《大学物理实验》-热学. 28页

（实验参数）孝感学院《大学物理实验•热学》实验报告天气气温：日期：2011年月日天气：实验室：湿度：姓名：学号：院系专业：指导教师：【实验题目】实验12金属线胀系数的测定【实验目的】1.学习用或测量2.测量o【实验仪器及型号】【实验原理及预习】1.线胀系数实验表明：在一定的温度范围内，原长为厶的物体，受热后具伸长量6与其温度的增加量&近似成,与原长厶亦成,即（式屮的比例系数a称为固体的线胀系数）大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次Z,请查表给出下列材料线胀系数的数量级。儿种材料的线胀系数材料铜、铁、铝普通玻璃、陶瓷熔凝石英Q数量级2.线胀系数的测量固体的长度随温度的升高而增加，设厶。为物体在温度t=or时的长度，则在常温下，物体在广c时的长度为设物体在温度“°C时的长度为厶，温度升高为/2°C时，其长度增加了》L=L+5=由上两式消去厶，整理后得a=\n而在实验条件下,\n所以G可近似写成a=1.试估计本实验中金属杆的伸长量，并据此选择合适的测量器具。⑴估算⑵可选用的测量器具：光杠杆反射傥待测杆外紡一加热菅一■电源开关'半台——支杆电远侥—标尺底朋2.用己学过的测量微小长度变化的仪器，设计另一种测量》的方案。【实验内容和步骤】1、用游标卡尺测出室温下待测金属杆的原长厶测三次求出算术平均值。2、安装好实验装置，调节螺钉，使千分表的指针转动一个微小的角度。3、打开加热开关，观察加热盘温度的变化，直至温度稳定。把此吋温度计为7；,读出千分表数值4、重复步骤3,设定温度依次递增5°C,且递增9次（如依次为55.0°C、60.0°C、65.0°C、70.0°C、75.0°C、80.0°C、85.0°C>90.0°C、95.0°C）,随着温度的上升，千分表开始旋转，当温度稳定后，千分表停止动作，记下此时的温度值①、T3、T”T5、T（、、T“％、T“T\Q及千分表读数（厶2、厶3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L|q）o5、川逐差法求出温度每升高5°C时铜杆的平均伸长量，并求出铜杆在这个温区内的线胀系数。6、将铜杆换成铁杆，重复以上步骤，测出铁杆在某个温区的线胀系数。请阐明实验中应注意的事项：（1）⑵\n【实验数据记录】1、测量铜杆的原长厶测量次数123平均值厶(mm)2、记录对应温度吋的千分表读数（逐差法）T/°CL!mm厶=T2=T^5°C=厶2=7；=7]+10°cJ厶3=T4=7；+15°C=厶4=7；=7]+20°C=厶=T6=T^25°C=厶6=T7=T{+30°C=厶7=%=7；+35°C=厶=T.=7\+40°C=厶9=7；0=7]+45°C=厶0=3、T•分表读数随温度变化表（曲线拟合法）序号千分表读数（）温度(__)实验数据教师核査签字（未签字数据无效）:【实验数据处理】1、计算得到铜杆的线胀系数（逐差法）①温度每升高5°C时，山逐差法处理数据，可得铜杆的平均伸长量》为：(nun)亍二（厶6-LJ+（厶一厶）+（厶一厶）+（厶一厶J+（厶。—厶）-5x5②铜杆在（£=°C,7]0=°C）温区的线胀系数为:\L\na=——5厶\n③谋差分析2、做金屈杆长度随温度变化的关系Illi线，并市此确定实验金屈杆的线胀系数【实验思考题和作业】1.试分析哪-个量是影响实验结果精度的主要因素?2.试举几个在口常生活和工程技术中应用或考虑线胀的实例。\n\n（实验参数）天气：气温：湿度：指导教师：孝感学院《大学物理实验•热学》实验报告日期：2011年月日天气：实验室：姓名：学号：院系专业：【实验题目】实验13冰的熔化热的测定【实验目的】[.