Измерение удельной теплоемкости металлического цилиндра лабораторная работа

Обновлено: 07.01.2025

Цель урока: Научить учащихся определять теплоемкость металлического цилиндра.

Оборудование: стакан с водой; калориметр; термометр; весы с разновесами; металлический цилиндр на нити.

1. Организационный момент. Приветствие. Выявление отсутствующих.

2. Актуализация опорных знаний. Повторение ранее изученного материала.

Что такое температура?

Что такое внутрення энергия?

От чего зависит внутрення энергия?

Одинаковы ли понятия механическая и внутреняя энергия?

Как можно изменить внутреннюю энергию? – совершением работы и теплопередачей.

Что такое теплопередача? Указанные процессы делятся на три вида, на какие?

Что такое теплопроводность? Теплопроводность – это явление, при котором энергия передаётся от одной части тела к другой посредством движения частиц или при непосредственном контакте двух тел.

Обыкновенный или пористый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания? - В пористых кирпичах есть поры, заполненные воздухом.

Что такое количество теплоты? Количество теплоты – это физическая велична, значение которой рано энергии получаемой или отдаваемой телом в процессе теплопередачи.

Обозначается Q , [ Q ]=[Дж]. Кроме Джоуля, который является единицей СИ, используется ещё одна единица измерения количества теплоты – калория (переводится как «жар», «тепло»).

Формула Q = cm △ t

Что такое с? Удельная теплоемкость показывает сколько количества тепла необходимо передать веществу массой 1 кг, чтобы нагреть его на 1°С.

Уравнение теплового баланса? Если мы говорим о системе тел, одно из которых отдает тепло, а другое получает, то вводится уравнение теплового баланса.

Суммарное количество теплоты, отданное более нагретыми теломи системе равно суммарному количеству теплоты, полученное менее нагретыми телами этой системы + … + + или Q ₁ = Q ₂

3.Лабораторная работа №2. ( учебник А.В. Перышкин, стр.221).

Цель работы опре­де­лить удель­ную теп­ло­ем­кость ве­ще­ства опыт­ным путем. Мы рас­смот­рим опре­де­ле­ние теп­ло­ем­ко­сти на при­ме­ре твер­до­го тела – ме­тал­ли­че­ско­го ци­лин­дра. Учащиеся должны соблюдать правила тех. безопасности. Аккуратно работать с оборудованием.

Цель ра­бо­ты: опре­де­лить удель­ную теп­ло­ем­кость ме­тал­ли­че­ско­го ци­лин­дра.

При­бо­ры и ма­те­ри­а­лы: ме­тал­ли­че­ский ци­линдр на нити, ста­кан с го­ря­чей и ста­кан с хо­лод­ной водой, тер­мо­мет­р, весы, ка­ло­ри­метр. Во многих опытах по изучению тепловых явлений применяют калориметр – устройство, состоящее из двух сосудов (стаканов), размещенных один в другом и разделенных воздушной прослойкой.

Из-за слабой теплопроводности воздуха и благодаря небольшому расстоянию между внутренним и внешним сосудами, что обеспечивает отсутствие конвекционных потоков, в калориметре теплообмен с окружающей средой значительно уменьшается.

1. На­ли­ть в ка­ло­ри­метр воду массой 100 – 150 г комнатной темп6ературы. Из­ме­ря­ем ее тем­пе­ра­ту­ру.

2. По­ме­стим ме­тал­ли­че­ский ци­линдр в ста­кан с го­ря­чей водой и из­ме­рим тер­мо­мет­ром ее тем­пе­ра­ту­ру, она будет рав­нять­ся тем­пе­ра­ту­ре ци­лин­дра ( эта температура и будет начальной температурой цилиндра), т. к. через опре­де­лен­ное время тем­пе­ра­ту­ра воды и ци­лин­дра срав­ня­ют­ся.

3. После этого по­ме­ща­ем при­вя­зан­ный на нитке ци­линдр в ка­ло­ри­метр с хо­лод­ной водой и, по­ме­ши­вая в нем воду тер­мо­мет­ром, из­ме­ря­ем уста­но­вив­шу­ю­ся в ре­зуль­та­те теп­ло­об­ме­на тем­пе­ра­ту­ру.

