电热当量的测定实验报告

热功当量qli

实验 用电热法测定热功当量 【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℃～100℃、1℃），电流表，电压表，直流稳压电源，秒表，电子天平，开关等。 【实验原理】 仪器装置如图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 （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（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表示量热器内圆筒中水的质量，C 2表示水的比热，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）（T f －T 0） （2） 其中，热容用cal 做单位，则：C 黄铜 = 0.0936 cal/(g.o C)，C 水 = 1 cal/(g.o C) 所以，热功当量 ) )((02211T T C m C m IUt Q W J f -+= = J/cal （3） J 的标准值J 0＝4.1868焦耳/卡。 2．散热修正 方法1：根据牛顿冷却定律修正。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必定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所示。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T 0，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

金属线胀系数的测定

《金属线胀系数的测定》实验报告 【实验目的】 1.学会用千分表法测量金属杆长度的微小变化。 2.学会用电热法测量金属杆的线胀系数。 3.学会用逐差法处理数据。 【实验原理】 一般固体的体积或长度，随温度的升高而膨胀，这就是固体的热膨胀绝大多数固体材料，其长度是随温度的升高而增加的，这一现象称为线膨胀。设物体的温度改变Δt 时其长度改变量是ΔL ，如果Δt 足够小，则Δt 与ΔL 成正比，并且也与物体原长成正比，因此有 ΔL=αL Δt ① 上式中比例系数α称为固体的线膨胀系数，其物理意义是温度每升高1℃时物体的伸长量与它在0℃时长度之比。设在我的为0℃时，固体的长度为L 0，当温度升高为t 时，其长度为L t ，则有（L t -L 0）/L 0=αt 即 α= ΔtL ΔL ② 【仪器介绍】 一、加热箱的结构和使用要求 1.结构如图5-1所示。

2.使用要求 （1）被测物体约为8mm×400mm； （2）整体要求平稳,因伸长量极小，故仪器不应有震动； （3）千分表安装需适当固定（以表头无转动为准）且与被测物体有良好的接触（为了保证接触良好，一般可使千分表初读数为 0.2mm左右（即使千分表副指针读数在0.2mm数值附近），把该数值作为初读数对待，不必调零。）（4）被测物体与千分表探头需保持在同一直线。 二、恒温控制仪使用说明 面板操作简图如图5-2所示 1.当电源接通时面板上数字显示为FdHc，然后即刻自动转向Axx.x表示当时传感器温度，即t1.再自动转为b==.=表示等待设定温度. 2.按升温键，数字即由零逐渐增大至所需的设定温度，最高可选80℃。 3.如果数字显示值高于所需要的温度，可按降温键，直至所需要的设定值。 4.当数字设定值达到所需的值时，即可按确定键，开始对样品加热，同时指示灯会闪亮，发光频率与加热速率成正比。 5.确定键的另一用途可做选择键，可以选择观察当时的温度值和先前设定值。 6.如果需要改变设定值可按复位键，重新设置。 【实验步骤】 1.接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的航空插头。 （本实验使用的金属杆的长度为400mm）,使其一端 2.测出金属杆的长度L 1 与隔热顶尖紧密接触。 3.调节千分表带绝热头的测量杆，使其刚好与金属杆的自由端接触，记下此 。 时千分表的读数n 1 4.接通恒温控制仪的电源，设定需要加热的值为30℃，40℃，50℃，60℃。