测定o2.掌握基本的测热方法:o3.学习_种的方法。【实验仪器及型号】【实验原理及预习】1.用混合法测量冰的比熔解热⑴丿IJ混合法测量测量热的条件：该实验条件在具体实验中很难做到，木实验是通过控制实验的和以弥补的影响。⑵冰的比熔解热①熔解热的定义：O②杳表给出冰的熔解热的标准值厶=③本实验用混合法测量冰的比熔解热，由于在绝热系统中，某一部分所放出的热量等于其余部分所吸收的热量。在量热器筒中，用M克0°C的冰与加克7V）C的温水混合，当冰全部溶解成水时，平衡温度为T』C,设量热器内筒和搅拌器的质量分别为m2,其比热容分別为c2,在系统•外界无热量交换的条件下，有热平衡方程将上式整理得2.弥补散热修止⑴牛顿冷却定律文字表述：\n⑵散热修正在实验过程中，系统向环境散失的热量T公式:系统向环境吸收的热量⑶本实验中为满足Sa=Sb，初温厂2及末温「以及室温满足的关系是什么？T20,7|0,T2-0e_T\具体做法是要进行多次实验，而且在做完某次实验并绘制出八门川线后，根据Sa和Sb的面积判断出下一次实验应如何改变D和厲。如此反复多次，就能找出最佳的初温£和末温右。【实验内容和步骤】1.冰的制备问：冰块投入量热器内筒时，若冰块外面附有水，将对实验结果有何影响(只需定性说明)？答：2.合理选择各个参数的数值在做实验时可以适当选择数值的参量冇水的质量加、冰的质量M、初温C及末温八。在做第一次实验时，石可比环境温度高°C,水量约为量热器内筒容积的左右，放入的冰块必须，使冰尽快溶解。若末温石太低，第二次实验时为了提高末温，町以冰块的质量，也可以水的质量或初温。应该注意，末温不能选得太低，以免内筒外壁出现凝结水而改变其散热系数。3.冰的溶解热的测定(1)用物理天平分别称出最热器内筒和搅拌器的质最如、牝及水的质量刃，温度计入水体积5?。(2)从放入冰块前三四分钟开始测温，每隔0.5min测一次温度，读取6〜8个数据；记下放入冰块时刻，放入冰块后每隔10秒测一次水温；在温度达到最低温度后，继续测温五六分钟，何隔0.5min测一-次，读取10〜12个数据。应该注意，为使温度计读数确实代表所要测量的系统的温度，整个实验过程要不晒裁绘地进行搅拌。(3)利用上述数据在坐标纸上绘出C7曲线，用外推法确定投冰时的水温T2,参照图4-15-2的散热修正方法，尽可能准确地估算Sa和Sb面积，若相差太大，则应调整各参量的数值，重新做实验。若\n基本相等，则可转到下一步骤。(1)测量包括搅拌器、水及放入的冰块在内的量热器内筒总质量，并算出冰块的质量M。(2)算出冰的溶解热及作出标准不确定度的评定。\n【实验数据记录】1.测量数据记录水的比热容c0=J/g-°C铜的比热容c严J/g-°C次加1SA),将使厶的结果偏人还是偏小?\n（实验参数）孝感学院《大学物理实验•热学》实验报告天气气温：日期:姓名:2011年_月_日天气：实验室：湿度：学号：院系专业：指导教师：【实验题目】实验14液体表面张力系数的测定【实验目的】1.掌握用测量的原理和方法。2.测定液体表面的张力系数。【实验仪器及型号】【实验原理及预习】1.描述右图所示的焦利式秤2.表面张力系数⑴设想在液而上取一长为/的线段，则张力的作用表现在线段两边的液面以一定的拉力/相互作用，力的方向恒与线段，/的人小与线段的长度/成查表：纯水的表面张力系数67=（温度：）o\n1.液体表面张力系数的测定如图所示，取一“FT形金属丝，挂于钩码下，垂直浸入水中再徐徐上提，使金属丝与水而Z间出现一薄膜，提升弹赞至水膜拉断时，满足的方程由此求得【实验内容和步骤】1.按原理图装好仪器，调节,使套筒,使指示镜上下移动时O2.测定弹簧的劲度系数k（1）在之前，转动手轮和移动夹子11，使指示管和指示镜上的刻度线（一经对准，不得再移动指示器的位置）。