探究比熱的測定實驗

用混合法測比熱，實驗過程中的熱損失是不可避免的，因此測得的比熱值理應偏小。事實上，有些學生測得的比熱值卻是偏大的。這里就上述問題提出探究。

該實驗測得的物理量有

1.金屬塊、鋁小筒、水的質量。

2.水的初溫、金屬塊的初溫、水和金屬塊的混合溫度。

以上6個物理量，用天平測質量以克為單位可準讀小數1位，用普通溫度計測溫度以℃為單位可估讀小數1位。

根據Q吸=Q放

Q吸 = c水m水（tt01）+c鋁m鋁（tt01）

=(c水m水+c鋁m鋁筒)△t1；

Q放 = c金屬m金屬（t02t）

= c金屬m金屬△t2。

將問題作逆向探討。若鋁的比熱為已知c鋁=0.20卡/克℃，并設金屬塊為鋁塊，質量m鋁塊=30克，m鋁筒=30克，m水=80克，則水的熱容量為80卡/℃，鋁銅的熱容量為6卡/℃，鋁塊的熱容量為6卡/℃，如果實驗沒有失誤，熱損失已盡可能的避免，那么，水的升溫△t1=tt01，若產生1℃的偏差，Q吸就有80卡+6卡=8/6卡的偏差。金屬塊降溫△t2=t02t，若產生1℃的偏差，Q放只有6卡的偏差。一般△t1的量較小，約5€白笥遙鱰2的量較大，約70～80℃，為△t1的十幾倍。從影響誤差的權重計較，△t1的準確度要比△t2的準確度重要得多。為減少△t1的偏差，必須使t01、t的讀記準確，估讀不能粗疏（本例，△t1偏多0.4℃，相當于0.5克熱水帶進小筒）。t的讀數偏高而t01的讀數偏低，測得的比熱值就會偏大。整個實驗，測混合t是重點也是難點。

鋁筒和鋁塊雖然質量相當、熱容量相當，但在初步訓練測比熱時，鋁筒的吸熱量即可忽略。因為主吸熱量為水的吸熱Q水吸=80△t1，而鋁筒的吸熱量6△t1僅占總吸熱量86△t1中的小部分，總吸熱量即是鋁塊的放執量：86△t1=6△t2。鋁筒的吸熱量之略與不略的比較是80:86，其偏差率不到7%（見本文例1中的c1、c2）。

探究質量測定的偏差對該實驗誤差的影響

用天平測質量可能偏差0.1克，則吸熱偏差△t1+△m筒c鋁△t1<2卡，放熱量偏差△Q放=c鋁△m鋁△t2<2卡。所以，在初步訓練測比熱時，水的質量測定使用量筒代替天平也是許可的。

實驗的指導教師一定要注意實驗的思想方法，分析各個實驗數據在該實驗中的地位，分清主次，精其當精，略其可略，才能達到事半功倍的效果。

再舉一例說明：將90℃左右的多量熱水倒入較大的燒杯（省去酒精燈對水加熱煮沸過程）。把拴好細線的金屬塊放在熱水中攪動。熱水中插入溫度計測溫。當溫度相對穩定時，提投金屬塊到鋁小筒中，并在提投金屬塊的瞬時讀記金屬塊的瞬時溫度t02。其余步驟不改，用這簡測法測得的三組數據如下表所記：

C1為忽略量熱器小筒吸熱所測得的比熱；

C2為不忽略量熱器小筒吸熱所測得的比熱。

從上表可知，這種簡測法是有效的，對實驗條件較差的學校不失為可取的實驗。由于當時當地大氣壓的關系，水的沸點未必都是100℃，因此，金屬塊的初溫t02可以是98℃或更低些。

指導學生實驗，不但教學生練習實驗技能，更要使學生知道實驗要領，使學生學習物理和探究問題的方法，從實驗訓練中提高學生的觀察能力、分析問題能力和解決問題能力。

作者單位：海南省文昌市華僑中學

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。