混合法测定金属的比热容

混合法测固体比热容实验报告混合法测固体比热容实验报告引言固体比热容是描述物质热性质的重要参数，它能够反映物质在吸热或放热过程中的热容量大小。

本实验采用混合法测定固体比热容，通过测量固体与水混合后的温度变化，计算固体比热容。

本实验的目的是研究固体比热容的测定方法，并探讨不同固体的热容性质。

实验方法1. 实验装置本实验采用热量计法测定固体比热容，实验装置主要包括恒温水槽、温度计、电热器和热量计。

2. 实验步骤（1）将恒温水槽中的水加热至恒定温度，保持水温稳定。

（2）将待测固体样品称量并记录其质量。

（3）将待测固体样品放入热量计中，并将热量计放入水槽中。

（4）记录热量计中水的初始温度，并将电热器通电加热水槽。

（5）当水温达到一定稳定温度后，记录热量计中水的最终温度，并关闭电热器。

（6）根据温度变化计算固体比热容。

实验结果与分析通过实验测量，我们得到了不同固体样品的质量和温度变化数据。

以铝为例，其质量为10g，初始温度为25℃，最终温度为35℃。

根据热量守恒定律，可以得到以下公式：m1c1ΔT1 = m2c2ΔT2其中，m1为水的质量，c1为水的比热容，ΔT1为水的温度变化，m2为固体的质量，c2为固体的比热容，ΔT2为固体与水的温度差。

