很高的微安表，用并聯(lián)分流電阻的辦法擴大它的電路量程，在總分流電阻中引出若干個抽頭，就可獲得多個電流量程，各個分流電阻的阻值可參考相關(guān)資料計算。圖72是MF30型萬用表測直流電流部分的電路圖。測量直流電壓的線路圖74表頭本身只能量度很低的電壓，串聯(lián)降壓電阻可擴大其量程。不過，在萬用表中，直流電流的分流電阻固接在表頭上的，測量電壓時它們同樣起分流作用，因此這里說的電壓檔表頭指的是并聯(lián)分流電阻后的等效表頭，圖73是MF30測直流電壓部分電路圖，圖中的虛線框為等效表頭，RRR8和R9為各個電壓量程的降壓電阻，它們的阻值可根據(jù)可參考相關(guān)資料計算進行計算，不過，該式中的Rg在這里應(yīng)理解為等效表頭的電阻。用萬用表的電壓擋測量電路中的電壓時，由于萬用表本身存在內(nèi)阻RV（圖74），必然會改變原電路的電流、電壓值。因而電表所指示的電壓，并不是未并電表前的實際值。這種因電表接入而帶來的誤差稱為接入誤差。顯然，RV越小，接入誤差愈大；反之，如RVR1（見圖），則接入誤差可忽略不計。圖75為了估計接入誤差的大小，必須知道被測段的阻值大小和所用電表內(nèi)阻RV的大小。值得注意的是，同一電壓表，不同的電壓量程，其內(nèi)阻是不一樣的。在一般萬用電表的面板上都標明了電壓檔的每伏歐姆數(shù)，如MF30型萬用表，當量程為1V、5V 和25V時，每伏歐姆數(shù)為20000Ω/V。這個數(shù)字告訴我們，檔用5V檔時，不論指針是否偏轉(zhuǎn)滿刻度，其內(nèi)阻均為2104Ω/V5V＝105Ω；當用25V檔時，其內(nèi)阻RV＝5105Ω，余類推。測量交流電壓的線路萬用表中所用的磁電式表頭，只能用來測直流，不能用來測交流。為了使萬用也能測量交流電壓，必須附加整流裝置，常用的有半波整流和全波整流兩種，MF30用的是半波整流，其原理如圖75所示。在A為正、B為負的半周內(nèi)，D1導(dǎo)通、D2截止，電流的路徑為A→D1→G→B；當A為負、B為正時，D1截止、D2導(dǎo)通，電流的路徑為B→D2→A（不經(jīng)過表頭G）。可以證明，半波整流時。圖76萬用表交流電壓檔的各個降壓電阻的計算方法與直流電壓檔相同，只是計算等效表頭的內(nèi)阻時，必須將二極管的正向電阻包括在內(nèi)。MF30交流電壓部分的線路如圖76所示，每伏歐姆數(shù)為5000Ω/V，圖中的虛線框為交流電壓檔的等