【实验简介】固体在外力作用下都会发生形变，当形变不超过某限度时，撤去外力，形变会随之消失，这种现象称为弹性形变。物体发生弹性形变时，内部会产生恢复原状的内应力，杨氏模量是反映材料形变与内应力关系的物理量。通过钢丝杨氏模量的测定了解杨氏模量的物理意义，学习用光杠杆放大法测量长度的微小变化量，掌握光杠杆测量系统的调节和使用，学会用逐差法处理数据。【预习、操作要点】1.清楚热平衡方程中各量的物理意义。1克质量的物质，温度每升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量称为该物质的比热容，单位焦／（千克·度）。在温度变化范围不大时，可以认为它是常数，这样，克质量物质，自温度t1℃升至（或降低）t2℃所吸收或放出的热量Q=cm（t2-tl）。用混合法测固体的比热容是将高温与低温物体在一绝热容器内混合，高温物体放出的热量将全部被低温物体所吸收，最后两者达到同一温度（平衡温度），利用热交换定律算出其中被测物体的比热容。2.如何选择高温系统、低温系统。由于实验的热交换过程是在量热器中进行的，而量热器近似认为是一个孤立绝热系统，这样，无论其作为高温系统部分、低温系统部分，以及混合组成的新系统，都会向外界放热或吸热，即有热损耗发生，给准确测定各部分混合时刻的温度造成一定的困难。如此就必须进行散热修正，同时合理选择参与热交换的各有关物理量。本实验高、低温系统的组成有若干方式，比如：高温系统为高温水，低温系统为内筒、搅拌器、待测物、水等：或者高温系统为待测物，低温系统为内筒、搅拌器、水等，当然还有其它方式。由于系统与周围环境有热交换，为了减少这种影响，实验中通常使高温系统、低温系统混合时的温度分居室温两侧，且高、低温系统的初始温度也不要太高、太低（与室温温差30℃以内），以使高、低温系统的温度与时间的关系为线性变化。由仪器选配原则知道：对于热学实验，高温系统各部分所放出的热量所占比重相同，低温系统各部分吸收热量所占比重相同。由于参与热交换的量热器内筒、搅拌器的质量、比热容、容积是已知量，其温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量就能得知，其他各有关各量的估算从此入手，同时还要考虑到系统混合后的容积不大于内简容积的3/5，且待测物完全浸在液体中。一般情况下，低温系统混合时温度低于室温5℃左右，混合后热平衡温度高于室温10℃左右。3.外推散热修正。由于热平衡方程中各系统的温度分别为混合时刻的温度，这样，具体实验中就必须分别在同一张坐标纸上作出高温系统、低温系统、混合系统的温度与时间的关系曲线。在实测曲线BC（见图3-3-1）上找一点0，过0做一直线垂直于时
【实验简介】 固体在外力作用下都会发生形变，当形变不超过某限度时，撤去外力，形变会随之消失，这种现象称为弹性形变。物 体发生弹性形变时，内部会产生恢复原状的内应力，杨氏模量是反映材料形变与内应力关系的物理量。通过钢丝杨氏 模量的测定了解杨氏模量的物理意义，学习用光杠杆放大法测量长度的微小变化量，掌握光杠杆测量系统的调节和使 用，学会用逐差法处理数据。 【预习、操作要点】 1．清楚热平衡方程中各量的物理意义。 1 克质量的物质，温度每升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量称为该物质的比热容，单位焦/（千克·度）。在 温度变化范围不大时，可以认为它是常数，这样，m 克质量物质，自温度 t1℃升至（或降低）t2℃所吸收或放出的热 量 Q=cm（t2- t1）。 用混合法测固体的比热容是将高温与低温物体在一绝热容器内混合，高温物体放出的热量将全部被低温物体所吸收， 最后两者达到同一温度（平衡温度），利用热交换定律算出其中被测物体的比热容。 