根据上述公式，我们可以计算出铝的比热容为：c2 = (m1c1ΔT1) / (m2ΔT2)将实验数据代入计算，可得铝的比热容为0.897 J/g℃。

通过对其他固体样品的测量和计算，我们可以得到它们的比热容。

然后，我们可以对比不同固体的比热容数据，分析它们之间的差异。

这些差异可能与固体的物理性质、结构以及化学成分有关。

讨论与结论通过本实验，我们成功地采用混合法测定了固体的比热容。

通过对多个固体样品的测量和计算，我们得到了它们的比热容数据，并进行了比较和分析。

在实验过程中，我们发现不同固体的比热容数值存在差异。

这可能是由于它们的物理性质和化学成分不同所导致的。

例如，金属固体通常具有较低的比热容，而非金属固体的比热容则相对较高。

固体比热容的测量一、 实验目的1、 掌握基本的量热方法——混合法；2、 测定金属的比热容；3、 学习一种修正散热的方法;二、 实验仪器量热器、温度计 0C 和 0C 各一支、物理天平、待测金属粒、冰、停表、加热器、量筒等;三、 实验原理1、 混合法测比热容 依据热平衡原理,温度不同的物体混合后,热量将由高温物体传给低温物体,如果在混合过程中和外界无热量交换,最后达到均匀稳定的平衡温度;根据能量守恒定律,高温物体放出的热量就应等于低温物体吸收的热量,即：本实验即根据热平衡原理用混合法测定固体的比热;设量热器包括搅拌器和温度计插入水中部分的热容为C,实验时,量热器内先盛以质量为0m ,温度为1t 的冷水,之后,把加热到温度为2t 质量为m 的待测金属块投入量热器中,经过热交换后,水量热器与金属块达到共同的末温θ,依热平衡方程有：))(()(1002t C c m t mc -+=-θθ 1即 )())((2100θθ--+=t m t C c m c 2 量热器的热容C 可以根据其质量和比热容算出;设量热器筒和搅拌器由相同的物质制成,其质量为1m ,比热容为1c ,则C c m C '+=11 3式中C '为温度计插入水中部分的热容;C '的值可由下式求出：式中V 为温度计插入水中部分的体积;{}10-⋅'C J C 表示C '以J ·0C -1为单位时的数值,而{}3cm V 表示V 以cm 3为单位时的数值; 2、 系统误差的修正上述讨论是在假定量热器与外界没有热交换时的结论;实际上只要有温度差异就必然会有热交换存在,因此实验结果总是存在系统误差,有时甚至很大,以至无法得到正确结果;所以,校正系统误差是量热学实验中很突出的问题;为此可采取如下措施：1要尽量减少与外界的热量交换,使系统近似孤立体系;此外,量热器不要放在电炉旁和太阳光下,实验也不要在空气流通太快的地方进行;2采取补偿措施,就是在被测物体放入量热器之前,先使量热器与水的初始温度低于室温,但避免在两热器外生成凝结水滴;先估算,使初始温度与室温的温差与混合后末温高出室温的温度大体相等;这样混合前量热器从外界吸热与混合后向外界放热大体相等,极大地降低了系统误差;3缩短操作时间,将被测物体从沸水中取出,然后倒入量热器筒中并盖好的整个过程,动作要快而不乱,减少热量的损失;4严防有水附着在量热筒外面,以免水蒸发时带走过多的热量;5沸点的校正;在实验中,我们是取水的沸点为被测物体加热后的温度,但压强不同,水的沸点也有所不同;为此需用大气压强计测出当时的气压,再由气压与沸点的关系通过查表查出沸点的温度;采取以上措施后,散热的影响仍难以完全避免;被测物体放入量热器后,水温达到最高温度前,整个系统还会向外散热;所以理论上的末温是无法得到的;这就需要通过实验的方法进行修正：在被测物体放入量热器前4-5min 就开始测度量热器中水的温度,每隔1min 读一次;当被测物体放入后,温度迅速上升,此时应每隔测读一次;直到升温停止后,温度由最高温度均匀下降时,恢复每分钟记一次温度,直到第15min 截止;由实验数据作出温度和时间的关系t T -曲线,如图1所示;图1 温度和时间的关系曲线为了推出公式2中水的初温度1t 和末温θ,在图1中,对应于室温在曲线上之O点作一垂直与横轴的直线;然后将曲线上升部分AE 及下降部分FD 延长,与此垂线分别相交于B 点和C 点,这两个交点的温度坐标可看成是理想情况下的T 1和T 2,即相当于热交换无限快时水的初温1t 与末温θ;四、 实验内容与步骤1、称出质量为m 的金属粒,放入加热器中隔水加热;在沸水中至少15min,才可认为金属粒与水同温;水沸腾后测出大气压强P;2、在金属粒加热的同时,称出量热器内筒及搅拌器质量1m ,然后倒入适量的水,并加入冰屑使水温降低到室温下6~4注意：不能使筒外表有水凝结,称出总质量10m m +,求出水的质量0m ;3、在倒入金属粒前,一面用棒轻轻搅动,一面每隔一分钟测一次水温,计时5分钟后将加热好的金属粒迅速而准确地倒入量热器内注意：不能使量热器中水溅出,又切勿碰到温度计,立即将盖盖好并继续搅拌,同时,每隔半分钟测一次水温;至水温均匀下降,每隔一分钟测一次水温,连续10min 左右为止;4、用排水法将温度计浸没于水下的体积在小量筒中测得;先将水注入小量筒中,记下其体积1V ,然后将温度计插入水中,使温度计插入水中的体积与在量热筒中没入水中的体积相同以从量热筒中取出温度计上水印为准,读出液面升高后的体积2V ,则温度计插入量热筒水中的体积为：12V V V -=注意：实验中温度计中的水银泡一定要没入水中,但又不能碰到锌粒;5、查表得到实验气压条件下水的沸点T ',即作为金属粒加热后的温度2t ;6、作温度-时间曲线,求出1T 和2T ,即公式2中水的初温度1t 和末温θ;五、数据记录及处理自拟表格记录测量的有关数据;根据公式2求出金属粒的比热c ,并和其标准比热比较,求出相对误差;六、思考题：1．混合量热法的原理是什么它的基本实验条件是什么如何保证2．实验中质量称衡采用了精度较低的物理天平,为什么测量温度却采用了分度值为0.10C 的精密水银温度计3．为了提高量热精度,实验中采取了哪些措施4．试分析你在实验中对各参量如温度、水的质量等的选取是否得当附记温度计插入水中部分的热容可如下求出：已知水银的密度为13.6g ·cm -3,比热容为·g -1·0C -1,其1cm 3的热容为 J ·cm -3·0C -1;而制造温度计的耶那玻璃的密度为2.58 g ·cm -3,比热容为 J ·g -1·0C -1,其1cm 3的热容为·cm -3·0C -1,它和水银的很相近,因为温度计插入水中部分的体积不大,其热容在测量中占次要地位,因此可认为它们1cm 3的热容是相同的;设温度计插入水中部分的体积为V 以cm 3为单位,则该部分的热容C '的数值可取为{}{}3109.1cm C J V C ='-⋅,V 可用盛水的小量筒去测量;。

