大学基础物理实验课件焦耳热功当量

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 ℃。

《焦耳定律》电功率PPT课件《焦耳定律》电功率PPT课件学习目标知道电流的热效应知道焦耳定律，会用焦耳定律进行计算能用焦耳定律解释简单的现象一、电流的热效应：电流通过导体时，导体会发热，电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。

电流通过导体产生热的多少跟什么因素有关？点亮的灯泡过一会儿会烫手，说明什么？导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不很热？说明什么？实验探究实验目的: 研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关实验方法: 控制变量法实验原理: 当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的空气温度升高、体积膨胀，导管里面原来一样高的液柱就会逐渐上升.电流产生的热量越多，液面就会上升得越高.我们可以通过管中液面上升的高度比较电流产生的热量.... ... ...电流的热效应与那些因素有关？[猜想与假设]1.可能与电阻有关。

电阻越大，电流热效应越大2.可能与电流有关。

电流越大，电流热效应越大3.可能与通电时间有关。

通电时间越长，电流热效应越大[设计实验]讨论1.当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用什么方法去研究？答:控制变量法讨论2.用什么方法和器材去观察那些不可见的物理量？答：转换法电热—气体（或液体）受热膨胀，观察产生热量的多少实验中，通过观察U形管中液面高度的变化来判断产生热量的多少，... ... ...实验结论：1、在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。

（I与t相同，R越大，Q越多）2、在通电时间、电阻相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。

（R与t相同，I越大，Q越多）3、在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，产生的热量越多。

（R与I相同，t越大，Q越多）二、焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。

我们学习了焦耳定律，怎样回答前面的问题？导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热呢？答：电炉通过导线接到电路中，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等，但电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻大得多，根据焦耳定律Q=I2Rt知，电流相等时，电阻大的，相同时间里放出的热较多，所以电炉丝很热，而导线却不热。

热功当量实验指导书一、实验目的：1.测量机械功转变为热能的能量守恒定律,并测量热功当量。

2.掌握热力学实验结果的曲线校正方法．二、仪器设备：J-FR3型热功当量实验仪、天平（50mg）及附件、烧杯、温度计（0.1C0）、秒表、砝码、钢卷尺．三、实验原理：J-FR3型热功当量实验仪的主要部分为两个黄铜制成密切相合的圆锥体。

外圆锥体直立于转轴上，可由摇轮通过皮带传动使其转动。

并有记转器与转轴相联。

内圆锥体系空心铜杯，可盛放水，上置大圆盘，沿圆盘外周用软线通过一小滑轮悬挂砝码，使产生一力矩，以阻止内圆锥体随同外圆锥体转动。

若此力矩与内圆锥体间的摩擦力矩相等且作用方向相反Array时，内锥体将停留不转动，砝码亦悬空。

此种情况下，相当于外锥体转动一样。

砝码下落所作的功则完全消耗在克服内外锥体间的摩擦，故若圆盘半径为R外锥体转动n转相当于砝码下落π2nR假定砝码质量为m则砝码下落所作之功，亦即消耗在内外锥体间的摩擦功为：π2nRmg此项摩擦消耗的功全部转变为热能。

其热量可由内外锥体及杯内所盛水的温度变化量予以求算。

四、实验步骤：1.熟悉仪器：先将大圆盘及内外两锥体取下，可看到外锥体底座有一缺口，安装时可将锥体转动位置待缺口对准轴上的销子，锥体即座落在轴上，扶正锥体并稍微向下压紧即可。

装上大圆盘处于近水平位置。

悬挂砝码钩的线一端固定在圆盘边上将线在盘周槽内套一圈再跨过小滑轮，并使悬线与圆盘成正切。

摇动摇轮，并一手拉住砝码钩，阻止圆盘及内锥体随同外锥体转动。

试摇数转后可加约100－200克砝码，使在外锥体静止时，能拖动圆盘带动内锥体转动。

再徐徐摇动摇轮，控制摇转的速度，将能使砝码悬挂在空中不动。

适当调节砝码重量，至摇轮每分钟约60转较为适宜。

2.记录数据：室温：由温度计读出；圆盘周长：用圆盘上的线绕圆盘一周，用钢卷尺测量细线的长度；搅拌棒的质量，内、外圆锥体的质量：由天平测出，记转器初始值：注意左边的计数盘每格为一转，而左边的计数盘每格为100转．壱弐用烧杯取大约100ｍｌ的水（注意：水的温度应低于室温大约10度为宜，可用温度计测量）. 放于天平上称出烧杯连同水的总质量，然后取下热功当量实验仪的大圆盘，将水加入到小圆锥体的小杯中，至杯口12～15ｍｍ为宜．然后称出剩余水及烧杯的总质量．并记录两次称量的结果，他们的差值即为我们实验中注入水的质量。