2．如何选择高温系统、低温系统。 由于实验的热交换过程是在量热器中进行的，而量热器近似认为是一个孤立绝热系统，这样，无论其作为高温系统部 分、低温系统部分，以及混合组成的新系统，都会向外界放热或吸热，即有热损耗发生，给准确测定各部分混合时刻 的温度造成一定的困难。如此就必须进行散热修正，同时合理选择参与热交换的各有关物理量。 本实验高、低温系统的组成有若干方式，比如：高温系统为高温水，低温系统为内筒、搅拌器、待测物、水等；或者 高温系统为待测物，低温系统为内筒、搅拌器、水等，当然还有其它方式。由于系统与周围环境有热交换，为了减少 这种影响，实验中通常使高温系统、低温系统混合时的温度分居室温两侧，且高、低温系统的初始温度也不要太高、 太低（与室温温差 30℃以内），以使高、低温系统的温度与时间的关系为线性变化。 由仪器选配原则知道：对于热学实验，高温系统各部分所放出的热量所占比重相同，低温系统各部分吸收热量所占比 重相同。 由于参与热交换的量热器内筒、搅拌器的质量、比热容、容积是已知量，其温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出） 的热量就能得知，其他各有关各量的估算从此入手，同时还要考虑到系统混合后的容积不大于内筒容积的 3/5，且待测 物完全浸在液体中。一般情况下，低温系统混合时温度低于室温 5℃左右，混合后热平衡温度高于室温 10℃左右。 3．外推散热修正。 由于热平衡方程中各系统的温度分别为混合时刻的温度，这样，具体实验中就必须分别在同一张坐标纸上作出高温系 统、低温系统、混合系统的温度与时间的关系曲线。在实测曲线 BC（见图 3-3-1）上找一点 O，过 O 做一直线垂直于时
间坐标轴，它与H、AR、CD段的延长线分别相交于R、E、G，O点的位置应使BOE与GOC所包围的面积相等，即SBOE=SGOC。SGOC相当于混合系统向外耗散热量而使实际温度低于理论上的温度：SBOE则相当于在热交换过程中向低温系统供热使其温度升高，外推散热修正认为这两种热量近似相互抵消。这样，这样E点、F点和G点的温度就相当于热交换进行的无限快时（此时也就没有热量损失）高温系统、低温系统在混合时刻的温度以及混合系统平衡后的温度，从而在一定程度上修正和减小了系统和环境进行热交换所产生的误差。4.数据采集及处理。实验中各系统的温度由计算机进行实时采集，最后通过系统软件对数据分析、处理。【实验仪器】量热器，电子测温仪，物理天平，微机，量杯，待测金属等。l.量热器（calorimeter）反映物质热学性质的物理量，如本实验要测量的比热容，往往是利用待测系统与已知系统之间的热量与温度之间的关系来测量的。为了测量实验系统内部的热交换，总是不希望实验系统与环境之间有热交换，所以，要求实验系统保持为一个“孤立系统”，即与环境没有热交换。本实验所用的量热器（图3-3-2）O16-3~2空气图3-3-2量热器就是为此目的设计的一种最简单的“孤立系统”。它是由热的良导体做成的内筒①放在一个较大的外筒②中组成，二者之间由绝热架③联接。通常在内筒中放置温度计④、搅拌器③和水。这些东西（内筒、温度计、搅拌器、水）与放进去的待测物体一起构成了实验系统。由于内筒置于绝热架上，并在外筒上加一绝热盖③，因此，系统与外界的空气对流很小。内外筒之间有一空气层隔开，空气是热的不良导体，以此减小内外筒之间的热传导。同时，内简外壁和外简内壁都电镀得很光亮，使得它们发射或吸收辐射热的本领变小这就使实验系统与环境间因辐射产生的热交换也大大减少。量热器可使实验系统粗略地成为一个孤立的热学系统