用焦利氏秤上的读出铜管尺上的数值并记录。（2）在铝盘中加1克麻码，慢慢转动手轮，再使（应在弹簧停止振动时观察），再读数并记录（3）在铝盘中再加1克祛码，重复步骤2（2）。如此下去，每次增加1克祛码，直到所加祛码共9克为止。然后每次减少祛码1克，到零为止。（4）将相同负荷下的读数值平均，用计算，或是用求值3.测水的表面张力系数（1）洗净玻璃血，盛满蒸镭水，放置在平台上。（2）用锻了夹住“rr形金属丝挂在铝盘上，转动手轮使（一经对准，再不得移动指示管），读数并记录（此时读数为）。（3）旋转旋钮，使平台上升，把金属丝浸没水中，然后使平台下降，当“rr形金属丝叉到液体膜张力作用时，必须用左手,右手,使弹簧,以随时保持,直到为止，读数并记录（设此时记录为厶）。弹簧的伸长=,测量AL共5次，取平均值。\n（4）测量水温，查出对应的。值。（5）测量Z,d,力的值。（6）计算Q值，并查出所测得水温下的理论值，求出百分误差，其屮F-0二*4.测肥皂水的表面张力系数。\n【实验数据记录】1.倔强系数斤的测虽舷码质量(克)舷码增加时厶―)祛码减少时厶(_)平均值2.测水的表面张力系数：水温匸°C厶o(c〃)L(cm)AA(cm)外边框长1(cm)细丝直径d(cm)螺母高度〃2(cm)螺母高度(cm)水膜高度h(cm)12345平均值XXXX实验数据教师核查签字(未签字数据无效):【实验数据处理】1.⑴用逐差法求焦利氏秤弹簧的劲度系数£⑵用作图法求焦利氏秤弹赞的劲度系数£\n1.测水的表面张力系数【实验思考题和作业】1.以卜"情况会使测量a值偏大还是偏小金属框的上边未挂平测（F-炉）时读得△厶值偏大忽略水膜的重量用摸过头发的手摸了金属丝2•分析引起液体表而张力系数测量不确定度的因素，哪一因素的影响较人?\n3“用毛细管屮水上升的高度测量水的表面张力系数=耍求写出原理，仪器装置和简耍步骤。（选作）\n（实验参数）孝感学院《大学物理实验•热学》实验报告天气气温：日期：2011年月日天气：实验室：湿度：姓名：学号：院系专业：指导教师：【实验题目】实验15用稳态平板法测定不良导体的导热系数【实验目的】1.用法测定o2.利用物体的求传热速率。3.了解相关仪器及热电偶温度。【实验仪器及型号】【实验原理及预习】1.傅立叶热传导定律文字表述：公式：2.用稳态法测量样品的导热系数原理⑴查表给出下歹幽质的热导系数铜：A=橡胶:2=⑵丿U稳态法测量样品的导热系数待测物B的上下表血分别和上下铜盘接触，热量III高温铜盘通过待测物B向低温铜盘传递。若B很薄，则通过B侧面向周围坏境的散热量可以忽略不计，视热量只沿着垂直待测圆板B的方向传递。那么，在稳定导热（即温度场小各点的温度不随时间而变）的情况下，在△/时间内，通过面积为S、厚度为L的匀质圆板的热量Ag=样品的导热系数2=3.用散热速率间接求导热速率⑴用散热速率间接求导热速率的依据答：\n⑵丿IJ散热速率间接求导热速率因为C的上表而和B的下表面接触，所以C的散热面积只有下表面和侧面积Z和，设为S部。设其全部表面积为S全，根据散热速率与散热面积成正比的关系可得：（些）阿-△/1而散热速率（等部就等于稳态时的导热速率等即:A0)一)iar—\t祁由散热曲线通过冷却速率求得,由比热容的基本定义X器’得（労屛=1.用稳态法测量样品的导热系数的计算公式Q=【实验内容和步骤】1.川游标卡尺多次测量下铜盘的直径D,厚度5及待测物厚度L,并川天平称衡下铜盘的质量M。2.安装调整仪器，连接测温，测压线路。3.根据稳态法，记录稳态时样品上下温度厂、T2o为了提高效率，加热时町先将红外灯的电源电压调到最高值，加热约20min后再降低至约140Vo然后，每隔5min测量一下温度示值。