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以下是针对这三个物理实验的简洁、完整且严谨的回答,供小测复习使用:
一、 拉脱法测液体表面张力系数实验
1. 实验中的三线重合指哪三线? 指在利用焦利氏秤(Jolly Balance)或类似装置读取弹簧伸长量或恢复平衡位置时,为了消除视差,需要使以下三线位于同一水平面上:
- 镜上的刻线(或参照线)
- 动指标(如玻璃管或指针)上的刻线
- 动指标在平面镜中的像
2. 实验所用的实验仪器有哪些?
- 焦利氏秤
- 配件盒
- 金属丝框
- 玻璃杯
- 游标卡尺
- 待测液体(水)
- 酒精
- 酒精灯
- 火柴
3. 液体表面张力系数的影响因素有哪些?
- 温度: 温度升高,表面张力系数减小。
- 杂质: 尤其是表面活性剂(如油污、洗洁精)会显著降低表面张力系数;无机盐可能使其略有增加。
- 液体种类: 不同液体的性质不同,系数不同。
- 接触介质: 液体与空气接触还是与蒸气接触,数值略有不同。
4. 实验的注意事项有哪些?
- 清洁: 金属环和玻璃器皿必须严格清洗干净(无油污),否则误差极大。
- 水平: 必须调节底座螺丝,使金属环底面与液面严格平行。
- 防震: 操作要平稳,避免液面波动。
- 各种调零: 弹簧或传感器需准确校准及调零。
- 迅速测量: 避免金属环长时间浸泡导致吸附或表面性质改变。
5. 实验的具体步骤是什么?
- 清洗: 彻底清洗金属环和玻璃器皿。
- 测量几何尺寸: 用游标卡尺测量金属环的内径 \(D_1\) 和外径 \(D_2\)。
- 定标: 使用砝码校准焦利氏秤的弹簧劲度系数 \(k\)(或校准力传感器)。
- 调水平: 调节仪器,使金属环自然下垂并处于水平状态。
- 测量拉脱力: 调节升降台让液面接触金属环,然后缓慢下降液面(或提升环),直至液膜刚好破裂,记录临界时刻的弹簧伸长量或最大拉力 \(f\)。
- 记录数据与计算: 记录室温,代入公式:
计算系数。
二、 混合法测固体比热容实验
1. 什么是热平衡原理?
在一个与外界没有热交换的绝热系统(孤立系统)内,高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,最终系统达到统一的温度。即:
\[\sum Q_{放} = \sum Q_{吸}\]或
\[\sum Q_{代数和} = 0\]2. 实验中比热容的计算公式是什么?
设待测物体质量为 \(m_x\),初温为 \(t_x\);量热器系统(含内筒、搅拌器、水)的初始温度为 \(t_0\),混合后的终温为 \(t_{mix}\)。
\[c_x = \frac{(m_{水}c_{水} + m_{内}c_{内} + m_{搅}c_{搅})(t_{mix} - t_0)}{m_x(t_x - t_{mix})}\](注:\(m_{内}c_{内} + m_{搅}c_{搅}\) 常被称为量热器的热容量或水当量)
3. 实验中误差产生的原因及减小误差的办法是什么?
- 误差原因:
- 量热器与环境存在热交换(散热或吸热)。
- 温度计读数误差或反应滞后。
- 混合不均匀。
- 物体转移过程中热量损失。
- 水蒸发带走热量。
- 减小误差办法:
- 冷热补偿法: 调节初始水温低于室温,终温高于室温,使吸热与放热大致抵消。
- 使用隔热性能好的量热器(如杜瓦瓶)。
- 快速操作: 迅速将加热后的物体投入量热器。
- 充分搅拌: 确保热平衡迅速且均匀。
三、 冰的熔化热实验
1. 冰的熔化热的概念是什么?
在标准大气压下,单位质量(1kg)的冰在 \(0^\circ\text{C}\) 完全变成 \(0^\circ\text{C}\) 的水时所吸收的热量。
2. 冷热补偿法的内容是什么?
为了减少实验过程中量热器与环境的热交换误差,控制实验的初始温度 \(T_1\) 低于室温,最终平衡温度 \(T_2\) 高于室温,并尽量使:
\[T_{室温} - T_1 \approx T_2 - T_{室温}\]这样,实验前段从环境吸收的热量与后段向环境散失的热量大致相等,相互补偿。
3. 如果从冰箱中拿出的冰块为Q3(指冰块温度低于 0°C),那么最终的熔化热公式变为什么?
当冰块温度低于 \(0^\circ\text{C}\) 时,冰吸收的热量分为三部分:
- 冰从 \(t_{ice}\) 升温到 \(0^\circ\text{C}\) 的显热
\(m_{ice} c_{ice} (0 - t_{ice})\) - 冰在 \(0^\circ\text{C}\) 熔化成水的潜热
\(m_{ice} L_f\) - 融化后的水从 \(0^\circ\text{C}\) 升温到终温 \(t_2\) 的显热
\(m_{ice} c_{水} (t_2 - 0)\)
修正后的熔化热公式为:
\[L_f = \frac{ (m_{水}c_{水} + K)(t_1 - t_2) - m_{ice}c_{ice}(0 - t_{ice}) - m_{ice}c_{水}(t_2 - 0) }{m_{ice}}\]