目的目的：以電熱法測出熱功當量。

實驗方法實驗方法：：由於在實際環境下用電功加熱系統使溫度升高的過程中，系統會向外散熱（原因在於系統溫度高於環境溫度）。

因此系統實際上所達到的末溫必低於沒有散熱情況時的末溫，故以牛頓冷卻定律將散熱導致的溫差求出，以求得較精確的結果。

原理原理：：早在1798年，德國侖福特以研究摩擦作功所產生的熱量，得知此熱量與供給的功成正比。

由能量守恆定理，當外界對一系統作功 W （單位"焦耳"），若這些功完全由系統轉換成內能（即熱量△H ，單位"卡"），我們能夠找出它們的換算關係W=J ×△H (1)其中的J 即為熱功當量，單位為"焦耳/卡"。

本實驗是要測量J 值。

若一系統是由不同比熱c i 和質量m i 的成分所構成，欲使此系統溫度升高△T ，需要的熱量△H ，可寫為△H =Σm i c i △T =C ×△T (2)其中C 代表整個系統的熱容，可寫成各成分的比熱與質量乘積之和。

若外界對系統作功W ，使系統溫度由T o 升到某一特定溫度T H ，由(2)式代回(1)式中可得其關係如下： W=J ×C ×(T H -T o ) (3)實驗儀器實驗儀器：：方法說明：本實驗的設計主要分成兩部分：一是測量系統熱容C ；二是對散熱所造成的誤差做修正，再與供給的電功比較，求出得較準確之熱功當量值J 。

一、測量系統熱容C設水的比熱為S(1卡/o C)，卡計系統（包括溫度計、鎳鉻線圈及銅杯等）熱容為C ，此時在卡計內的銅杯中，注入溫度T o 、質量M 克的水（約至半滿），並加熱到接近50℃ 時的溫度T H ，再量取約m 克（約與M 克差不多重），而溫度為T o 的水注入，攪勻後測得混合後的溫度T ave ，求出系統熱容C 。

(C+S ×M)(T H -T ave )=S ×m(T ave -T o )所以M S -)T -T ()T -T (m S =C ••ave H o ave (4)二、電熱法與散熱修正對於卡計系統，我們在鎳鉻線圈（電阻為R 歐姆）的兩端加電壓V （伏特），則輸入此系統的電功率為)(RV =P 2瓦特 (5)實際上，在用電功加熱系統使溫度升高的過程中，系統會向外散熱（原因在於系統溫度高於環境溫度）。

焦耳测定热功当量实验原理-回复焦耳测定热功当量实验原理是一种通过测量热量变化来确定物质的热功当量的实验方法。

热功当量即单位质量物质吸收或放出的热量，通常以焦耳/克（J/g）表示。

在这个实验中，我们将探索如何使用焦耳测定法来精确测量热功当量。

首先，让我们简要介绍一下实验所需的材料和设备。

为了进行焦耳测定热功当量实验，我们需要一个热量测量装置，例如一个热量容器，一个温度计和一个加热器。

此外，还需要一些试样物质，例如不同质量的水和一个可燃物质（如蜡烛）。

实验的第一步是准备实验装置。

首先，将热量容器装满一定量的水，并将温度计插入水中。

确保温度计完全浸入水中，并且不与容器底部接触。

接下来，将试样物质放入容器中，以便测量燃烧过程中释放的热量。

在第二步中，我们将点燃试样物质并观察燃烧过程。

例如，我们可以点燃蜡烛并将其放入热量容器中。

随着燃烧的进行，我们将观察到水温的变化以及可能产生的其他相关现象，如水的沸腾。

第三步是测量实验过程中发生的热量变化。

在观察燃烧过程的同时，我们将使用温度计记录水的温度变化。

在燃烧结束后，我们可以观察到水温的升高。

通过测量水的温度变化，我们可以计算出释放到水中的热量。

这个温度变化通常以摄氏度为单位，而热量的计算通常以焦耳为单位。

接下来是计算热功当量的步骤。

为了计算热功当量，我们需要知道试样物质的质量以及热量的变化。

我们可以称既定物质的热功当量为ΔH，质量为m，热量变化为q。

根据热功当量的定义，我们可以使用下面的公式计算热功当量：ΔH = q / m在这个公式中，热功当量ΔH的单位是焦耳/克（J/g），热量q的单位是焦耳（J），质量m的单位是克（g）。

