基础物理实验研究性报告热学系列

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1、基础物理实验研究性报告基础物理实验研究性报告热学系列实验第一作者：第二作者：2012年12月15日37/37基础物理实验研究性报告摘要在基础实验中做了热学系列的两个实验后，深感数据处理计算难度之大。故此次研究性实验我选择了热学系列，对实验原理，实验装置以及后期的数据处理做了研究，并尝试利用现代技术手段和专业知识来解决实验问题与实际问题。关键词：热学，数据处理，现代技术，专业知识，实际问题37/37基础物理实验研究性报告目录1实验要求52实验原理52.1测定冰的熔解热实验52.1.1一般概念52.1.2装置简介62.1.3实

2、验原理72.2电热法测量焦耳热功当量实验102.2.1一般说明102.2.2散热修正103实验仪器114实验内容114.1测定冰的熔解热实验114.1.1合理选择实验参量114.1.2记录有关常数124.1.3测定实验过程中系统温度随时间的变化124.1.4数据处理134.2电热法测量焦耳热功当量实验134.2.1测量各种质量134.2.2测量时间-温度关系134.2.3测量加热器的电功率134.2.4数据处理145数据处理145.1原始数据145.1.1测定冰的熔解热实验145.1.2电热法测量焦耳热功当量实验155.2

3、数据处理1537/37基础物理实验研究性报告5.2.1测定冰的熔解热实验155.2.2电热法测量焦耳热功当量实验186对实验改进的探究216.1基础实验中的已有的改进216.1.1实验装置、原理及仪器的改进216.2可以继续改进的部分216.2.1对孤立系统的改进216.2.2对实验器材的建议227对大量数据处理的探究237.1利用Excel编程实现数据的统计处理237.1.1测定冰的熔解热实验237.1.2电热法测量焦耳热功当量实验247.2利用高级语言程序设计处理数据277.2.1测定冰的熔解热实验277.2.2电热法

4、测量焦耳热功当量实验297.3对数据处理的分析：348总结358.1本次研究性实验总结与感想358.2对本学期基础物理实验课程的总结与感想358.3对本课程的小建议369.参考文献3737/37基础物理实验研究性报告1实验要求1.1熟悉热学实验中的基本问题——量热和计温；1.2研究电热法中作功与传热的关系；1.3学习两种进行散热修正的方法——牛顿冷却定律和一元线性回归法；1.4了解热学实验中合理安排实验和选择参量的重要性；1.5熟悉热学实验中基本仪器的使用。2实验原理2.1测定冰的熔解热实验2.1.1一般概念一定压强下晶体

5、开始熔解时的温度，也就是该物质的固态和液态可以平衡共存的温度，称为该晶体物质在此压强下的熔点。对于晶体而言，熔解是组成物质的粒子由规则排列向不规则排列的过程，破坏晶体的点阵结构需要能量，因此，晶体在熔解过程中虽吸收能量，但其温度却保持不变。单位质量的晶体物质在熔点时从固态全部变成液态所需的热量，叫做该晶体物质的熔解潜热，亦称熔解热。本实验用混合量热法测定冰的熔解热。其基本做法如下：把待测系统A和一个已知热容的系统B混合起来，并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统C（C=A+B）.这样A（或B）所放出的热量，全部为

6、B(或A)所吸收。因为已知热容的系统在实验过程中所传递的热量Q，是可以由其温度的改变δT和热容Cs计算出来，即Q=CsδT，因此待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。由此可见，保持系统为孤立系统，是混合量热法所要求的基本条件。这要从仪器装置、测量方法以及实验操作等各方面去保证。如果这样做以后，实验过程中与外界的热交换仍不能忽略，就要进行散热或吸热修正。温度是热学中的一个基本物理量，量热实验中必须测量温度。一个系统的37/37基础物理实验研究性报告温度，只有在平衡时才有意义，因此计温时必须使系统各处温度达到均匀。用温度

7、计的指示值代表系统温度，必须使系统与温度计之间达到热平衡。2.1.2装置简介为了使实验系统（包括待测系统与已知其热容的系统）成为一个孤立系统，本实验采用了量热器。热量传递有三种方式：传导、对流和辐射。因此，热学实验应使系统与环境之间的传导、对流和辐射都尽量简小，量热器可以近似满足这样的要求。量热器的种类很多，随测量的目的、要求、测量精度的不同而异，最简单的一种如图所示，它由良导体做成的内筒放在一较大的外筒中组成。通常在内筒中放水、温度计及搅拌器，它们（内筒、温度计、搅拌器及水）连同放进的待测物体就构成了我们所考虑的（进行实

8、验的）系统，内筒、水、温度计和搅拌器的热容是可以计算出来或实测得到的，在此基础上，就可以用混合法进行量热实验了。内筒置于一绝热架上，外筒用绝热盖盖住，因此空气与外界的对流很小，又因为空气是不良导体，所以内、外筒间靠传导方式传递的热量同样可以减至很小，同时由于内筒的外壁及外筒的内外壁都电镀得十分光亮，使得