间坐标轴，它与 HJ、AB、CD 段的延长线分别相交于 F、E、G，O 点的位置应使 BOE 与 GOC 所包围的面积相等，即 SBOE=SGOC。SGOC 相当于混合系统向外耗散热量而使实际温度低于理论上的温度；SBOE 则相当于在热交换过程中向低 温系统供热使其温度升高，外推散热修正认为这两种热量近似相互抵消。这样，这样 E 点、F 点和 G 点的温度就相当于 热交换进行的无限快时（此时也就没有热量损失）高温系统、低温系统在混合时刻的温度以及混合系统平衡后的温 度，从而在一定程度上修正和减小了系统和环境进行热交换所产生的误差。 4．数据采集及处理。 实验中各系统的温度由计算机进行实时采集，最后通过系统软件对数据分析、处理。 【实验仪器】 量热器，电子测温仪，物理天平，微机，量杯，待测金属等。 1．量热器（calorimeter） 反映物质热学性质的物理量，如本实验要测量的比热容，往往是利用待测系统与已知系统之间的热量与温度之间的关 系来测量的。为了测量实验系统内部的热交换，总是不希望实验系统与环境之间有热交换，所以，要求实验系统保持 为一个“孤立系统”，即与环境没有热交换。本实验所用的量热器（图 3-3-2） 就是为此目的设计的一种最简单的“孤立系统”。它是由热的良导体做成的内筒①放在一个较大的外筒②中组成，二 者之间由绝热架③联接。通常在内筒中放置温度计④、搅拌器⑤和水。这些东西（内筒、温度计、搅拌器、水）与放 进去的待测物体一起构成了实验系统。由于内筒置于绝热架上，并在外筒上加一绝热盖⑥，因此，系统与外界的空气 对流很小。内外筒之间有一空气层隔开，空气是热的不良导体，以此减小内外筒之间的热传导。同时，内筒外壁和外 筒内壁都电镀得很光亮，使得它们发射或吸收辐射热的本领变小， 这就使实验系统与环境间因辐射产生的热交换也大大减少。量热器可使实验系统粗略地成为一个孤立的热学系统
2.物理天平（physicalbalance）物理实验中，常用天平来精确称衡物质的质量。天平是一种等臂杠杆装置，利用直接比较法测量质量。天平的称量和感量是天平的两个重要指标，称量是指天平允许称衡的最大质量：感量是指天平平衡后，要使指针从平衡位置偏转-个小格时，天平两秤盘上的质量差。感量的倒数称为天平的灵敏度，感量越小灵敏度越高。天平的感量不是常数，它与负载有关。负载增加，灵敏度减小，感量值增大。DAB罗TT2OQOGQG-H0XMVPFAB量.D谢鸟B，平街藤日H支柱L水平泡J接针G平衡院S标尺P.P新盘X制动能摄Q托盘F.F底细调节眼订图3-3-3WL-1型物理天平结构按天平名义感量与称量之比，天平分为1～10级，天平的等级是衡量天平测量精度的综合指标。对一物体质量称衡结果好坏的评定，不仅取决于所用天平的精度，还取决于所用础码的精度，码精度分五个等级。按规定，不同级别的天平，配置与之相对应的码，实验中所用的-1型物理天平配用四等码。常用的WL-1型天平结构如图3-3-3所示，其称量为1000g，横上的游码D，用来称量2g以下的物体。游码向右（或左）移动一个小格，相当于在右盘中加（或减）0.05g磁码。消除天平不等臂系统误差的方法：（1）复称法（即交换法）：将待测物放在左盘称衡质量为皿，将其放在右盘称衡质量为m2，实际质量m=jmm22。通常左、右交换测量，称为一次称量。（2）替代法：在右盘放待称物，左盘添加可微小改变其质量的物质，如干净的细纱，使天平平衡，然后取下右盘待称物换之以础码，通过增减码和游码的质量，使天平再次平衡，此时，础码与游码之和即为待测物的质量