最后，重复实验多次以获得更准确的结果。

由于实验中可能存在一些误差因素，例如水与容器之间的热量损失，我们应该重复实验多次并取平均值以获得更可靠的热功当量。

总结一下，焦耳测定热功当量实验是一种通过测量热量变化来确定物质热功当量的实验方法。

该实验的步骤包括准备实验装置，点燃试样物质并观察燃烧过程，测量实验过程中的热量变化，计算热功当量并重复实验多次以获得可靠的结果。

《焦耳定律》课件ppt xx年xx月xx日CATALOGUE 目录•引言•焦耳定律基本概念•焦耳定律的数学表述及性质•焦耳定律实验及应用•热力学第一定律与焦耳定律的关系•课程总结与展望01引言焦耳定律是物理学中的一个基本原理，涉及能量转换和传导的过程。

原理的起源、发展和应用是物理学史和科技应用中的重要内容。

课程背景帮助学生了解焦耳定律的基本原理和重要意义。

掌握能量转换和传导的基本规律及焦耳定律的应用。

课程目的课程安排第一部分第二部分Array焦耳定律的基本原理和公式焦耳定律的起源、发展和意义第三部分第四部分焦耳定律的应用实例实验操作与演示02焦耳定律基本概念焦耳定律数学表达式焦耳定律可以用数学表达式进行表示，即Q=I^2Rt，其中Q表示热量，I表示电流强度，R表示电阻，t表示时间。

焦耳定律的简化表达式在纯电阻电路中，焦耳定律可以简化为Q=I^2Rt=U^2t/R，其中U表示电压。

焦耳定律的定义焦耳定律反映了电能转化为热能的过程，即电流通过电阻时，电能被转换成热能。

热量与电流强度、电阻和时间的关系焦耳定律指出了热量与电流强度、电阻和时间之间的关系，即电流强度越大、电阻越大、时间越长，产生的热量就越多。

物理学史背景焦耳定律的发现与电磁学的发展密切相关。

19世纪初，人们对电磁学的研究表明，电流通过电阻时会发热。

焦耳的实验研究19世纪中期，英国物理学家焦耳进行了大量的实验研究，通过测量电流通过电阻时产生的热量，发现了焦耳定律。

后续发展焦耳定律是电路中能量转化和传递的基本规律，是电路分析和设计的基础。

后续的物理学研究也对焦耳定律进行了验证和完善。

03焦耳定律的数学表述及性质焦耳定律的数学表述是电路中产生的热量等于电流的平方乘以电阻乘以时间。

数学表达式为$Q = I^{2}Rt$焦耳定律的数学表述焦耳定律表明，电路中产生的热量与电流的平方成正比，与电阻成正比，与通电时间成正比。

焦耳定律揭示了电路中能量的转化和传递规律，是电路分析和设计的重要基础。

热功当量和焦耳热功当量和焦耳焦耳18世纪，人们对热的本质的研究走上了一条弯路，“热质说”在物理学史上统治了一百多年。

虽然曾有一些科学家对这种错误理论产生过怀疑，但人们一直没有办法解决热和功的关系的问题，是英国自学成才的物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳为最终解决这一问题指出了道路。

焦耳（James P. Joule，1818—1889），英国物理学家。

是最先用科学实验确立能量守恒和转化定律的人。

1818年12月24日焦耳出生于英国曼彻斯特的索福特，他的父亲是一个酿酒厂主。

焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动，没有受过正规的教育。

青年时期，在别人的介绍下，焦耳认识了著名的化学家道尔顿。

道尔顿给予了焦耳热情的教导。

焦耳向他虚心学习了数学、哲学和化学，这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。

而且道尔顿教会了焦耳理论与实践相结合的科研方法，激发了焦耳对化学和物理的兴趣。

焦耳最初的研究方向是电磁机，他想将父亲的酿酒厂中应用的蒸汽机替换成电磁机以提高工作效率。

1837年，焦耳装成了用电池驱动的电磁机，但由于支持电磁机工作的电流来自锌电池，而锌的价格昂贵，用电磁机反而不如用蒸汽机合算。

焦耳的最初目的虽然没有达到，但他从实验中发现电流可以做功，这激发了他进行深入研究的兴趣。

1840年，焦耳把环形线圈放入装水的试管内，测量不同电流强度和电阻时的水温。

通过这一实验，他发现：导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流强度的平方之积成正比。

四年之后，俄国物理学家楞次公布了他的大量实验结果，从而进一步验证了焦耳关于电流热效应之结论的正确性。

因此，该定律称为焦耳-楞次定律。

焦耳总结出焦耳-楞次定律以后，进一步设想电池电流产生的热与电磁机的感生电流产生的热在本质上应该是一致的。

1843年，焦耳设计了一个新实验。

将一个小线圈绕在铁芯上，用电流计测量感生电流，把线圈放在装水的容器中，测量水温以计算热量。

这个电路是完全封闭的，没有外界电源供电，水温的升高只是机械能转化为电能、电能又转化为热的结果，整个过程不存在热质的转移。