实验11电热法测固体的线胀系数

实验11 电热法测固体的线胀系数 当固体温度升高时，由于分子的热运动加剧，固体分子间平均距离增大，结果使固体体积发生膨胀；反之当温度降低时，固体体积就会收缩 ，这就是“热胀冷缩”现象。任何固体都具有“热胀冷缩”特性，材料的热胀系数就是表示物质的“热胀冷缩”特性的，是物质的基本属性之一。在建筑设计、工程施工及机械加工制造等工程技术中，常常需要知道材料的热胀系数，以便在设计或施工中留有余地或充分利用固体的热膨胀性质。 【实验目的】 1．学习测定金属杆的线膨胀系数的方法； 2．进一步熟悉用光杠杆测定微小伸长量的原理和方法。 【预习检测题】 1．本实验的直接测量量有哪几个?分别用什么仪器，用什么方法测量?间接测量量是什 么?与直接测量量的关系如何? 2．光杠杆利用了什么原理?有什么优点? 3．如何才能在望远镜中迅速找到标尺的像? 【实验原理】 1．固体的线膨胀系数 固体受热引起的长度增加，称为线膨胀，长度变化的大小取决于温度的改变，材料的种类和材料的原长度。 设在温度为t 0℃时金属杆的长度为L 0，当温度升至t ℃时其长度为L ，则金属杆的伸长量ΔL 正比于原长度和温差。即： ΔL=L －L 0=αL 0（t －t 0）=αL 0Δt （5.3.1） 式中α称为固体的线膨胀系数。不同的物质线胀系数不同，同一质料的线胀系数因温度不同稍有些改变。对于大多数固体在不太大的温度范围内可以把它看作常数，故常用平均线胀系数为： t L L ??= α （5.3.2） 由⑵式可以看出物体线胀系数α的物理意义是：在数值上等于当温度每升高1℃时，金属杆每单位原长度的伸长量。实验过程中，只要侧出ΔL 、L 0和相应的Δt 值，就可以求得线胀系数α的值。 由于固体的长度变化量ΔL 很小，不易直接测量，在实验时可采用光杠杆法测量金属杆的伸长量ΔL 。 2．光杠杆测量法 由光杠杆测量原理（见杨氏弹性模量实验光杠杆原理图）知：

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1 2. 连接电路、选量程、电压。 3. 测外围温度θ1 4. 连接电源，记T 0 ，没隔1分钟，填表2 5. 断电，接着测降温温度，每隔1分钟，填表3，以求k 6. 测环境温度θ 2 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=Q W 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 dt dT =K （T —θ） 自然冷却：'' 0f T T - t=0→t k=θθ--'0'ln 1T T t f (1/min)

δT=k(θ-T )t 其中)(2 1"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。 θ℃--t(分)图 t (分)

热力学第二定律详解

热力学第二定律（英文：second law of thermodynamics）是热力学的四条基本定律之一，表述热力学过程的不可逆性——孤立系统自发地朝着热力学平衡方向──最大熵状态──演化，同样地，第二类永动机永不可能实现。 这一定律的历史可追溯至尼古拉·卡诺对于热机效率的研究，及其于1824年提出的卡诺定理。定律有许多种表述，其中最具代表性的是克劳修斯表述（1850年）和开尔文表述（1851年），这些表述都可被证明是等价的。定律的数学表述主要借助鲁道夫·克劳修斯所引入的熵的概念，具体表述为克劳修斯定理。 虽然这一定律在热力学范畴内是一条经验定律，无法得到解释，但随着统计力学的发展，这一定律得到了解释。 这一定律本身及所引入的熵的概念对于物理学及其他科学领域有深远意义。定律本身可作为过程不可逆性[2]:p.262及时间流向的判据。而路德维希·玻尔兹曼对于熵的微观解释——系统微观粒子无序程度的量度，更使这概念被引用到物理学之外诸多领域，如信息论及生态学等 克劳修斯表述 克劳修斯 克劳修斯表述是以热量传递的不可逆性（即热量总是自 发地从高温热源流向低温热源）作为出发点。 虽然可以借助制冷机使热量从低温热源流向高温热源， 但这过程是借助外界对制冷机做功实现的，即这过程除 了有热量的传递，还有功转化为热的其他影响。 1850年克劳修斯将这一规律总结为： 不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响。 开尔文表述 参见：永动机#第二类永动机

开尔文勋爵 开尔文表述是以第二类永动机不可能实现这一规律作为 出发点。 第二类永动机是指可以将从单一热源吸热全部转化为 功，但大量事实证明这个过程是不可能实现的。功能够 自发地、无条件地全部转化为热；但热转化为功是有条 件的，而且转化效率有所限制。也就是说功自发转化为热这一过程只能单向进行而不可逆。 1851年开尔文勋爵把这一普遍规律总结为： 不可能从单一热源吸收能量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。 两种表述的等价性 上述两种表述可以论证是等价的： 1.如果开尔文表述不真，那么克劳修斯表述不真：假设存在违反开尔文表述 的热机A，可以从低温热源吸收热量并将其全部转化为有用功。假设存在热机B，可以把功完全转化为热量并传递给高温热源（这在现实中可实现）。此时若让A、B联合工作，则可以看到从低温热源流向高温热源，而并未产生任何其他影响，即克劳修斯表述不真。 2.如果克劳修斯表述不真，那么开尔文表述不真：假设存在违反克劳修斯表 述的制冷机A，可以在不利用外界对其做的功的情况下，使热量由低温热源流向高温热源。假设存在热机B，可以从高温热源吸收热量 并将其中的热量转化为有用功，同时将热量传递给低温热源（这在现实中可实现）。此时若让A、B联合工作，则可以看到A与B联合组成的热机从高温热源吸收热量并将其完全转化为有 用功，而并未产生任何其他影响，即开尔文表述不真。 从上述二点，可以看出上述两种表述是等价的。

