Номер 3, страница 20 - гдз по физике 8 класс тренажёр Хмельницкая

Лабораторная работа № 2. Измерение удельной теплоёмкости твёрдого тела - номер 3, страница 20.

Решение.

3. Кубики массой 1 кг каждый нагрели на 1°С.

На сколько увеличилась внутренняя энергия каждого кубика?

Цинкового: _______.

Золотого: _______.

Алюминиевого: _______.

Спланируйте и проведите эксперимент по измерению удельной теплоемкости металлического цилиндра и сравните её с табличным значением. Сформулируйте цель работы.

Цель работы:

Оборудование: стакан с водой, калориметр, термометр, сосуд с горячей водой, металлический цилиндр на нити.

Примечание: переведите следующие величины в единицы СИ.

Масса цилиндра из железа 149 г = __________ кг.

Масса цилиндра из алюминия 149 г = __________ кг.

Масса цилиндра из латуни 149 г = __________ кг.

Порядок выполнения работы

1. Налейте в стакан воду комнатной температуры, измерьте её объём V и рассчитайте её массу.

2. Перелейте воду из стакана в калориметр. Измерьте температуру воды $t_1$.

3. Нагрейте цилиндр в сосуде с горячей водой. Измерьте её температуру $t_2$ (эта температура и будет начальной температурой цилиндра).

4. Опустите цилиндр в калориметр с холодной водой. Измерьте температуру $\text{t}$ нагревшейся от цилиндра воды.

5. Результаты измерений запишите в таблицу.

Масса воды в калориметре $\text{m}$, кг	Начальная температура воды $t_1$, °C	Масса цилиндра $m_2$, кг	Начальная температура цилиндра $t_2$, °C	Общая температура воды и цилиндра $\text{t}$, °C

6. Рассчитайте удельную теплоёмкость цилиндра.

Вычисления:

Количество теплоты, полученное водой при нагревании:

$Q_1 = c_{\text{воды}} \cdot m (t - t_1) =$ _______.

Количество теплоты $Q_2$, отданное металлическим цилиндром:

$Q_2 = c_{\text{цил}} \cdot m_2 (t_2 - t).$

Так как $Q_1 = Q_2$, то $c_{\text{воды}} \cdot m (t - t_1) = c_{\text{цил}} \cdot m_2(t_2 - t)$, то

$c_{\text{цил}} = \frac{c_{\text{воды}} \cdot m(t - t_1)}{m_2 \cdot (t_2 - t)} =$ _______.

7. Сравните полученный результат с табличным значением и сделайте вывод.

Вывод:

Решение.

Цинкового:

Изменение внутренней энергии тела при нагревании без изменения агрегатного состояния равно количеству теплоты, полученному телом. Оно рассчитывается по формуле $ \Delta U = Q = c \cdot m \cdot \Delta t $, где $ c $ — удельная теплоёмкость вещества, $ m $ — масса тела, $ \Delta t $ — изменение температуры.

Для цинка удельная теплоёмкость $ c_{цинка} \approx 380 \, \frac{Дж}{кг \cdot °С} $.

$ \Delta U_{цинка} = 380 \, \frac{Дж}{кг \cdot °С} \cdot 1 \, кг \cdot 1 \, °С = 380 \, Дж $.

Ответ: Внутренняя энергия цинкового кубика увеличилась на 380 Дж.

Золотого:

Для золота удельная теплоёмкость $ c_{золота} \approx 129 \, \frac{Дж}{кг \cdot °С} $.

$ \Delta U_{золота} = 129 \, \frac{Дж}{кг \cdot °С} \cdot 1 \, кг \cdot 1 \, °С = 129 \, Дж $.

Ответ: Внутренняя энергия золотого кубика увеличилась на 129 Дж.

Алюминиевого:

Для алюминия удельная теплоёмкость $ c_{алюминия} \approx 920 \, \frac{Дж}{кг \cdot °С} $.

$ \Delta U_{алюминия} = 920 \, \frac{Дж}{кг \cdot °С} \cdot 1 \, кг \cdot 1 \, °С = 920 \, Дж $.

Ответ: Внутренняя энергия алюминиевого кубика увеличилась на 920 Дж.

Лабораторная работа

Цель работы:

Измерить удельную теплоёмкость металлического цилиндра с помощью калориметра и сравнить полученное в ходе эксперимента значение с табличным.

Примечание:

Масса цилиндра из железа 149 г = 0.149 кг.

Масса цилиндра из алюминия 149 г = 0.149 кг.

Масса цилиндра из латуни 149 г = 0.149 кг.

Результаты измерений (пример для алюминиевого цилиндра):

Масса воды в калориметре $ m $, кг	Начальная температура воды $ t_1 $, °C	Масса цилиндра $ m_2 $, кг	Начальная температура цилиндра $ t_2 $, °C	Общая температура воды и цилиндра $ t $, °C
0.150	20	0.149	100	34

6. Рассчитайте удельную теплоёмкость цилиндра.

Вычисления:

Дано:

$ m = 0.150 \, кг $
$ t_1 = 20 \, °С $
$ m_2 = 0.149 \, кг $
$ t_2 = 100 \, °С $
$ t = 34 \, °С $
$ c_{воды} = 4200 \, \frac{Дж}{кг \cdot °С} $ (табличное значение)

Найти:

$ c_{цил} $

Решение:

Количество теплоты, полученное водой при нагревании:

$ Q_1 = c_{воды} \cdot m \cdot (t - t_1) = 4200 \cdot 0.150 \cdot (34 - 20) = 4200 \cdot 0.150 \cdot 14 = 8820 \, Дж $

Количество теплоты, отданное металлическим цилиндром:

$ Q_2 = c_{цил} \cdot m_2 \cdot (t_2 - t) $

Согласно уравнению теплового баланса (пренебрегая теплообменом с окружающей средой), $ Q_1 = Q_2 $.

$ c_{воды} \cdot m \cdot (t - t_1) = c_{цил} \cdot m_2(t_2 - t) $

Отсюда выражаем удельную теплоёмкость цилиндра:

$ c_{цил} = \frac{c_{воды} \cdot m \cdot (t - t_1)}{m_2 \cdot (t_2 - t)} = \frac{8820 \, Дж}{0.149 \, кг \cdot (100 \, °С - 34 \, °С)} = \frac{8820}{0.149 \cdot 66} = \frac{8820}{9.834} \approx 897 \, \frac{Дж}{кг \cdot °С} $.

Ответ: $ c_{цил} \approx 897 \, \frac{Дж}{кг \cdot °С} $.

7. Сравните полученный результат с табличным значением и сделайте вывод.

Вывод:

В ходе лабораторной работы была экспериментально определена удельная теплоёмкость алюминиевого цилиндра, которая составила примерно $ 897 \, \frac{Дж}{кг \cdot °С} $. Табличное значение удельной теплоёмкости алюминия составляет $ 920 \, \frac{Дж}{кг \cdot °С} $. Полученное значение близко к табличному. Небольшое расхождение можно объяснить погрешностями измерений (неточность измерения температуры и массы, тепловые потери при переносе цилиндра и теплообмен с окружающей средой).

Ответ: Экспериментальное значение удельной теплоёмкости ($ \approx 897 \, \frac{Дж}{кг \cdot °С} $) близко к табличному ($ 920 \, \frac{Дж}{кг \cdot °С} $), что подтверждает корректность проведенного опыта с учётом возможных погрешностей.