Об­ра­бот­ка дан­ных и вы­чис­ле­ние ре­зуль­та­та:

Из­ме­рен­ная уста­но­вив­ша­я­ся ко­неч­ная тем­пе­ра­ту­ра в ка­ло­ри­мет­ре и осталь­ные дан­ные поз­во­лят нам рас­счи­тать удель­ную теп­ло­ем­кость ме­тал­ла, из ко­то­ро­го из­го­тов­лен ци­линдр. Вы­чис­лять ис­ко­мую ве­ли­чи­ну мы будем ис­хо­дя из того, что, осты­вая, ци­линдр от­да­ет ровно такое же ко­ли­че­ство теп­ло­ты, что и по­лу­ча­ет вода при на­гре­ва­нии, про­ис­хо­дит так на­зы­ва­е­мый теп­ло­об­мен.

Со­от­вет­ствен­но по­лу­ча­ем сле­ду­ю­щие урав­не­ния. Для на­гре­ва воды ко­ли­че­ство теп­ло­ты:

, где:

удель­ная теп­ло­ем­кость воды (таб­лич­ная ве­ли­чи­на), ;

масса воды, ко­то­рую можно опре­де­лить с по­мо­щью весов, кг;

ко­неч­ная тем­пе­ра­ту­ра воды и ци­лин­дра, из­ме­рен­ная с по­мо­щью тер­мо­мет­ра, o ;

на­чаль­ная тем­пе­ра­ту­ра хо­лод­ной воды, из­ме­рен­ная с по­мо­щью тер­мо­мет­ра, o .

Для осты­ва­ния ме­тал­ли­че­ско­го ци­лин­дра ко­ли­че­ство теп­ло­ты:

удель­ная теп­ло­ем­кость ме­тал­ла, из ко­то­ро­го из­го­тов­лен ци­линдр (ис­ко­мая ве­ли­чи­на), ;

масса ци­лин­дра, ко­то­рую можно опре­де­лить с по­мо­щью весов, кг;

тем­пе­ра­ту­ра го­ря­чей воды и, со­от­вет­ствен­но, на­чаль­ная тем­пе­ра­ту­ра ци­лин­дра, из­ме­рен­ная с по­мо­щью тер­мо­мет­ра, o ;

ко­неч­ная тем­пе­ра­ту­ра воды и ци­лин­дра, из­ме­рен­ная с по­мо­щью тер­мо­мет­ра, o .

За­ме­ча­ние . В обеих фор­му­лах мы вы­чи­та­ем из боль­шей тем­пе­ра­ту­ры мень­шую для опре­де­ле­ния по­ло­жи­тель­но­го зна­че­ния ко­ли­че­ства теп­ло­ты.

Как было ука­за­но ранее, из-за про­цес­са теп­ло­об­ме­на между хо­лод­ной водой и ме­тал­ли­че­ским ци­лин­дром их ко­ли­че­ства теп­ло­ты равны:

Сле­до­ва­тель­но, удель­ная теп­ло­ем­кость ма­те­ри­а­ла ци­лин­дра:

Вывод: Сделайте вывод, в котором укажите, какую физическую величину вы сегодня определяли, какой результат получили, какие факторы могли повлиять на точность полученного результата. Запишите физический смысл определяемой величины.

Вы­чис­лен­ное зна­че­ние удель­ной теп­ло­ем­ко­сти ма­те­ри­а­ла ци­лин­дра . Экспериментально полученное значение несколько меньше полученного из таблицы. С чем это связано?

4. Закрепление изученного материала.

1. На каком из эта­пов про­ве­де­ния ла­бо­ра­тор­ной ра­бо­ты есть ве­ро­ят­ность по­лу­чить наи­боль­шую по­греш­ность из­ме­ре­ний?

2. Ка­ки­ми долж­ны быть ма­те­ри­а­лы и устрой­ство ка­ло­ри­мет­ра для по­лу­че­ния наи­бо­лее точ­ных ре­зуль­та­тов из­ме­ре­ний?

3. Пред­ло­жи­те свою ме­то­ди­ку из­ме­ре­ния удель­ной теп­ло­ем­ко­сти жид­ко­сти.

5. Рефлексия. Ч ему вы сегодня научились на уроке и что узнали нового?

Лабораторная работа "Измерение удельной теплоемкости твердого тела"

Цели урока: Помочь учащимся в работе по овладению методами измерения физических величин, развитие умений использования измерительных приборов. Продолжить работу по активизации мыслительной деятельности учеников, способствовать самостоятельному поиску ответа на поставленную задачу. Развивать способность учащихся к оценке результатов своей деятельности.

Оборудование: на рабочих столах учащихся: стакан с водой; масса которой 0,1 кг; калориметр; термометр; весы с разновесами; металлический цилиндр на нити.

Тип урока: урок применения новых ЗУНов.

