【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）
 

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