金属线胀系数的测定实验报告

实验5 金属线胀系数的测定 测量固体的线胀系数，实验上归结为测量在某一问题范围内固体的相对伸长量。此相对伸长量的测量与杨氏弹性模量的测定一样，有光杠杆、测微螺旋和千分表等方法。而加热固体办法，也有通入蒸气法和电热法。一般认为，用电热丝同电加热，用千分表测量相对伸长量，是比较经济又准确可靠的方法。 一、实验目的 1.学会用千分表法测量金属杆长度的微小变化。 2.测量金属杆的线膨胀系数。 二、实验原理 一般固体的体积或长度，随温度的升高而膨胀，这就是固体的热膨胀。设物体的温度改变t ?时，其长度改变量为L ?,如果t ?足够小，则t ?与L ?成正比，并且也与物体原长L 成正比，因此有 t L L ?=?α （1） 式（1）中比例系数α称为固体的线膨胀系数，其物理意义是温度每升高1℃时物体的伸长量与它在0℃时长度之比。设在温度为0℃时，固体的长度为0L ,当温度升高为t ℃时，其长度为t L ，则有 t L L L t α=-00/)( 即 )1(0t L L t α+= （2） 如果金属杆在温度为1t ，2t 时，其长度分别为1L ，2L ，则可写出 )1(101t L L α+= （3） )1(202t L L α+= (4) 将式（3）代入式（4），又因1L 与2L 非常接近，所以，1/12=L L ,于是可得到如下

结果： )(12112t t L L L --=α （5） 由式（5），测得1L ，2L ，1t 和2t ，就可求得α值。 三、仪器介绍 （一）加热箱的结构和使用要求 1.结构如图5-1。 2.使用要求 （1）被测物体控制于mm 4008?φ尺寸； （2）整体要求平稳，因伸长量极小，故仪器不应有振动； （3）千分表安装须适当固定（以表头无转动为准）且与被测物体有良好的接触（读数在0.2~0.3mm 处较为适宜，然后再转动表壳校零）； （4）被测物体与千分表探头需保持在同一直线。 （二）恒温控制仪使用说明

实验5电热法测量油品的比热容

实验5 电热法测量油品的比热容 ――设计性实验（一） 功和热长期被看作是互不相关的两个独立概念，直到伦福德提出“热本质上是一种运动”的观点后，才将两者联系起来。后来焦耳做了大量的工作，测量了功转化为热量的数值即热功当量，使人们对功和热的关系有了更深刻的理解。 物质的比热容是量热学中的一个重要概念，特别是在新能源的开发和新材料的研制过程中有着广泛的应用。由于散热因素多而且不易控制和测量，热学实验的精度往往较低，因此为了做好热学实验，必须学会分析产生各种误差的原因，找出改进的方法。 测量比热容有很多方法，如混合法、冷却法、电热法、比较法等。本实验根据焦耳定律采用电热法测量油品的比热容。 【预习提示】 本实验是设计性实验要求学生在进入实验室之前必须认真准备以下实验事项，并设计好实验方法和实验步骤： 1．什么是物质的比热容？电热法测量液体比热容时需要直接测量哪些物理量？ 2．为了尽可能减少系统与外界的热量交换，实验中应采取哪些措施？ 3．实验中怎样准确测量液体的末温度？ 4.测量油品质量应在什么时间测量最佳？ 5.如何确定加热功率的大小？ 6.冷却油品需要多少时间为最佳？ 7.系统中吸收热量的有哪几部分？ 8.根据给定实验器材、实验原理提示和实验内容要求，设计出实验方法和实验步骤，拟定数 据记录表格。 【实验目的】 1．学会电流量热器的使用方法。 2．学习电热法测量液体比热容的基本原理和方法，巩固对热功当量和焦耳定律的理解。 3．了解热学实验中产生系统误差的主要因素，掌握减小或消除线性系统误差的对称测量法。 4．学会用电热法测量油品的比热容。 【实验内容与要求】 1．必做内容 （1）选择油品合适的初温和末温。将盛油品的内筒放到冰箱内冷却至比室温低5～6℃，作为油品的初温T1。 79

