测定冰的溶解热研究性报告.doc

物理实验(A)研究性报告测定冰的溶解热实验院系名称能源与动力工程学院专业名称飞行器动力工程第一作者姓名洪启臻(13041222)第二作者姓名赵欣（13041235）2014 年 12月 12日摘要本研究性报告针对基础物理实验（A）中的“测定冰的溶解热实验”（1020113）就实验原理、实验方法及实验结果进行了描述和总结，就实验各个过程中对实验结果造成误差的可能性因素做出了分析，并提出了一些对实验方法的改进及建议。本实验采用散热修正的方法，但是在用面积法对初末温度进行修正的过程中，缺乏较高的精确性。在我们的研究性报告中将利用C语言编程以及EXCEL软件拟合曲线方法，减小实验误差，得到更加准确的实验结果。关键词：溶解热 牛顿冷却定律 Excel一、实验原理 ： 若有M克T1的冰（设在实验室环境下其熔点为T0）与m克T2的水混合。冰全部熔解为水后的平衡温度为T3。设量热器的内筒和搅拌器的质量分别为m1、m 2，比热容分别为C1、C 2。温度计的热容为如果实验系统为孤立系统，将冰投入盛有T2水的量热器中，则有： 0.43M(T0-T1)+ML+M(T3-T0) =(mc0+m l c l+m2 c2+)(T2-T3)式中L为冰的熔解热。 在本实验室条件下，冰的温度可认为是O,即T1=0，冰的熔点也可以认为是0，即T0=0,所以冰的熔解热 L= (mc0+m l c l+m2 c2+)(T2-T3)-c0T3 +c lT1 尽管注意到了上述的各个方面，但除非系统与环境的温度时时刻刻完全相同，否则就不可能完全达到绝热的要求。因此，在作精密测量时，就需要采用一些办法来求出实验过程中实验系统究竟散失或吸收了多少热量。一个系统的温度如果高于环境温度，它就要散失热量。实验证明，当温度差相当小时（约为不超过1015），散热速度与温度差成正比。此即牛顿冷却定律。用数学形式表示可写成： 1式这里是系统散失的热量，是时间间隔，K是一个常数（称为散热常数），与系统表面积成正比并随表面的吸收或发射辐射热的本领而变，T、分别是我们所考虑的系统及环境的温度，称为散热速率，表示单位时间内系统散失的热量。 本实验中，我们采用根据牛顿冷却定律粗略修正散热的方法。已知当T时，0，系统向外散热；当T0时，终温T30,系统散热；后一项T-0，系统吸热。上图中面积，面积。由此可见，面积与系统向外界散失的热量成正比即；面积与系统由外界吸收的热量成正比；因此，只要使系统对外界的吸热和散热就可以相互抵消。K是散热常数。这就是我们为了减小实验过程中系统误差的“面积补偿法”。2、 实验仪器 ：量热器、电子天平、温度计、数字三用表、加温器皿、水桶、量筒、冰、停表、干拭布等。 3、 实验内容及主要步骤：1. 将内筒擦干净，用天平称出搅拌器加内筒的质量的总和m1；2. 筒中装入适量的水（约高于室温10-15，水质量160-200g），用天平称得内筒加搅拌器加水的质量m1+m；3. 将内筒置于量热器中，盖好盖子，插好搅拌器和温度计，开始计时并轻轻上下搅动量热器中的水，观察热水的温度变化（如每隔1min记录一个数据），去三到五个点，能得到水温下降的趋势即可，并得到一个初始温度；4. 初始温度记录后马上从冰箱中取出预先备好的冰块，同时投入水中；5. 用搅拌器轻轻上下搅动量热器中的水，记录温度随时间的变化，每15s读一次数，当系统出现最低温T3()时，说明冰块完全溶解系统基本达到热平衡，再记录回升温度5个点（每1min 测一次），得到水温上升曲线，最末温度必须低于环境温度；6. 将内筒拿出，用天平称出内筒（包括搅拌器）和水的质量m1+m+M；7. 实验完毕，整理仪器，处理数据。4、 实验数据及处理：1.原始数据m搅拌棒+内筒m内筒m内筒+水m内筒+水+冰m水m冰T环境T冰140.80g116.24g279.93g388.96g163.69g109.03g19.607-21 2.