___ ______ 201__г. Фамилия, Имя 8а класс Дата Лабораторная

___ _________ 201__г.
__________________________
Фамилия, Имя 8а класс
Дата
Лабораторная работа № 2
Измерение удельной теплоемкости твердого тела
Цель работы: определить удельную теплоемкость трёх металлических цилиндров.
Измерительные приборы: калориметр, термометр, весы, гири.
Материалы и вспомогательные принадлежности: стакан с водой металлические
цилиндры из стали, алюминия, латуни на нити, сосуд с горячей водой
Порядок выполнения работы:
1.
Определите цену деления и предел измерения мензурки и термометра, весов. Запишите
характеристики приборов в таблицу 1.
Таблица 1. Характеристики измерительных приборов
Погрешность
Цена
Предел
Название прибора
деления С
измерения П
измерения Х
Мензурка
Термометр лабораторный
Весы ученические
2.
Налейте в калориметр воду комнатной температуры массой 100—150 г. (масса
рассчитывается по объёму воды, а объём измеряется мензуркой). Измерьте температуру воды t1.
3.
Запишите температуру горячей воды t2 в сосуде нагревателя на демонстрационном столе,
где находятся металлические цилиндры (эта температура и будет начальной температурой
цилиндра). При помощи металлического крючка или нити достаньте нагретый цилиндр из
сосуда с горячей водой и немедленно опустите его в калориметр с водой. Калориметр всё
время должен быть закрыт крышкой для уменьшения неучтённых потерь тепла!
4.
После опускания горячего цилиндра и установления теплового равновесия (температура
перестаёт меняться) измерьте температуру воды в калориметре.
5.
С помощью весов определите массу металлического цилиндра, предварительно обсушив
его салфеткой.
6.
Все данные измерений запишите в таблицу 2. Повторите измерения с тем же цилиндром.
Таблица 2 Результаты измерений и вычислений
Масса
№ опыта,
Начальная
Масса
воды
наименование
температура цилиндра
металла
в калориметре, m1, г
воды t1, oС
m2 , г
Начальная
температура
цилиндра,
t2 , o С
Общая
температура
воды и
цилиндра , oС
1
2
3
7.
Вычислите удельную теплоёмкость металла, из которого изготовлен калориметрический
цилиндр. Запишем необходимые для этого уравнения:
а) количество теплоты Q1; которое получила вода при нагревании:
Q1 = c1m1(-t1), здесь с1 — удельная теплоемкость воды; с1= 4,2Дж/г градС
(1)
б) количество теплоты Q2, отданное металлическим цилиндром при охлаждении:
Q2 = c2m2(t2 - ), где с2 — удельная теплоемкость вещества цилиндра, значение которой
надо определить.
Зная, что количество теплоты, полученное водой при нагревании, равно количеству
теплоты, отданному цилиндром при охлаждении, можно записать:
Q1 = Q2, или c1m1(-t1) = c2m2(t2 - )
(2)
В полученном уравнении (3) неизвестной величиной является удельная теплоемкость с2;
Подставив в уравнение значения величин, измеренных на опыте, вычислите с2 — удельную
теплоемкость вещества, из которого изготовлен цилиндр. Сравните ее с табличным значением.
m1 ( t1 )
Q1
(3)
2  1 m2 ( t2  )  m2 ( t2  )
Таблица 3. Результаты вычислений
Удельная теплоёмкость металла Дж/г
Совпадают ли
Количество
град С
значения
теплоты
Границы с2 с
№ опыта,
с
2 и с2таб
Q1, получ.
учётом абс.
табличная
измеренная
наименование водой
с
учётом
погрешности
при
с
2таб=
погрешности
с
=
металла
2
измерения
нагревании,
?
Q
m
(t

),
с2+Δс2
/
1
2 2
Дж
Да/нет
с2-Δс2,
c
c
1
2
3
8.
Расчёт погрешности измерения удельной теплоёмкости – достаточно сложная физикоматематическая задача. Можно принять абсолютную погрешность измерения с2 равной
с2 =+/-0,06Дж/г*градС
Вывод: 1) Я научил____ путём измерений определять удельную теплоёмкость металла.
Измеренное значение теплоёмкости с2 _______________ с2таб с учётом абсолютной
больше, меньше, равно
погрешности измерений. Причины отклонения:
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
Оценивание работы:
на «3»
выполнена 1 серия измерений без учёта погрешности
на «4»
Выполнено 2 серии измерений с учётом готового значения погрешности
на «5»
Выполнено 3 и более серий измерений с учётом готового значения погрешности
На дополнительную оценку «5» - выполнен и подробно записан на отдельном листе
самостоятельный расчёт погрешности измерения Δс2 для конкретных результатов измерений
по приведённому образцу расчёта.
Оценим абсолютную погрешность измерения удельной теплоёмкости металла с2
c2  c1 mm21((t2t1 ))

Q1
m2 ( t2  )
(3)
Для оценки абсолютной погрешности косвенного измерения удельной теплоёмкости
металла с2 необходимо сначала вычислить относительную погрешность с2. Относительная
погрешность с2 равна сумме относительных погрешностей всех сомножителей и делителей в
формуле (4). Таким образом, согласно формуле (3) получаем:
c2  c1  m1   (  t1 )  m2   (t2   )
(4)
или, выражая относительные погрешности через абсолютные погрешности, получим:
c 2
c1
m1
2t o
m2
2t o





c2
c1
m1
(  t1 )
m2
(t2   )
(5)
В формуле (5) первое слагаемое равно нулю, так как предполагается, что удельная
теплоёмкость воды измерена с очень высокой точностью. В третьем и пятом слагаемых
коэффициент 2 необходим, так как температура воды и температура металла измеряется
дважды, а, значит, и ошибка удваивается. Масса воды m1 вычисляется через измерение объёма
мензуркой, поэтому абсолютная погрешность измерения массы Δm1 = +/-0,5 г, а масса
металлического цилиндра измеряется при помощи весов, поэтому Δm2= +/-0,1 г
c 2
0 0,5г 1o
0,1г 1o
 
 o 

 0  0,005  0,1  0,0025  0,02  0,1275 (7)
c2
c1 100г 10
40г 50 o
Как видно из приблизительного расчёта погрешности (7), наибольший вклад в величину
относительной погрешности измерений даёт погрешность измерения массы воды. Если масса
воды взята, например, 50г, погрешность вырастет вдвое. В приблизительном расчёте учтено,
что вода имеет большую теплоёмкость, чем металл, поэтому вода должна изменить свою
температуру на меньшую величину, чем металлический цилиндр. Предположим, что мы
измеряли удельную теплоёмкость стали. Табличное значение с2таб=500Дж/кг*градС =
=0,5 Дж/г*градС. Измеренное значение может оказаться несколько меньше табличного.
Подумайте, почему. Пусть измеренное значение удельной теплоёмкости с2=450Дж/кг*градС
С учётом этого абсолютную погрешность измерения можно оценить следующим образом:
с2  с2  с2  0,45 Дж / г  градС  0,1275  0,0574 Дж / г  градС  0,06 Дж / г  градС
Тогда для данного примера можно считать, что с2=(0,45+/-0,06)Дж/г*градС или в СИ
с2=(450+/-60)Дж/кг*градС. Таким образом, истинное значение удельной теплоёмкости с2
может лежать в интервале от 390 Дж/кг*градС до 510 Дж/кг*градС