大学物理学实验 (讲稿) 教师 授课时间 所在院系
大 学 物 理 学 实 验 ( 讲 稿 ) 教 师: 授课时间: 所在院系:
实验项目一览表 班级 实验项目 测定薄透镜焦距 等厚干涉实验 化分06 旋光现象和旋光仪 酒精的折射率与其浓度关系的研究 密度的测量 金属比热容的测定 化工06 液体粘滞系数的测定 测定液体的表面张力系数
实 验 项 目 一 览 表 班 级 实 验 项 目 化分 06 测定薄透镜焦距 等厚干涉实验 旋光现象和旋光仪 酒精的折射率与其浓度关系的研究 化工 06 密度的测量 金属比热容的测定 液体粘滞系数的测定 测定液体的表面张力系数
实验三金属比热容的测定 、实验目的 1、学习用混合法测量金属的比热容 2、学习一种修正散热的方法——修正温度 3、用测量结果的最佳值与标准值计算计算其百分误差,并进行实验结果的评判。 、实验原理 当系统与外界没有热量交换时,高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,此称 为热平衡原理。 该实验中,系统中放热的物体是质量为m1,温度为T1,比热容为Cx的金属块;吸热 的物体为量热器内筒、搅拌器、水(水的初温为2)。而外界是空气,它的温度为室温 若系统与外界无热量交换,由热平衡原理得 n1C(71-7)=(m0C0+m2C2+m2C3+q)7-72) c(mo Com2C2+ C3+q)(T-T2) m1(T1-7) 式中q=1.94V,V为温度计插入水中的体积。 被测物体的质量和比热容为:m1、Cx、T1 水的质量和比热容为:m、C0、T2、T-—平衡温度 量热器的质量和比热容为:m2、C2(铝) 搅拌器的质量和比热容为:m3、C3(铜) 上述表达式是假定实验系统是一个孤立系统,与外界没有热交换。但是由于系统不可 避免的与外界有热交换,故要对温度进行修正。修正温度有两种做法 1、用外推法进行温度修正 (1)使水的初温低于室温,平衡温度高于室温 (2)在投放高温金属块之前5、6分钟开始测水温,每隔30秒测一次,记录投入的时 刻和水温,投入后每5-10秒记录一次温度,水温达到最高值后每隔30秒测一次,测5
实验三 金 属 比 热 容 的 测 定 一、实验目的 1、学习用混合法测量金属的比热容； 2、学习一种修正散热的方法——修正温度。 3、用测量结果的最佳值与标准值计算计算其百分误差，并进行实验结果的评判。 二、实验原理 当系统与外界没有热量交换时，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，此称 为热平衡原理。 该实验中，系统中放热的物体是质量为 m1 ，温度为 T1 ，比热容为 Cx 的金属块；吸热 的物体为量热器内筒、搅拌器、水（水的初温为 T2 ）。而外界是空气，它的温度为室温。 若系统与外界无热量交换，由热平衡原理得： ( ) ( )( ) m1Cx T1 −T = m0C0 + m2C2 + m3C3 + q T −T2 ( ) ( )( ) 1 1 0 0 2 2 3 3 2 m T T m C m C m C q T T Cx − + + + − = 式中 q =1.94V ，V 为温度计插入水中的体积。 被测物体的质量和比热容为： m1 、Cx 、T1 水的质量和比热容为： m0 、C0 、T2 、T ——平衡温度 量热器的质量和比热容为： m2 、C2 （铝） 搅拌器的质量和比热容为： m3、C3 （铜） 上述表达式是假定实验系统是一个孤立系统，与外界没有热交换。但是由于系统不可 避免的与外界有热交换，故要对温度进行修正。修正温度有两种做法： 1、用外推法进行温度修正： ⑴使水的初温低于室温，平衡温度高于室温； （2）在投放高温金属块之前 5、6 分钟开始测水温，每隔 30 秒测一次，记录投入的时 刻和水温，投入后每 5－10 秒记录一次温度，水温达到最高值后每隔 30 秒测一次，测 5
分钟; (3)做温度一时间曲线,如图3-3-1,AE段表示在未放入金属块前水温的上升阶段 系统从外界吸热),FD段表示投入高温金属块后系统温度稳定后稳定下降的部分(系统 向外界散热),作AE、DF的延长线,在测量的曲线的EF段找一点0,过0作时间坐标轴的 垂线,O点的位置(一般根据目测选取)应使0CF、EB所围的面积相等,即SCPo=SEBo, 二面积分别对应于系统向外界耗散的热量和从外界吸收的热量,此时C、B两点对应的温 度分别为修正后水的终温与初温。经过作图最终得出修正后水的初温T2和终温T。 2、用直接调节温度的方法 第一次是粗测:当量筒中水约有2/3时,把高温金属块放入水中,记录初温与终温, 以计算温度的变化,找出ΔT=T-72。第二次是细测,水的质量不变,通过调节水的初 温,尽量使初温、终温与室温的差值为47/2。即:T2-7室=T-7室。 将散热修正后将确定的初温与终温代人(3-3-2)式,即可得金属的比热容。 三、教学过程 1、检査学生实验预习报告册完成情况。