对应温度时间t/s温度T/电阻/k时间t/s温度T/电阻/k时间t/s温度T/电阻/k032.0101124.528516.3141063.655513.8981054.26031.7511123.530016.1851063.161514.0261054.712031.5451122.731515.9791062.318031.5451122.733015.2601059.519529.0661113.134514.0521054.821025.1191097.836013.7181053.522521.5121083.837513.6661053.324019.0921074.439013.6661053.325518.2941071.343513.7181053.527017.0341066.449513.7691053.7其中温度与阻值的换算公式为R(t)R0(1AtBt2)，由于换算繁琐，我们通过C语言编程来解决此问题，快速换算出了温度值。程序代码如下：#include#includeint main()double a,b,c,disc,x1,x2,p,q;scanf(“%lf%lf%lf”,&a,&b,&c);disc=b*b-4*a*c;p=-b/(2.0*a);q=sqrt(disc)/(2.0*a);x1=p+q;x2=p-q;Printf(“x1=%7.2fnx2=%7.2fn”,x1,x2);Return 0; 3.数据处理通过excel作图得：对冰溶解前和溶解后的曲线作出趋势线：进一步利用散热修正法解得得出 T2=29.871T3=12.854由公式最后计算出 L= (mc0+m l c l+m2 c2+)(T2-T3)-c0T3 +c lT1 = 331.292kJkg-1五、实验误差分析1. 实验过程中，存在系统传热不均的问题。搅拌有不充分的地方，加热快或搅拌慢了，量热器内的水上热下凉，然而温度计测得的是高温层的水温，引起计算结果偏小，加热慢了或搅拌过快，搅拌器对水作的功和量热器散热引起计算结果偏大。 2. 拟合出来的曲线末端与实际曲线存在不能完全重合，导致计算误差。 3. 实验过程中涉及的热容包括铝质内筒、镀锌铁丝搅拌器、合金电阻丝和金属电阻感应器等，分别都测量热容比较困难，实际上有很多估计值。六.实验感想通过本次实验我们学习了牛顿冷却定律，以及两种散热修正的方法，尽管整个实验过程比较简单，但是这次实验以及数据处理的过程，我们收获颇多。首先，对于实验提出的修正方法。第一种散热修正已经能够是散热和吸热比较好的相互抵消，但是第二种修正方法又进行了进一步的改进，将热量的修正改为了对初末温度的修正，减少了对水初末温度的限制，使实验更加精确。第二，我们在处理数据的过程中，认识到虽然用电阻值及相应函数，得到具有较高精度的温度值是可以实现的，然而从实验操作到数据处理的每一个过程和细节都会直接影响到实验最终的精确度。因此我们想到了利用计算机技术，通过c语言以及Excel来处理数据。最后，是实验素养能力上有了较大的提高。物理实验是一门严谨、务实的学科，因为它的价值大多数依赖于实验精度，因此认真做实验，忠实数据和认真计算就显得尤为重要。在本次实验和以往的所有物理实验中我们都深深的感受到了这一点：不管是什么学科，严谨务实、实事求是、一丝不苟的态度绝对是完成一个学科活动所必须的品质。7. 讨论本次数据处理采用的曲线拟合方程进而通过散热修正的方法，方程对曲线部分做到了较好的拟合，其相关度R = 0.9981，拟合度较高，可信度较强。下面将该方法处理的数据与先前运用手工画图方法得出的数据进行相对误差对比：（冰的熔化热准确值 336 J/kg）（336-324.5）/336=0.034曲线拟合处理方法所得数据误差（336-331.292）/336=0.012由结果可以看出，曲线拟合处理方法比先前的方法小2.2%，证明曲线拟合方法得出的测量值精确度高，因此也证明了该方法更加简便并且有效，值得应用。8. 实验建议 本次实验较为简单，但在数据处理上却要花费很大的功夫。我们编制的温度换算程序可以在教学中让同学们使用，节省时间。而用Excel作图得