Методы преподавания: информационный.

Методы учения: репродуктивный.

Должны знать\уметь: знать понятия количества теплоты и от чего зависит данная величина, физический смысл понятия удельной теплоемкости вещества, научится определять удельную теплоемкость твердого тела

Актуализация опорных знаний. Повторение ранее изученного материала.

1. Что такое температура?
2. Еденицы измерения?
3. Что такое внутрення энергия?
4. От чего зависит внутрення энергия?
5. Одинаковы ли понятия механическая и внутреняя энергия?
6. Как можно изменить внутреннюю энергию? – совершением работы и теплопередачей.
7. Что такое теплопередача? Теплопередача – это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.
8. Указанные процессы делятся на три вида, на какие?

1. Что такое теплопроводность? Теплопроводность – это явление, при котором энергия передаётся от одной части тела к другой посредством движения частиц или при непосредственном контакте двух тел.
2. Обыкновенный или пористый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания? - В пористых кирпичах есть поры, заполненные воздухом.
3. Что такое количество теплоты? Количество теплоты – это физическая велична, значение которой рано энергии получаемой или отдаваемой телом в процессе теплопередачи.
4. Обозначается Q, [Q]=[Дж]. Кроме Джоуля, который является единицей СИ, используется ещё одна единица измерения количества теплоты – калория (переводится как «жар», «тепло»).
5. Формула Q= cm △ t
6. Что такое с? Удельная теплоемкость показывает сколько количества тепла необходимо передать веществу массой 1 кг, чтобы нагреть его на 1°С.
7. Уравнение теплового баланса? Если мы говорим о системе тел, одно из которых отдает тепло, а другое получает, то вводится уравнение теплового баланса.

Суммарное количество теплоты, отданное более нагретыми теломи системе равно суммарному количеству теплоты, полученное менее нагретыми телами этой системы или Q₁ = Q₂

Тема сегодняшнего занятия посвящена тому, каким образом можно определить удельную теплоемкость вещества опытным путем, т. е. на практике. Конкретно, мы рассмотрим определение теплоемкости на примере твердого тела – металлического цилиндра.

Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического цилиндра.

Приборы и материалы: металлический цилиндр на нити, стакан с горячей и стакан с холодной водой, термометр, весы, калориметр.

Рис. 1. Металлический цилиндр Рис. 2. Стакан с водой Рис. 3. Термометр

Рис. 4. Весы Рис. 5. Калориметр

Во многих опытах по изучению тепловых явлений применяют калориметр – устройство, состоящее из двух сосудов (стаканов), размещенных один в другом и разделенных воздушной прослойкой.

1. Поместим металлический цилиндр в стакан с горячей водой и измерим термометром ее температуру, она будет равняться температуре цилиндра, т. к. через определенное время температура воды и цилиндра сравняются.

2. Затем наливаем в калориметр холодную воду и измеряем ее температуру.

3. После этого помещаем привязанный на нитке цилиндр в калориметр с холодной водой и, помешивая в нем воду термометром, измеряем установившуюся в результате теплообмена температуру.

Обработка данных и вычисление результата:

Измеренная установившаяся конечная температура в калориметре и остальные данные позволят нам рассчитать удельную теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Вычислять искомую величину мы будем исходя из того, что, остывая, цилиндр отдает ровно такое же количество теплоты, что и получает вода при нагревании, происходит так называемый теплообмен.

Соответственно получаем следующие уравнения. Для нагрева воды количество теплоты:

удельная теплоемкость воды (табличная величина), ;

масса воды, которую можно определить с помощью весов, кг;

конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;

начальная температура холодной воды, измеренная с помощью термометра, o .

Для остывания металлического цилиндра количество теплоты:

удельная теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр (искомая величина), ;

масса цилиндра, которую можно определить с помощью весов, кг;

температура горячей воды и, соответственно, начальная температура цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;

конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o .

Замечание . В обеих формулах мы вычитаем из большей температуры меньшую для определения положительного значения количества теплоты.

Как было указано ранее, из-за процесса теплообмена между холодной водой и металлическим цилиндром их количества теплоты равны:

Следовательно, удельная теплоемкость материала цилиндра:

Полученные результаты в любой лабораторной работе удобно записывать в таблицу, причем, проводить для получения усредненного максимально точно приближенного результата несколько измерений и вычислений. В нашем случае таблица может выглядеть примерно следующим образом:

Вывод: вычисленное значение удельной теплоемкости материала цилиндра .