实验五混合法测量比热容Experiment 5 Determining thermal capacity using mixing method量热学是以热力学第一定律为理论基础的一门科学，量热学所研究的范围就是如何计量物质系统借温度变化、相变、化学反应等所吸收和放出的热量。

量热学的实验方法有混合法、稳流法、冷却法、潜热法、电热法等，本实验采用混合法测金属样品的比热容。

实验目的Experimental purpose1．掌握混合法测定金属比热容的方法；2．巩固物理天平的使用方法。

实验原理Experimental principle将温度不同的物体混合后，如果由这些物体组成的系统没有与外界交换热量，最后系统将达到稳定的平衡温度。

在此过程中，高温物体放出的热量等于低温物体所吸收的热量。

这就是热平衡原理。

根据这一原理可用混合法测量金属的比热容。

为了做好实验，需有一个隔热良好的量热器。

本实验用的量热器如图1所示，它由外筒和内筒组成，内筒放置在绝热架上，与外筒隔开，外筒用绝热盖盖住，盖上开两个小孔，可放入温度计和搅拌器（连有绝缘柄）。

由于内筒与外筒间充有不图1量热器结构图良导体的空气，它们间传导的热量很小；又由于外筒装有绝热盖，对流的热量也很小，内筒的外壁和外筒的内外壁都抛光，以减少热辐射。

这样的量热器可被看做近似符合热平衡原理的实验系统。

实验时，将待测金属样品置于加热器中加热至温度θ1，并迅速将它投入量热器的水（温度为θ2）中，最后达到平衡温度θ。

设待测样品的质量为m ，比热容为c ，则其放出的热量为()θθ-=11mc Q (1)设量热器内筒的质量为m 1，比热容为c 1；水的质量为m 2，比热容为c 2，则量热器和水吸收的热量为()()222112θθ-+=c m c m Q (2)根据热平衡原理，Q 1= Q 2。

由式（1）和（2）可得待测样品的比热容为()()()θθθθ--+=122211m c m c m c (3) 以上讨论并没有考虑系统热量的散失，但实际上只要有温差存在，总会发生系统与外界热交换现象。

实验四固体比热容的测量【实验目的】1．用混合法测定金属的比热容。

2．掌握基本的量热方法——混合法。

【实验仪器】量热器、温度计（0 ~ 50 ºC两支、0 ~ 100 °C一支）、物理天平、待测金属块、加热器或电炉、冰、停表等。

量热器：又称卡计，是测量热量的仪器。

简单的量热器如图所示，m1为内筒，筒内贮有一定量的纯水m0 ，T为温度计，m2 为搅拌器，为了将由内筒及其盛的物质构成的热学系统看成为孤立系统，故将内筒置于外筒C并由绝热架I2 支撑，上面盖上绝热盖I1 ，同时，将内外筒的表面电镀或打磨得十分光亮以减少由于辐射而产生得热传递。

【实验原理】温度不同得物体混合后，热量将由高温物体传递给低温物体。

如果在混合过程中和外界没有热交换，最后将达到均匀稳定的平衡温度，在这过程中，高温物体放出的热量等于低温物体所吸收的热量，此称为热平衡原理。

本实验即根据热平衡原理用混合法测定固体的比热。

将质量为m、温度为T1 的金属块投入量热器的水中。

设金属块、水、量热器内筒、搅拌器和浸入水中的温度计的比热分别为c、c0、c1、c2 和c3 ，质量分别为m、m0、m1、m2和m3 ，待测物投入水中之前的水温为T2 。