如约lOmin,样品上、下表面温度T】、T2示值不变，即认为已达稳定状态。4.测量下铜盘自然冷却过程温度示值，计算冷却速率。记录稳态T】、T2后，移去样品再加热，当下铜盘温度比T2高出约1O°C时，移去圆筒，让下铜盘自然冷却。每隔30s测取铜盘的温度示值，然示选取邻近T2的测量数据求出冷却速率Ko5.按冇关公式求导热系数几。\n【实验数据记录】1.散热圆铜盘C比热容：尸:散热圆铜盘C质量：m=；室温：°C；厚度h(mm)半径R(mm)12345平均12345平均散热圆盘c橡皮样品B2.测量与记录数据⑴稳态时，样品上表面的温度,下表面的温度石=⑵散热圆铜盘C白然冷却时温度记录n)温差电动势()T(°C)实验数据教师核查签字(未签字数据无效人【实验数据处理】1.根据冷却曲线来求出温度在石附近时的冷却速率£oMt=t2\n1.计算导热系数入。\n3.计算不确定度，并给出完整的结果表述。【实验思考题和作业】1.分析本实验的主要误差2•测定散热盘冷却速率时为什么要在稳态温度厂2附近选值?\n（实验参数）孝感学院《大学物理实验•热学》实验报告天气:气温：日期：2011年—月—日天气：实验室：湿度:姓名：学号：院系专业：指导教师：【实验题目】实验16热功当量的测定【实验目的】1.用法测定热功当量。2.进_步熟悉【实验仪器及型号】【实验原理及预习】1.热功当量1Cal=J2.用电热法测定热功当虽如果加在电阻两端的电压为U,通过的电流为/,通电时间为则电流作功为A=若这些功全部转化为热最，使一个盛水的最热器系统的温度从To°C升高到T/C,则系统所吸收的热最为Q=如果在过程中没有热量散失，按热功当量的定义，则有A=JQO热功当量J=1.散热修正实际上，在用电流加热使系统升温的过程中，系统是向外散热的。因此，系统实际达到的终温7；'要低于不散热时应该达到的终温7},必须进行散热修匸——修正终温。5T代表由于散热而引起的温度亏损（沁0）,则有Tf=问题归结为找ST.⑴根据牛顿冷却定律，在系统温度与环境温度相差不太大时，系统处于自然冷却的情况下，系统的散热致冷速率dT~dt~\n积分得o⑵散热系数设从切断电流系统开始自然冷却后的某时刻温度为町时开始计时，经时间/后，系统温度降至7；',则可求得散热系数K=⑶温度亏损系统在不同温度卜•每分钟由散热引起的温度亏损dT=终温的温度亏损8T=由此可求得修正后的终温7；。【实验内容和步骤】(1)先将温度传感器探头悬在空气中，直接读室温0。(2)用天平分别称量量热器内筒及内筒盛水后的质量o(3)按图接好电路。(4)接通电源，立即开始搅拌，当温度高于室温后，即记录起始温度％,然后每隔1分钟记一次温度值，共记16次，然后断开电源。(5)切断电源后，待温度不再升高后，开始记录降温的初始温度厂°,之后每隔一分钟记录一次温度值，共记16次。\n【实验数据记录】1.比热容参数记录项II质fi(g)比热容()2.电功记录【实验数据处理】1.散热系数电压(V)电流⑷3.温度记录:室温：升温时间(S)温度(°C)降温时间(S)温度(°C)实验数据教师核查签字(未签字数据无效):2.散热修正和热功当量的计算，和理论俏比较，分析测量值偏大或者是偏小的原因\n【实验思考题和作业】1.该实验所必须的实验条件与采用的实验基本方法各是什么?系统误差的來源可能有哪些?如果发生以下情况?实验结果是偏大还是偏小？实验过程屮无意将水溅出温度计太靠近加热电阻丝室温未测准（偏高或偏低）搅拌不充分\n孝感学院《大学物理实验•热学》考核报告姓名：学号：院系专业：指导教师：【考核题目】热学实验总结【考核要求】1.总结热学实验屮皿掌握的实验技能和实验方法1.总结热学实验屮的基木问题….测温、测热方法，散热修正方法2.其他