Сегодня мы рассмотрели методику проведения лабораторной работы по измерению удельной теплоемкости твердого тела. На следующем уроке мы поговорим о выделении энергии при сгорании топлива.

III. Закрепление изученных ЗУНОв

1. На каком из этапов проведения лабораторной работы есть вероятность получить наибольшую погрешность измерений?

2. Какими должны быть материалы и устройство калориметра для получения наиболее точных результатов измерений?

Лабораторная работа . Измерение удельной теплоемкости вещества.

Должны знать\уметь: знать понятия количества теплоты и от чего зависит данная величина, физический смысл понятия удельной теплоемкости вещества, научится определять удель­ную теп­ло­ем­кость твердого тела

I. Организационный момент.

1. Что такое температура?

2. Еденицы измерения?

3. Чтотакое внутрення энергия?

4. От чего зависит внутрення энергия?

5. Одинаковы ли понятия мехпническая и внутреняя энергия?

6. Как можно изменить внутреннюю энергию? – совершением работы и теплопередачей.

7. Что такое теплопередача? Теплопередача – это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

8. Указанные процессы делятся на три вида, на какие?

9. Что такое теплопроводность? Теплопроводность – это явление, при котором энергия передаётся от одной части тела к другой посредством движения частиц или при непосредственном контакте двух тел.

10. Обыкновенный или пористый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания? - В пористых кирпичах есть поры, заполненные воздухом.

11. Что такое количество теплоты? Количество теплоты – это физическая велична, значение которой рано энергии получаемой или отдаваемой телом в процессе теплопередачи.

12. Обозначается Q , [ Q ]=[Дж]. Кроме Джоуля, который является единицей СИ, используется ещё одна единица измерения количества теплоты – калория (переводится как «жар», «тепло»).

13. Формула Q = cm △ t

14. Что такое с? Удельная теплоемкость показывает сколько количества тепла необходимо передать веществу массой 1 кг, чтобы нагреть его на 1°С.

15. Уравнение теплового баланса? Если мы говорим о системе тел, одно из которых отдает тепло, а другое получает, то вводится уравнение теплового баланса.

II. Изучение новых ЗУНов

Тема се­го­дняш­не­го за­ня­тия по­свя­ще­на тому, каким об­ра­зом можно опре­де­лить удель­ную теп­ло­ем­кость ве­ще­ства опыт­ным путем, т. е. на прак­ти­ке. Кон­крет­но, мы рас­смот­рим опре­де­ле­ние теп­ло­ем­ко­сти на при­ме­ре твер­до­го тела – ме­тал­ли­че­ско­го ци­лин­дра.

При­бо­ры и ма­те­ри­а­лы: ме­тал­ли­че­ский ци­линдр на нити, ста­кан с го­ря­чей и ста­кан с хо­лод­ной водой, тер­мо­мет­р, весы, ка­ло­ри­метр.

Рис. 1. Ме­тал­ли­че­ский ци­линдр Рис. 2. Ста­кан с водой Рис. 3. Тер­мо­метр

Рис. 4. Весы Рис. 5. Ка­ло­ри­метр

1. По­ме­стим ме­тал­ли­че­ский ци­линдр в ста­кан с го­ря­чей водой и из­ме­рим тер­мо­мет­ром ее тем­пе­ра­ту­ру, она будет рав­нять­ся тем­пе­ра­ту­ре ци­лин­дра, т. к. через опре­де­лен­ное время тем­пе­ра­ту­ра воды и ци­лин­дра срав­ня­ют­ся.

2. Затем на­ли­ва­ем в ка­ло­ри­метр хо­лод­ную воду и из­ме­ря­ем ее тем­пе­ра­ту­ру.

.

По­лу­чен­ные ре­зуль­та­ты в любой ла­бо­ра­тор­ной ра­бо­те удоб­но за­пи­сы­вать в таб­ли­цу, при­чем, про­во­дить для по­лу­че­ния усред­нен­но­го мак­си­маль­но точно при­бли­жен­но­го ре­зуль­та­та несколь­ко из­ме­ре­ний и вы­чис­ле­ний. В нашем слу­чае таб­ли­ца может вы­гля­деть при­мер­но сле­ду­ю­щим об­ра­зом:

Лабораторная работа № 3 "Измерение удельной теплоемкости твердого тела" для 8 класса

Цель работы: измерить удельную теплоемкость металлического цилиндра и сравнить ее с табличным значением.

Приборы и материалы: стакан с водой, калориметр, термометр, сосуд с горячей водой, металлический цилиндр на нити.

Ход работы.