16344118831金属线胀系数的测定数据处理参考

金属线胀系数的测定实验指导书 电热法测定金属线胀系数 本实验要测出铜管在受热时产生的长度变化. 光杠杆放大测量微小长度变化量 本实验用光杠杆和镜尺组测量N ，那么ΔN 与ΔL 的关系如下图所示： 从图1中我们可以看到，当温度变化Δt 时长度的变化为ΔL ，此时刻度尺的读数就变化了ΔN 。 由三角函数关系可得： θθh htg L ≈=?； θθD Dtg N 22≈=?； 可得：D N h L 2?= ?， 所以：α=t LD h ??N 2。 最小二乘法处理数据 本实验不直接计算Δt 和ΔN ，而是将实验中测到的N i 和t i 直接代入最小二乘法公式中计算b 及其不确定度，参看课本27页公式（9）、（10）与（12），令 N y t x ==,，之后再求出线胀系数α和它的不确定度。注意此时LD hb 2=α。

数据处理参考 3.1实验数据记录表格 表1 测金属线胀系数相关数据表 注意表格应为三线表 t(℃) N(cm) D h(cm) L （cm ） 49.50 3.2数据处理 令t x =， N y = 则：==t x ，==N y ， ==22t x ，==2 2t x ， ==22N y ，==2 2N y ， ==tN xy ，=?=?N t y x (1) 求相关系数r =---= ))((2222y y x x y x xy r 若：10 ≤≤r r （0r 的值参看课本27页表3-4），则可知x 和y 具有线性关系 (2) 求b b S =--=22x x y x xy b =y S 课本27页 公式（10） ==b b S U 课本27页 公式（12） (2) 求h ,L 的不确定度 ==?= 3002.03m h u

热功当量.

熱功當量 1.目的：使力學能完全轉換成熱，證實熱是一種能量，且測定功與熱二數量間之關係。 2.實驗裝置：如右圖。 3.步驟及原理： (1) 二質量為m 公斤之重錘由高h 米處緩緩下降。 (2) 重錘下降所損失的位能悉由器內摩擦阻力化成水及容器 的熱量，使水和容器的溫度增高。 (3) 若重錘升降n 次後，可使質量'm 克的水及水當量M 克的 容器溫度上升T ?℃，則： 重錘下降h ，損失之重力位能U 對水及容器作功： 2W mgh n =?（焦耳） 水及容器獲得的熱量'()H m M T ?=+（卡１） ●絕熱狀態，因此U 全轉成H 。 二、熱功當量：欲產生一單位的熱量所需輸入的功。由焦耳實驗得： 4.187(/)W J J c a l H == J W H ????? ：熱功當量：功：熱 例一：焦耳「熱功當量」實驗，若系統有熱傳遞到外界，則測出的熱功當量值應較實際值大 或小？（需列式說明） 例二：在焦耳實驗中，如兩錘之質量均為10公斤，落下之距離均為20公尺，容器中的水質 量為3.8公斤，原來水溫為20℃，實器及翼瓣之總質量為2公斤，其比熱為0.1卡／ 克-℃，實驗後水溫變為20.25℃，則由此實驗得到的功當量為 。（210/g ms =） 練習：於焦耳熱功當量實驗中，容器中原有50克的水，測得溫度為20℃，再加入100克 30℃之熱水後，熱平衡時溫度為25℃。隨即使2個垂錘緩緩下降1.5米，設法使垂錘 回到原高處，再落下一樣之高度，如此重複21次，則最後之水溫為 ℃，容器之 水當量為 克。（每個重錘4kg ；210/g m s =）

例三：在焦耳的實驗裝置中，兩邊之垂錘各25kg ，設210/g m s =，且容器為絕熱，若重錘下 落之距離為20米，每次下落攪動水後，設法使垂錘回到原處，再使其下落，如此重複 20次後，已知槽中的水為7kg ，且容器的水當量為3kg 。 (1) 若垂錘下落之速度甚小，則水溫升高 ℃。 (2) 若重錘以20.02/m s 之加速度落下，20秒後再使重錘回到原處，再使其以20.02/m s 之加速度落下，如此重複20次後，則水溫升高 ℃。（計算到小數點以下第 二位，第三位四捨五入。） 練習：於焦耳之熱功當量實驗中，各重錘之質量為1kg ，每次使之下落5米，以帶動蹼輪以 攪動容器中的水，水之質量為500公克，共下落42次。則： (1) 若使重錘緩慢下落，則水溫升高若干？ (2) 若重錘下落之加速度為4.8米／秒2，則水溫升高若干？ 例四：一瀑布高420米。假設水落至瀑布底時的動能全部變成熱能，則瀑布底及頂點的水溫 相差約為 ℃。（210/g m s =） 例五：雨點質量m 千克，由高h 米處以g 之等加速度自由落下，落入絕熱之水桶中，桶內裝 有M 千克之水，設最初雨點之溫度與桶中之水溫相同，不計水桶之吸熱，又水之比熱 設為s 卡／克-℃，則雨點落下後水溫升高若干℃？ (A) 30.24()10mgh m M s +? (B) ()mgh M m s + (C) 4.2()mgh M m s + (D) 0.24()mgh M m s + (E) 3()10mgh M m s +? 練習： 1.一個洗澡用電熱水器，功率為4200W ，設自來水溫20℃，洗澡用水溫40℃，電功率有50 ％用於使水溫上升，問每秒有多少水流量？