在待测物投入水中以后，其混合温度为θ，则在不计量热器与外界的热交换的情况下，将存在下列关系：mc (T1 −θ ) = ( m0c0 + m1c1 + m2c2 + m3c3 ) ( θ−T2 )即：)－()－)(＋＋＋(＝112 332211θTmTθcmcmcmcmc式中，温度计插入水中的部分的热容量为m3c3 = 1.9{V}cm³，V为温度计插入水中部分的体积，{V}cm³表示V 以cm3为单位的数值，具体算法参照书后附。

上述讨论是在假定量热器与外界没有热交换时的结论。

实际上，只要有温度差异就必然会有热交换存在，因此，必须防止或进行修正热散失的影响。

热散失的途径主要有三：第一是加热后的物体在投入量热器水中之前散失的热量，这部分热量不易修正，应尽量缩短投放时间。

比热容测定方法
1. 嘿，你知道混合法测比热容不？就像调鸡尾酒一样，把不同的东西混在一起就能得到结果哦！比如，把热水和冷水倒在一起，通过测量温度变化来算出比热容呢！
2. 哎呀，量热计法也很厉害呀！这就好比是一个超级精准的温度计，能精确地测出来物质吸收或放出的热量，从而算出比热容呀！比如测测铁块的比热容。

3. 还有冷却法呢！这就像让热的东西慢慢变凉，然后观察这个过程就能算出比热容咯！像测测烧热的石头冷却时的数据。

4. 哇塞，绝热法也很有意思哦！这不就是给物质打造一个绝热的小空间嘛，看看它在里面的变化来测定比热容呀！就像给一个小宝贝创造一个特别的环境来观察它一样。

5. 嘿，你们想过比较法吗？就像比较两个东西的优缺点一样，通过对比来测定比热容呀！比如把铜和铁的比热容比较一下。

6. 热流式法也很酷啊！就像是热量在流动，我们顺着这个流去找到比热容呢！好比顺着河流找到宝藏。

7. 天平法呢，就如同用天平称东西一样准确，来称出比热容的大小呀！比如称称那一小片金属的比热容。

8. 诶哟，滴液法也不能小瞧呢！就像是慢慢滴下的水滴一样，一点点的测量出比热容呢！可以试试对某种液体用滴液法。

9. 我觉得这些比热容测定方法都各有各的奇妙之处呀，每一种都像是打开科学大门的一把钥匙，让我们能更深入地了解物质的特性！。

实验18 固体比热容的测量（一）混合法测量固体比热容[实验目的]1．学习量热的基本方法——混合法2．学习一种修正散热的方法——温度的修正3．测定金属的比热容[实验仪器]量热器、双壁加热器、蒸汽锅、电炉、水银温度计（0-50.0℃, 0－100℃）各一支、物理天平、停表、量筒。

[仪器介绍]1．量热器为了使实验系统（包括待测系统与已知其热容的系统）成为一个孤立系统, 我们采用量热器。

传递热量的方式有三种: 传导、对流和辐射。

因此必须使实验系统与环境之间的传导、对流和辐射都尽量减少, 量热2．外筒是双层结构, 空气封闭其中, 因为空气是热的不良导体, 故可避免空气传导而引起热量的损失；外筒上端的木盖可严密地盖着, 避免空气对对流所引起的热量损失；外筒的内壁和内筒的外壁均电镀得十分光亮, 可减少热辐射, 外筒的底部放上一个隔外筒的外表再包一层绒布, 这样就能使整个系统尽可能根据上述测量的T－t数据, 以T为纵坐标, 以t为横坐标, 即得如图（2—3—18—4）的T－t曲线。