Тренировочные задания и вопросы.-

медь: с = 380 ,

алюминий: с = 920 .

На сколько джоулей увеличилась внутренняя энергия каждого кубика?

1. Для изменения температуры нафталина, никеля и латуни массой 1 кг на 1 0 C требуется 130, 460 и 400 Дж энергии. Чему равна удельная теплоемкость этих веществ?

нафталин с =________; никель с =__________;

латунь с =_________.

1. Подготовка и проведение эксперимента.

• Налейте в калориметр воду массой 150 г комнатной температуры. Измерьте температуру воды t_1.
• Нагрейте цилиндр в сосуде с горячей водой. Измерьте температуру горячей воды t₂ (эта температура и будет начальной температурой для цилиндра)
• Опустите цилиндр в калориметр с холодной водой. Измерьте температуру нагревшейся от цилиндра воды ,t.

1. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

Масса воды в калориметре m_воды, кг

Начальная температура воды

t_1, 0 C

Масса цилиндра m_цил, кг

Начальная температура цилиндра t_2, 0 C

Общая температура воды и цилиндра , t, 0 C

0,15

20

0,2

80

28

• Количество теплоты, полученное водой при нагревании:

Q₁ =c_воды ∙m_воды ∙ (t-t₁) =__________________________

_____________________________________________

• Количество теплоты, отданное металлическим цилиндром:

Q₂ =c_цил ∙m_цил ∙ (t₂-t)

Т.к. Q₁ = Q₂ , то c_воды ∙m_воды ∙ (t-t₁) = c_цил ∙m_цил ∙ (t₂-t),

значит: c_воды ∙m_воды ∙ (t-t₁) Q₁ .

c_цил = m_цил ∙ (t₂-t) = m_цил ∙ (t₂-t)

c_цил= ________________________________=

= __________________________________

1. Сравните полученный результат с табличным значением и определите материал, из которого изготовлен цилиндр.

Вывод:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________

Просмотр содержимого документа
«Лабораторная работа № 3 "Измерение удельной теплоемкости твердого тела" для 8 класса»

Лабораторная работа № 3.

Измерение удельной теплоемкости твердого тела.

Цель работы: измерить удельную теплоемкость металлического цилиндра и сравнить ее с табличным значением.

Приборы и материалы: стакан с водой, калориметр, термометр, сосуд с горячей водой, металлический цилиндр на нити.

Ход работы.

Тренировочные задания и вопросы.-

медь: с = 380 ,

Кубики нагрели на 1 0 C.

Для изменения температуры нафталина, никеля и латуни массой 1 кг на 1 0 C требуется 130, 460 и 400 Дж энергии. Чему равна удельная теплоемкость этих веществ?

нафталин с =________; никель с =__________;

латунь с =_________.

Подготовка и проведение эксперимента.

Налейте в калориметр воду массой 150 г комнатной температуры. Измерьте температуру воды t_1.

Нагрейте цилиндр в сосуде с горячей водой. Измерьте температуру горячей воды t₂ (эта температура и будет начальной температурой для цилиндра)

Опустите цилиндр в калориметр с холодной водой. Измерьте температуру нагревшейся от цилиндра воды ,t.

Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

Масса воды в калориметре m_воды, кг

t_1, 0 C

Масса цилиндра m_цил, кг

Начальная температура цилиндра t_2, 0 C

Общая температура воды и цилиндра , t, 0 C

Вычисления: ( c_воды = 4200 )

Количество теплоты, полученное водой при нагревании:

Q₁ =c_воды ∙m_воды ∙ (t-t₁) =__________________________

_____________________________________________

Количество теплоты, отданное металлическим цилиндром:

Q₂ =c_цил ∙m_цил ∙ (t₂-t)

Т.к. Q₁ = Q₂ , то c_воды ∙m_воды ∙ (t-t₁) = c_цил ∙m_цил ∙ (t₂-t),

значит: c_воды ∙m_воды ∙ (t-t₁) Q₁ .

c_цил = m_цил ∙ (t₂-t) = m_цил ∙ (t₂-t)

c_цил= ________________________________=

= __________________________________

Сравните полученный результат с табличным значением и определите материал, из которого изготовлен цилиндр.

Вывод:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________

Читайте также:

  
• Сурик краска по металлу и ржавчине в авто
  
• Металлический стук в передней подвеске лада веста
  
• Деревянные перекрытия по металлическим балкам в старом фонде
  
• Какая рыба накапливает ртуть и тяжелые металлы
  
• Конусная вальцовка листового металла