2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

2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 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：何奕彤 学号：13241067 第二作者：李依伦 学号：13241041 北京航空航天大学基础物理实验研究性报告 一、目录 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、四、 实验仪 器 ...................................................... ......................................................... .......... 10 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、

电热法热功当量的测量

电热法热功当量的测量一、实验目的 1.学会用电热法测定热功当量； 2．进一步熟悉量热器的使用方法； 3．认识自然冷却现象，学习用牛顿冷却定律进行散热修正。 二、实验仪器 1.YJ-RZT-II数字智能化热学综合实验平台； 2.量热器； 3.加热器； 4.天平； 5.连接线； 6.数字温度计。 量热器如图1所示。 搅拌电机绝热盖绝热垫外筒 加热器内筒 温度传感器搅拌器隔热层 图1 三、实验原理 如果加在加热器两端的电压为V, 通过电阻的电流为I, 通过时间为t, 则电流作功为： (1) UItA 如果这些功全部转化为热能，使量热器系统的温度从T℃升高至T℃，则系

统f0所吸收的热量为： (2) )－TC(TQ?0sf其中C是系统的热容量。s如果过程中没有热量散失，则 (3) JQ＝A即热功当量为 J＝A／Q(J／c al) (4) 孤立的热学系统在温度从T升到了T时的热量Q与系统内各物质的质量m，10f m… 和比热容c，c…以及温度变化T－T有如下关系f2102Q=(mc＋mc＋)(T－T) （5）f21210式中，mc，mc…是各物质的热容量。2121 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?(cm+cm?cm)(T-T) (6) 1x2x水水内内式中，cm为水的热容量, cm为量热器内筒的热容量、cm为搅拌器、加热 x内x水内水电阻、温度传感器等的热容量。如果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： ?)(T－T)]?cmc＋mc(J／cal)(UItJ＝／[ (7) 12水水水内内ω可以由实验室给出，也可以通过实验测出。 四、实验内容 倒入量热器中，克左右的水，100再用天平称出约用天平称出内筒的质量，1. 数字智能化热学综合实验平台面板上YJ-RZT-II将测温电缆和搅拌电机电缆与 安装好搅拌电机，测温探头；对应电缆座连接好, 打开电源开关；2. ；记下初 始温度值T（℃）3.1打开搅拌开关；4.连接好加热电路，接上加热电阻的连线 （同时按触计时器“启动”25.按图按钮），系统开始加热、计时；

教案 金属线胀系数

物理实验课教案 实验名称：金属线胀系数的测定 指导老师：林一仙 时间：2007/2008学年第一学期 1目的 1）学习用电热法测量金属线胀系数； 2）学习利用光杠杆法测量微小长度变化量； 3）掌握图解法处理数据的方法。 2仪器 控温式固体线胀系数测定仪（型号GXC-S ） 光杠杆 尺读望远镜 游标卡尺 3实验原理及方法 3.1原理概述 (a)、热膨胀原理：当温度升高时，金属杆的长度会发生变化，这种变化可用线胀系数来衡量。当温度变化不大时可用平均线胀系数α来描述。即 )() (112121t t L L L --=α 式中1L 和2L 分别为物体在温度1t 和2t 时的长度，一般固体材料的α值很小，所以12L L L -=?也很小，因此本实验成功的关键之一就是测准L ?的问题，我们采用光杠杆法测量L ?。 (b)、热传导和热平衡原理： 温度总是从高温往低温传递，因此只要存在温差就会有热传导在进行，那么就不会处在平衡的状态。从观察方法来看，当温度不变时就表明系统处于热平衡的状态。只有在平衡状态下测出的温度和刻度才能相对应。 动态平衡：指温度在某一个小范围内波动（一般不超过0.5度）。 (c)、加热器的结构 温度探头是放在样品（铜管）的空腔中的，因此温度探头不能及时测到样品的温度，必须等到样品和空腔中的空气达到热平衡状态时温度探头测出的温度才是样品的真实温度。 3.2原理图