A点对应的时刻就是测水温开始的时间 , B点对应的时刻就是, 而不是5分钟末的时间。

然后作图即得混合前后冷水的初温和末温T。

把各个物理量的测量值代入式（2-3-18-1）即可算出金属样品的比热容。

图（2—3—18—4）中的G点所对应的温度应为室温所在的位置, 这样才不影响温度的修正。

[实验内容和要求]1. 混合法测定铜块的比热容2.混合过程中散热的温度修正法3．混合前量热器（含水）系统温度低于室温（加冰块）, 测量系统随时间吸热变化的温度。

4. 混合过程快速测量变化的温度5. 数据处理：Cx与标准值求百分误差［注意事项］1. 作温度值修正法曲线图, FE垂直于t轴, 满足S1=S2, 图中G点对应的温度接近室温为佳。

2. 从曲线图中定出初温T2和末温T。

［实验思考］请分析本实验主要的误差来源。

（二）冷却法测量金属的比热容[实验目的]学习冷却法测量金属比热容的方法[实验仪器]FB312型冷却法金属比热容测量仪[实验原理]根据牛顿冷却定律, 用冷却法测定金属的比热容是量热学常用方法之一。

课程名称：大学物理实验（一）
实验名称：金属比热容的测量
学院：
指导教师：
报告人：组号：
学号实验地点
实验时间：年月日提交时间：年月日
图1 金属比热容测量仪2.天平：用于测量金属样品的质量。

图2 天平
图1：铜对时间的冷却规律
（2）结果分析：随着时间的增加，铜的温度下降，开始时铜的温度下降的速率最大，此后铜的温度的下降速率减缓，且铜的温度最终趋于稳定。

六、结果陈述
原始数据记录表组号姓名
（表格自拟）
表1 铜的温度对时间的冷却规律
表2 铁、铜、铝由102（4.37mV）下降到98（4.18mV）所需时间。

摘要比热容(specific heat capacity)又称比热容量，简称比热(specific heat)，是单位质量物质的热容量，即使单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能，通常用符号c表示。

比热容是一个重要的物理量，物质比热容的测量是物理学的基本测量之一。

比热容的测定对于了解物质的结构、确定物质的相变、鉴别物质的纯度以及新能源的开发和新材料的研制等方面，都起着重要作用。

因此，比热容的测量是物理学的重要内容之一。

关键词：固体；液体；气体；比热容AbstractSpecific heat capacity (specific heat capacity), referred to as heat specific thing, is the quality of heat, unit of material quality object if unit of temperature change unit can absorb or release, usually use symbol c said. Heat capacity is an important parameters measurement of heat, material is one of the basic physics of measurement. Heat capacity to understand the structure determination of material, material of phase change, identify the purity of the material and the development of new energy and material research, etc .plays an important role. Therefore, the heat of the measurement is one of the important contents of physics.Keywords: solid; liquid; gas; Specific heat capacity目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章绪论 (1)第二章固体物质比热容的测定 (2)2．1动态法测固体比热容 (2)2.1.1实验原理 (2)2.1.2 实验装置 (3)2.1.3 数据处理 (3)2．2 混合法测金属比热容 (4)2.2.1 实验原理 (4)2.2.2 实验器材、数据记录及处理 (4)2.2.3 讨论 (5)2.3 比较法测定金属比热容 (5)2.3.1 实验原理 (5)2.3.2 实验装置 (6)2.3.3 实验数据记录及计算 (7)2.3.4 关于实验条件的讨论 (8)2．4 本章小结 (8)第三章液体物质比热容的测定 (9)3.1 利用牛顿冷却定律测定盐水的比热容 (9)3.1.1 实验原理与方法 (9)3.1.2 实验数据与处理 (10)3.1.3 小结 (12)3．2 电热法测液体比热容实验 (12)3.2.1 实验原理 (12)3.2.2 实验结果与讨论 (13)3．3 本章小结 (13)第四章气体物质比热容的测定 (15)4.1 对空气比热容比测定实验的研究 (15)4.1.1 气体比热容比测定实验原理 (15)4.1.2 实验结果及分析 (16)4.2 测定空气比热容比实验的探讨 (19)4．3 本章小结 (19)总结 (22)参考文献 (23)致谢 (24)第一章绪论物质的比热容是物质特性的重要参量，比热容数值可提供对理论物理计算的最直接验证，也是决定某些近代理论所用的假设是否适用的最直接方法。