2．物理天平（physical balance） 物理实验中，常用天平来精确称衡物质的质量。天平是一种等臂杠杆装置，利用直接比较法测量质量。天平的称量和 感量是天平的两个重要指标，称量是指天平允许称衡的最大质量；感量是指天平平衡后，要使指针从平衡位置偏转一 个小格时，天平两秤盘上的质量差。感量的倒数称为天平的灵敏度，感量越小灵敏度越高。天平的感量不是常数，它 与负载有关。负载增加，灵敏度减小，感量值增大。 按天平名义感量与称量之比，天平分为 1～10 级，天平的等级是衡量天平测量精度的综合指标。对一物体质量称衡结 果好坏的评定，不仅取决于所用天平的精度，还取决于所用砝码的精度，砝码精度分五个等级。按规定，不同级别的 天平，配置与之相对应的砝码，实验中所用的 WL-1 型物理天平配用四等砝码。 常用的 WL-1 型天平结构如图 3-3-3 所示，其称量为 1000g，横梁上的游码 D，用来称量 2g 以下的物体。游码向右（或 左）移动一个小格，相当于在右盘中加（或减）0.05g 砝码。 消除天平不等臂系统误差的方法： （1）复称法（即交换法）：将待测物放在左盘称衡质量为 m1，将其放在右盘称衡质量为 m2，实际质量 。通常左、右交换测量，称为一次称量。 （2）替代法：在右盘放待称物，左盘添加可微小改变其质量的物质，如干净的细纱，使天平平衡，然后取下右盘待称 物换之以砝码，通过增减砝码和游码的质量，使天平再次平衡，此时，砝码与游码之和即为待测物的质量
使用物理天平必须按以下步骤进行：（1）仪器检查。天平的横梁两边及相应的吊耳、挂篮、秤盘上都打有“1”、“2”标记，在动手操作之前要检查一下天平横梁、吊耳、挂蓝、秤盘等是否按标记装配正确，磁码是否齐全。（2）调整底座水平。调节底脚螺钉FFe，使L中的气泡居中。（3）调节平衡（调节零点）。将游码移至零点，缓慢转动旋扭K，升起横梁B，观察指针J的摆动情况。调节平衡螺母E、E，直至慢慢升起横梁时，指针在标尺中心不动。（4）称衡。将待测物体放在左盘，用镊子向右盘加取础码或拨动游码，升起横梁观察天平是否平衡。加取础码应由大到小逐个试用，并按逐次逼近法调节，直至最后调节游码使天平平衡。（5）读数。将制动旋扭向左旋转放下横梁止动天平，正确记下码、游码读数。（注意：天平上的游码始终向右盘加重）注意事项：（1）使用天平前必须首先了解该天平的最大称量是否满足称衡要求。（2）天平应当经常处于正动状态。只有当判断天平是否平衡时，才能使横梁升起。当横梁升起时，严禁在何操作。（3）开启或止动天平时，要缓慢的进行。如果天平正在摆动，则应当指针经过零点时止动。【分析与思考】1.为了减小热量散失，实验中采取了哪几种措施2.如何判断混合（A+B）系统达到了热平衡？3.在本实验中，A、B系统的组成另外还有哪几种？测量公式分别是什么？分析它们各自的优缺点
使用物理天平必须按以下步骤进行： （1）仪器检查。天平的横梁两边及相应的吊耳、挂篮、秤盘上都打有“1”、“2”标记，在动手操作之前要检查一下 天平横梁、吊耳、挂蓝、秤盘等是否按标记装配正确，砝码是否齐全。 （2）调整底座水平。调节底脚螺钉 F、F¢，使 L 中的气泡居中。 （3）调节平衡（调节零点）。将游码移至零点，缓慢转动旋扭 K，升起横梁 B，观察指针 J 的摆动情况。调节平衡螺 母 E、E¢，直至慢慢升起横梁时，指针在标尺中心不动。 （4）称衡。将待测物体放在左盘，用镊子向右盘加取砝码或拨动游码，升起横梁观察天平是否平衡。加取砝码应由大 到小逐个试用，并按逐次逼近法调节，直至最后调节游码使天平平衡。 （5）读数。将制动旋扭向左旋转放下横梁止动天平，正确记下砝码、游码读数。（注意：天平上的游码始终向右盘加 重） 注意事项： （1）使用天平前必须首先了解该天平的最大称量是否满足称衡要求。 （2）天平应当经常处于止动状态。只有当判断天平是否平衡时，才能使横梁升起。当横梁升起时，严禁任何操作。 （3）开启或止动天平时，要缓慢的进行。如果天平正在摆动，则应当指针经过零点时止动。 【分析与思考】 1．为了减小热量散失，实验中采取了哪几种措施？ 2．如何判断混合（A+B）系统达到了热平衡？ 3．在本实验中，A、B 系统的组成另外还有哪几种？测量公式分别是什么？分析它们各自的优缺点