从图2可知： ()D N H D H L 2201?=N -N =? 所以可得：()0121t t D L -H ?N = α=t LD ?H ?N 2 3.3方法 控温式固体线胀系数测定仪（型号GXC-S ）是采用电热法对金属杆进行加热，加热原理如图1。由于电热法有热惯性，所以只有等到温度达到最大时才会有一个短暂的平衡，此时才能读出样品的温度和相应的刻度读数。 由于固体线膨胀幅度很小，所以必须通过放大以后才能测量，这里用到的是光杠杆放大的方法，原理如图2。 4教学内容 原理和方法 5教学组织及教学要求 1）线胀系数的定义，热传导原理和热平衡原理要讲一下； 2）光杠杆系统的调节和线胀系数仪的操作示范及讲解；卡尺的用法示范。 3）读出与室温相对应的第一组温度和刻度； 4）当温度升到最高时的读数作为测量点，一般波动时间为1-2分钟，之后就会下降。所以一般温度30秒不变就可以读数了。 6实验教学的重点与难点 （一）、重点： 热膨胀原理和热传导原理及热平衡原理，微小变化量测量原理； （二）、难点：

热力学第一定律完整

热力学第一定律 摘要：热力学第一定律亦即能量转换与守恒定律，广泛地应用于各个学科领域。本文回顾了其建立的背景及经过，它的准确的文字表述和数学表达式，及它在理想气体、热机等方面的应用。 关键词：热力学第一定律能量转换理想气体 1．热力学第一定律的产生 1.1历史渊源与科学背景 人类使用热能为自己服务有着悠久的历史,火的发明和利用是人类支配自然力的伟大开端,是人类文明进步的里程碑。中国古代就对火热的本性进行了探讨,殷商时期形成的“五行说”——金、木、水、火、土,就把火热看成是构成宇宙万物的五种元素之一。 北宋时刘昼更明确指出“金性苞水,木性藏火,故炼金则水出,钻木而生火。”古希腊米利都学派的那拉克西曼德（Anaximander,约公元前611—547) 把火看成是与土、水、气并列的一种原素,它们都是由某种原始物质形成的世界四大主要元素。恩培多克勒（Empedocles,约公元前500—430）更明确提出四元素学说,认为万物都是水、火、土、气四元素在不同数量上不同比例的配合,与我国的五行说十分相似。但是人类对热的本质的认识却是很晚的事情。18世纪中期,苏格兰科学家布莱克等人提出了热质说。这种理论认为,热是由一种特殊的没有重量的流体物质,即热质（热素）所组成,并用以较圆满地解释了诸如由热传导从而导致热平衡、相变潜热和量热学等热现象,因而这种学说为当时一些著名科学家所接受,成为十八世纪热力学占统治地位的理论。 十九世纪以来热之唯动说渐渐地为更多的人们所注意。特别是英国化学家和物理学家克鲁克斯（M.Crookes，1832—1919）,所做的风车叶轮旋转实验,证明了热的本质就是分子无规则动的结论。热动说较好地解释了热质说无法解释的现象,如摩擦生热等。使人们对热的本质的认识大大地进了一步。戴维以冰块摩擦生热融化为例而写成的名为《论热、光及光的复合》的论文,为热功相当提供了有相当说服力的实例,激励着更多的人去探讨这一问题。 1.2热力学第一定律的建立过程 在18世纪末19世纪初，随着蒸汽机在生产中的广泛应用，人们越来越关注

固体线胀系数的测定讲义(新)

