Лабораторная работа. Измерение удельной теплоемкости вещества

Тема: «Измерение удельной теплоемкости твердого тела» Лабораторная работа

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

Ход урока.

1. Организационный момент.

Актуализация опорных знаний. Повторение ранее изученного материала.

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.

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

2. Изучение новых ЗУНов

1. Цель лабораторной работы, объект исследования, приборы и материалы

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.

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.

2. Ход работы

Ход работы:

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.

3. Обработка данных и вычисление результата

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:

, где:

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:

m_воды, кг

t_воды ^оС

m_тела, кг

t, ^оС

t_тела, ^оС

с, ,

Вещество

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?

3. Предложите свою методику измерения удельной теплоемкости жидкости.

Дом.зад.:§31

Для раздачи ученикам листочки:

Лабораторная работа №

Тема: «Измерение удельной теплоёмкости вещества».

Цель: научиться определить удельную теплоемкость твердого тела.

Оборудование: измерительный цилиндр, вода, термометр, калориметр, стакан с

горячей и холодной водой, салфетка.

Ход работы.

1. Вспомни правила безопасности при работе с термометром, горячей водой, мерным цилиндром

2. Подойдите к столу учителя и с помощью мерного цилиндра налейте в калориметр 100-150 мл воды.

3. Определите массу воды в калориметре и запишите в таблицу.(массы воды = объему воды).

4. Определите цену деления шкалы термометра и измерьте температуру воды в калориметре t_воды,^оС и запишите в таблицу.

5. Выньте термометр из воды, положите его на салфетку.

6. Подойдите с калориметром к учителю и опустите в калориметр за нить тело, которое находилось в горячей воде.

7. Снова поместите термометр в калориметр и следите за повышением температуры. Как только изменение температуры станет незаметным, т.е установится тепловое равновесие, запишите показания термометра t, ^оС

8. Выньте термометр из воды, осушите его бумажной салфеткой, положите в футляр и отдайте учителю.

9. Выньте опущенное тело из воды, осушите его бумажной салфеткой, и запишите в таблицу его массу.

10. Определите удельную теплоемкость исследуемого тела, используя уравнение теплового баланса Q₁ = Q₂

Q₁ = c_воды·m_воды ·(t- t_воды)Q₂ =c_тела.·m_тела.·(t_тела - t),

с = ________________

Из формул найдите удельную теплоемкость вещества. Полученный результат запишите в таблицу и определите, воспользовавшись таблицей удельных теплоемкостей веществ из чего сделано исследуемое тело.

m_воды, кг

t_воды ^оС

m_тела, кг

t, ^оС

t_тела, ^оС

с, ,

Вещество

11. 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.