解惑答疑。 2、讲:比热容:单位质量的物质,温度改变1℃所吸收或放出的热量称为该物质的比 热容。要求:用测量结果的最佳值与标准值(Cx=385J/kg℃),计算计算其百分误差 【注意事项】 (1)、把金属块从沸水中取出投入量热器中时,动作要迅速,且尽量不要带水进去; (2)、实验前先熟悉温度计的刻度,读数要准确、迅速 (3)、温度计插入水中时不要碰到金属块,且不要靠的太近 3、学生实验,巡回辅导。 四、检查数据,抽査 五、思考题 1、实验中为什么要搅拌? 2、混合法测金属块比热容的理论依据是什么? 3、试分析本实验的误差来源?在实验过程中如何尽量减小其影响? 4、试举出用混合法测定金属比热容的不同实验方案? 为什么要在实验中,使量热器内的初温略低于环境温度,混合后的末温略高于环
分钟； （3）做温度－时间曲线，如图 3-3-1，AE 段表示在未放入金属块前水温的上升阶段 （系统从外界吸热），FD 段表示投入高温金属块后系统温度稳定后稳定下降的部分（系统 向外界散热），作 AE、DF 的延长线，在测量的曲线的 EF 段找一点 O，过 O 作时间坐标轴的 垂线，O 点的位置（一般根据目测选取）应使 OCF、EBO 所围的面积相等，即 SCFO = S EBO ， 二面积分别对应于系统向外界耗散的热量和从外界吸收的热量，此时 C、B 两点对应的温 度分别为修正后水的终温与初温。经过作图最终得出修正后水的初温 T2 和终温 T。 2、用直接调节温度的方法 第一次是粗测：当量筒中水约有 2/3 时，把高温金属块放入水中，记录初温与终温， 以计算温度的变化，找出 T = T −T2。第二次是细测，水的质量不变，通过调节水的初 温，尽量使初温、终温与室温的差值为 T / 2 。即： T2 −T室 = T −T室 。 将散热修正后将确定的初温与终温代人（3-3-2）式，即可得金属的比热容。 三、教学过程 1、检查学生实验预习报告册完成情况。解惑答疑。 2、讲：比热容：单位质量的物质，温度改变 1℃所吸收或放出的热量称为该物质的比 热容。要求：用测量结果的最佳值与标准值（ Cx =385J/kg.℃），计算计算其百分误差。 【注意事项】 （1）、把金属块从沸水中取出投入量热器中时，动作要迅速，且尽量不要带水进去； （2）、实验前先熟悉温度计的刻度，读数要准确、迅速； （3）、温度计插入水中时不要碰到金属块，且不要靠的太近。 3、学生实验，巡回辅导。 四、检查数据，抽查 五、思考题 1、实验中为什么要搅拌？ 2、混合法测金属块比热容的理论依据是什么？ 3、试分析本实验的误差来源？在实验过程中如何尽量减小其影响？ 4、试举出用混合法测定金属比热容的不同实验方案？ 5、为什么要在实验中，使量热器内的初温略低于环境温度，混合后的末温略高于环
境温度? 6、测量中,如发现温度计温度先升高,后降低,最后温度不变,这是什么原因? 7、如何测量温度计插入水中的体积? 实验四密度的测量 、实验目的 1、学习天平的调整与使用。 2、学习测定物体密度的两种方法一流体静力称衡法、比重瓶法 3、学习间接测量量的不确定度公式的推导和间接测量量的不确定度估算。 、实验原理 1、用静力称衡法测固体的密度 设:不规则物体在空气中的质量为m1,而在水中的称衡值为m2根据力的平衡条件 和阿基米德定律有: m2g+prig=m,8 P pn-水的密度(与温度有关) 2、用静力称衡法测液体的密度 物体在水中的称衡值为m3g,根据力的平衡条件有 m38 +p,vg=m,g 物体在待测液体中的称衡值为m2g,根据力的平衡条件有 m2gtpvg=m,g 3、用比重瓶测液体的密度 设:比重瓶的质量为m1,充满密度为的待测液体时的质量为P,充满同温度水时的质
境温度？ 6、测量中，如发现温度计温度先升高，后降低，最后温度不变，这是什么原因？ 7、如何测量温度计插入水中的体积？ 实验四 密 度 的 测 量 一、实验目的 1、学习天平的调整与使用。 2、学习测定物体密度的两种方法—流体静力称衡法、比重瓶法。 3、学习间接测量量的不确定度公式的推导和间接测量量的不确定度估算。 二、实验原理 1、用静力称衡法测固体的密度 设：不规则物体在空气中的质量为 m1 ，而在水中的称衡值为 m2 ，根据力的平衡条件 和阿基米德定律有： m2 g + w vg = m1g w m m v 1 − 2 = 1 2 1 1 m m m v m w − = = w −水的密度（与温度有关） 2、用静力称衡法测液体的密度 物体在水中的称衡值为 m g3 ，根据力的平衡条件有 m3 g + w vg = m1g w m m v 1 − 3 = 物体在待测液体中的称衡值为 m2 g ，根据力的平衡条件有 m2 g + vg = m1 g 1 3 1 2 1 2 m m m m v m m w − − = − = 3、用比重瓶测液体的密度 设：比重瓶的质量为 m1 ，充满密度为的待测液体时的质量为 ，充满同温度水时的质