311 固体线胀系数的测定 绝大多数物体都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于构成物体的微观粒子热运动随温度的升、降而加剧或减弱造成的。 固体材料的线胀系数是反映固体材料受热膨胀时，在一维方向上伸长性质的重要参数。线胀系数是选用材料的一项重要指标，是材料工程、热力工程和自动控制技术中的一个重要技术参数，在工程设计（如桥梁和过江电缆工程）、精密仪表设计，材料的焊接和加工中都必须加以考虑。 一、实验目的 1． 学会一种测定金属线胀系数的方法。 2． 掌握光杠杆法测量长度微小变化量的原理和方法。 3． 学会用最小二乘法处理数据。 二、实验原理 设金属棒在温度o t 时的长度为o L ，当其温度上升到t 时，它的长度t L 可由下式表示： t L =()[]o o t t L -+α1 （1） 式中，α即为该物体的线胀系数。可将式（1）改写成： ()() o o o o o t t t L L t t L L L -?=--= α （2） 由此可见，线胀系数α的物理意义是温度每升高1C o 时物体的伸长量L ?与原长之比。一般α随温度有微小的变化，但在温度变化不太大时，可把它当作常量。 由式（2）可以看出，测量线胀系数的关键是准确测量长度的微小变化量L ?。我们先粗略估算一下L ?的大小。若mm 500L o ≈ ，温度变化C t t o ?≈-100，金属线胀系数α的数量级为()15 C 10 --? ，则可估算出mm 50.0L ≈?。对于这么微小的长度变化量，用普通量具如钢尺 和游标卡尺无法进行精确测量，一般采用千分表法（分度值为0.001mm ），光杠杆法，光学干涉法等。 本实验采用光杠杆法，整套实验装置由固体线胀系数测定仪，光杠杆和尺读望远镜等几部分组成，如图1所示。

电热法热功当量的测量

近代物理实验报告 专业 应用物理 班级 11级(2)班 实验名称 电热法热功当量的测量 小组成员姓名: 实验地点 K7-106 指导教师 实验时间 2014年1月1日 【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。 【实验原理】 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 IUt W = （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，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）（T f －T 0） （2） 所以，热功当量 ) )((0332211T T C m C m C m IUt Q W J f -++== 焦耳/卡 （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T 。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，如上图所示。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T 0，BC 段表示在通电时间1t 内，

热功当量的测量

实验2 热功当量的测量 [实验目的] 1. 用电热法测热功当量。 2. 学习用牛顿冷却定律修正终温。 [仪器设备] 量热器 温度计 物理天平 停表 小量筒 稳压电源 直流电压表 直流电压表 [实验原理] 1．用电热法测热功当量J 功可以转化为热，热也可以转化为功，它们是能量转化的两种方式。功的单位常用焦耳（J ），热的单位常用卡（cal ），一卡的热量转化为功的焦耳数叫做热功当量，它的单位是1-?cal J 。 电热法测定热功当量的实验装置如图11—1所示。 图11—1 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 t ? 内，电场力做功为： A=UI t ? （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0T 升高到 T ，则系统吸收的热量为： ))(46.0(033221100T T V c m c m c m c m Q -++++= (11-2) 式中00c m 、11c m 、22c m 、33c m 分别是水、量热器内筒、搅拌器、接线柱及电阻丝的热容量，V 是温度计插入水中部分的体积，单位是3cm ，Q 的单位是cal 。 如果整个过程系统和外界没有能量交换，则： A=JQ （11-3） 故

) )(46.0(033221100T T V c m c m c m c m t UI Q A J -++++?== （11-4） 2、系统散热的修正 实际上，实验系统并非理想的绝热系统。在加热使系统升温的过程中，系统不可避免地要与外界进行热量交换（系统向外散热）。因此系统实际达到的终温 f T 要低于不散热时应达到的终温T.为了求得T ，比须先求得由于散热引起的温度损失T ?。 T ?=T-f T (11-5) 求T ?的方法如下。 根据牛顿冷却定律，当系统温度与环境温度相 差不大时系统温度变化的速度与系统的温度T 和环境温度之差成正比。即： )(θ-=T K dt 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： )()(θθ-=-T K dt T d （11-7） 实验时，选择系统自然冷却后的某时刻t=0，温度为'0T ，经过时间t 后温度为'f T ，则由（11-7）式积分，并代入上述条件，得： θθ--='0'ln 1T T t K f （11-8） 将K 代入（11-6）式可算出每分钟系统散热而降低的温度近似等于： )(θ-=T K dT （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、T 1、T 2、 3T ……。以 210T T +、221T T +、2 32T T +……作为第1、2、3…分钟的平均温度，根据（11-9）式可以求出第1、2、3…分钟内由于散热而降低的温度d 1T ,d 2T ,d 3T …，这样，第1、2、3、…分钟末由于散热而导致温度损失?1T 、?2T 、?3T 、……为： ?1T = d 1T ?2T = d 2T ?3T = d 3T …… [实验内容] 1．用物理天平测出量热器内筒质量m 1,搅拌器的质量m 2，接线柱及电阻丝的质量m 3,在量热器内筒中加水，测出其质量m ',则水的质量m 0为： m 0= m '- m 1

