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用混合法测比热,实验过程中的热损失是不可避免的,因此测得的比热值理应偏小。事实上,有些学生测得的比热值却是偏大的。这里就上述问题提出探究。
该实验测得的物理量有
1.金属块、铝小筒、水的质量。
2.水的初温、金属块的初温、水和金属块的混合温度。
以上6个物理量,用天平测质量以克为单位可准读小数1位,用普通温度计测温度以℃为单位可估读小数1位。
根据Q吸=Q放
Q吸 = c水m水(tt01)+c铝m铝(tt01)
=(c水m水+c铝m铝筒)△t1;
Q放 = c金属m金属(t02t)
= c金属m金属△t2。
将问题作逆向探讨。若铝的比热为已知c铝=0.20卡/克℃,并设金属块为铝块,质量m铝块=30克,m铝筒=30克,m水=80克,则水的热容量为80卡/℃,铝铜的热容量为6卡/℃,铝块的热容量为6卡/℃,如果实验没有失误,热损失已尽可能的避免,那么,水的升温△t1=tt01,若产生1℃的偏差,Q吸就有80卡+6卡=8/6卡的偏差。金属块降温△t2=t02t,若产生1℃的偏差,Q放只有6卡的偏差。一般△t1的量较小,约5€白笥遥鱰2的量较大,约70~80℃,为△t1的十几倍。从影响误差的权重计较,△t1的准确度要比△t2的准确度重要得多。为减少△t1的偏差,必须使t01、t的读记准确,估读不能粗疏(本例,△t1偏多0.4℃,相当于0.5克热水带进小筒)。t的读数偏高而t01的读数偏低,测得的比热值就会偏大。整个实验,测混合t是重点也是难点。
铝筒和铝块虽然质量相当、热容量相当,但在初步训练测比热时,铝筒的吸热量即可忽略。因为主吸热量为水的吸热Q水吸=80△t1,而铝筒的吸热量6△t1仅占总吸热量86△t1中的小部分,总吸热量即是铝块的放执量:86△t1=6△t2。铝筒的吸热量之略与不略的比较是80:86,其偏差率不到7%(见本文例1中的c1、c2)。
探究质量测定的偏差对该实验误差的影响
用天平测质量可能偏差0.1克,则吸热偏差△t1+△m筒c铝△t1<2卡,放热量偏差△Q放=c铝△m铝△t2<2卡。所以,在初步训练测比热时,水的质量测定使用量筒代替天平也是许可的。
实验的指导教师一定要注意实验的思想方法,分析各个实验数据在该实验中的地位,分清主次,精其当精,略其可略,才能达到事半功倍的效果。
再举一例说明:将90℃左右的多量热水倒入较大的烧杯(省去酒精灯对水加热煮沸过程)。把拴好细线的金属块放在热水中搅动。热水中插入温度计测温。当温度相对稳定时,提投金属块到铝小筒中,并在提投金属块的瞬时读记金属块的瞬时温度t02。其余步骤不改,用这简测法测得的三组数据如下表所记:
C1为忽略量热器小筒吸热所测得的比热;
C2为不忽略量热器小筒吸热所测得的比热。
从上表可知,这种简测法是有效的,对实验条件较差的学校不失为可取的实验。由于当时当地大气压的关系,水的沸点未必都是100℃,因此,金属块的初温t02可以是98℃或更低些。
指导学生实验,不但教学生练习实验技能,更要使学生知道实验要领,使学生学习物理和探究问题的方法,从实验训练中提高学生的观察能力、分析问题能力和解决问题能力。
作者单位:海南省文昌市华侨中学
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
该实验测得的物理量有
1.金属块、铝小筒、水的质量。
2.水的初温、金属块的初温、水和金属块的混合温度。
以上6个物理量,用天平测质量以克为单位可准读小数1位,用普通温度计测温度以℃为单位可估读小数1位。
根据Q吸=Q放
Q吸 = c水m水(tt01)+c铝m铝(tt01)
=(c水m水+c铝m铝筒)△t1;
Q放 = c金属m金属(t02t)
= c金属m金属△t2。
将问题作逆向探讨。若铝的比热为已知c铝=0.20卡/克℃,并设金属块为铝块,质量m铝块=30克,m铝筒=30克,m水=80克,则水的热容量为80卡/℃,铝铜的热容量为6卡/℃,铝块的热容量为6卡/℃,如果实验没有失误,热损失已尽可能的避免,那么,水的升温△t1=tt01,若产生1℃的偏差,Q吸就有80卡+6卡=8/6卡的偏差。金属块降温△t2=t02t,若产生1℃的偏差,Q放只有6卡的偏差。一般△t1的量较小,约5€白笥遥鱰2的量较大,约70~80℃,为△t1的十几倍。从影响误差的权重计较,△t1的准确度要比△t2的准确度重要得多。为减少△t1的偏差,必须使t01、t的读记准确,估读不能粗疏(本例,△t1偏多0.4℃,相当于0.5克热水带进小筒)。t的读数偏高而t01的读数偏低,测得的比热值就会偏大。整个实验,测混合t是重点也是难点。
铝筒和铝块虽然质量相当、热容量相当,但在初步训练测比热时,铝筒的吸热量即可忽略。因为主吸热量为水的吸热Q水吸=80△t1,而铝筒的吸热量6△t1仅占总吸热量86△t1中的小部分,总吸热量即是铝块的放执量:86△t1=6△t2。铝筒的吸热量之略与不略的比较是80:86,其偏差率不到7%(见本文例1中的c1、c2)。
探究质量测定的偏差对该实验误差的影响
用天平测质量可能偏差0.1克,则吸热偏差△t1+△m筒c铝△t1<2卡,放热量偏差△Q放=c铝△m铝△t2<2卡。所以,在初步训练测比热时,水的质量测定使用量筒代替天平也是许可的。
实验的指导教师一定要注意实验的思想方法,分析各个实验数据在该实验中的地位,分清主次,精其当精,略其可略,才能达到事半功倍的效果。
再举一例说明:将90℃左右的多量热水倒入较大的烧杯(省去酒精灯对水加热煮沸过程)。把拴好细线的金属块放在热水中搅动。热水中插入温度计测温。当温度相对稳定时,提投金属块到铝小筒中,并在提投金属块的瞬时读记金属块的瞬时温度t02。其余步骤不改,用这简测法测得的三组数据如下表所记:
C1为忽略量热器小筒吸热所测得的比热;
C2为不忽略量热器小筒吸热所测得的比热。
从上表可知,这种简测法是有效的,对实验条件较差的学校不失为可取的实验。由于当时当地大气压的关系,水的沸点未必都是100℃,因此,金属块的初温t02可以是98℃或更低些。
指导学生实验,不但教学生练习实验技能,更要使学生知道实验要领,使学生学习物理和探究问题的方法,从实验训练中提高学生的观察能力、分析问题能力和解决问题能力。
作者单位:海南省文昌市华侨中学
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。