线胀系数实验报告

金属线胀系数的测量 一、实验目的 1、学习用电热法测量金属线胀系数； 2、学习利用光杠杆法测量微小长度变化量； 3、掌握图解法处理数据的方法。 二、实验仪器 控温式固体线胀系数测定仪（型号GXC-S ） 光杠杆 尺读望远镜 三、实验原理 1、原理概述 当温度升高时，金属杆的长度会发生变化，这种变化可用线胀系数来衡量。当温度变化不大时可用平均线胀系数α来描述。即 )() (112121t t L L L --=α 式中1L 和2L 分别为物体在温度1t 和2t 时的长度，一般固体材料的α值很小，所以12L L L -=?也很小，因此本实验成功的关键之一就是测准L ?的问题，我们采用光杠杆法测量L ?。 2、原理图 从图2可知： ()D N H D H L 2201?=N -N =? 所以可得：()1221t t D L -H ?N = α=t LD ?H?N 2 四、实验步骤 1、光杠杆放在仪器平台上，其后足尖放在金属杆顶端的金属套上，光杠杆的镜面在铅

直方向。在光杠杆前1.5~2.0m 处放置望远镜及直尺（尺在铅直方向）。调节镜尺组让望远镜与直尺相对镜面成对称关系，调节望远镜的目镜使叉丝清晰，如图2，再调节望远镜使直尺的象进入望远镜中。 2、打开电源开关,按下预置开关，进入预置状态，轻触调节开关，调节预置温度（大约比当前显示的室温高1oC ），调节完毕后，按预置开关，退出预置状态，进入工作状态。 3、当温度达到预置温度时加热灯灭，但温度仍能继续上升一段时间，当温度在一定时间内不继续上升时可认为系统供热和散热相对稳定，记下相对稳定的温度以及此时望远镜里直尺上的读数N i ，之后重新预置，此时所预置的温度大约比当前稳定温度高2oC ，当温度到新的达稳定温度时重新记录为N i ,依此类推，直到测完规定的组数。 4、停止加热，测出直尺到平面镜镜面间距离D （D=100 X C ，C 为尺读望远镜横刻度中间横线与上横线间的读数）。 H=8.130cm; D=147.00cm; L=49.50cm )(/1070.1) 5.64100(50.4900.1472)20.528.6(130.8)(2)(51212K t t LD N N H -?=-???-?=--=α cm m H u 0015.03002.03 ==?=; cm m L u 029.0305.03==?=; cm m D u 029.0305 .03==?=;

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。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T 0，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。 根据牛顿冷却定律，当系统的温度T 与环境的温度θ相差不大时，由于散热，系统的冷却速率 b FT T K dt dT -=-=)(θ （2－16a －4） 即冷却速率dt dT v =与系统的温度T 成线性关

固体线胀系数的测定讲义(新)

固体线胀系数的测定 绝大多数物体都具有 “热胀冷缩” 的特性， 这是由于构成物体的微观粒子热运动随温度的升、 降而加剧或减弱造成的。 固体材料的线胀系数是反映固体材料受热膨胀时， 在一维方向上伸长性质的重要参数。 线胀 系数是选用材料的一项重要指标， 是材料工程、 热力工程和自动控制技术中的一个重要技术参数， 在工程设计（如桥梁和过江电缆工程） 、精密仪表设计，材料的焊接和加工中都必须加以考虑。 、实验目的 1． 学会一种测定金属线胀系数的方法。 2． 掌握光杠杆法测量长度微小变化量的原理和方法。 3． 学会用最小二乘法处理数据。 、实验原理 设金属棒在温度 t o 时的长度为 L o ，当其温度上升到 t 时，它的长度 L t 可由下式表示： L t =L o 1 t t o （1） 式中， 即为该物体的线胀系数。可将式（ 1）改写成： L t L o L L o t t o L o t t o 由此可见，线胀系数 的物理意义是温度每升高 1 o C 时物体的伸长量 L 与原长之比。 般 随温度有微小的变化，但在温度变化不太大时，可把它当作常量。 由式（ 2）可以看出，测量线胀系数的关键是准确测量长度的微小变化量 估算一下 L 的大小。若 L o 500mm ，温度变化 t t o 100 C ，金属线胀系数 的数量级 为10 5 C 1 ，则可估算出 L 0.50mm 。对于这么微小的长度变化量，用普通量具如钢尺 和游标卡尺无法进行精确测量，一般采用千分表法（分度值为 0.001mm ），光杠杆法，光学干涉 本实验采用光杠杆法， 整套实验装置由固体线胀系数测定仪， 光杠杆和尺读望远镜等几部分 组成，如图 1 所示。 2） L 。我们先粗略