水的比汽化熱的測定實驗的研究

尹勝+吳建忠+向紹純

摘 要：對水的比汽化熱的測定實驗誤差較大的原因進行了研究，重點探討了使結(jié)果偏小的主要系統(tǒng)誤差。

關(guān)鍵詞：比汽化熱 ?結(jié)果偏小 ?系統(tǒng)誤差

中圖分類號：O4-34 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0024-02

水的比汽化熱的測定是我校大學(xué)物理實驗課程的一個必修熱學(xué)實驗，在這幾年的教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)有較大的誤差，誤差在5%～10%范圍內(nèi)的很普遍，超過10%的也不少;并且結(jié)果偏小的幾率遠大于偏大的幾率。教師試做時也常有誤差超出10%的情況。該文對該實驗誤差較大的原因進行了研究，重點探討了使結(jié)果偏小的主要系統(tǒng)誤差。

1 實驗原理、儀器和方法

該實驗通過測量水蒸汽充入水中凝結(jié)時放出的熱量來間接地測量水的比汽化熱。采用混合法，在量熱器的內(nèi)杯中裝入質(zhì)量為的水，鋁質(zhì)的內(nèi)杯和攪拌器的質(zhì)量為，水和內(nèi)杯、攪拌器的初溫為，然后往水中通入質(zhì)量為、溫度為的水蒸汽，最終達到平衡溫度，忽略系統(tǒng)與周圍環(huán)境的熱交換，由熱平衡方程可導(dǎo)出水的比汽化熱。

（1）

式中為水的比熱容，為鋁的比熱容。

實驗儀器是FD-YBQR型液體比汽化熱測量儀（上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司生產(chǎn)），示意圖如圖1所示。儀器的特點是：蒸汽的通路中沒有蒸汽過濾器，蒸汽先通過一根較短的玻璃管，再通過一根長約20 cm的橡膠管直接充入水中，通路較短;使用集成電路溫度傳感器AD590代替水銀溫度計;電爐的功率可以調(diào)節(jié)。

自編教材[1]中的實驗方法與說明書介紹的方法基本相同，但更強調(diào)抵償法的應(yīng)用，也就是充汽前用冰水調(diào)低初溫到低于室溫5～8℃，但不能低于露點，充汽后平衡溫度高于室溫5～8℃，控制充汽時間使得、和室溫的差的絕對值大致相等。詳細的實驗儀器和方法介紹可參考復(fù)旦大學(xué)陳俊逸等的論文“水的比汽化熱測量裝置的改進”[2]，該論文中介紹的方法與說明書基本相同，數(shù)據(jù)與說明書中的數(shù)據(jù)完全相同。

2 實驗結(jié)果和討論

2.1 實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果

筆者、兩位同事和說明書上的數(shù)據(jù)及結(jié)果如表1所示，取l00℃，的單位為“”，水在時比汽化熱的公認(rèn)值為。從表1可以看出12次實驗中誤差在5～10%范圍內(nèi)的有4次，超過10%的有3次，可見結(jié)果的離散性很大。還有一個不容忽視的特點，即每次實驗的結(jié)果都比公認(rèn)值小。

2.2 導(dǎo)致結(jié)果偏小的主要誤差因素

影響本實驗結(jié)果的誤差因素較多，有些使結(jié)果偏小，有些使結(jié)果偏大。例如，充汽過程中攪拌時濺出了水，膠管、溫度傳感器帶出了水，使得測出的水蒸汽質(zhì)量偏小，導(dǎo)致比汽化熱的測量結(jié)果偏大。但是，表1中12次實驗的結(jié)果都比公認(rèn)值小，說明存在導(dǎo)致結(jié)果偏小較多的系統(tǒng)誤差，下面討論導(dǎo)致結(jié)果偏小的誤差因素中哪些是主要因素。

（1）沒有很好地應(yīng)用抵償法，通汽時間偏長，致使熱量散失較多。

這種情況在實驗中很容易發(fā)生。說明書中介紹，編號為12的實驗較好地應(yīng)用了抵償法，誤差很小，而編號10和11的實驗沒有很好地應(yīng)用抵償法，誤差相對較大。同事2的三次實驗的數(shù)據(jù)也支持這一結(jié)論，但是筆者和同事1的數(shù)據(jù)并不支持這一結(jié)論。筆者認(rèn)為，量熱器的內(nèi)杯與外杯之間采用聚苯乙烯發(fā)泡塑料進行絕熱，量熱器的蓋子加工精度較高，只要充汽時間不太久（一般充汽時間只有約1 min），對實驗結(jié)果影響不大。

（2）忽略溫度傳感器吸收的熱量。

該實驗用AD590代替水銀溫度計，其體積很小，溫度升高約12度吸收的熱量是可以忽略的。說明書和陳俊逸等的論文[2]中介紹，經(jīng)過傳感器吸收熱量修正后編號為10、11、12的三次實驗的誤差分別為3.1%、3.6%和0.4%，影響不大。

（3）水蒸汽經(jīng)過一段管道，充入水中時溫度低于100℃，而計算時取100℃。

經(jīng)實測管道出口處水蒸汽的溫度最高可以達到99.7 ℃，這是因為本實驗所用儀器的輸汽管道較短。因此這一因素對實驗結(jié)果影響很小。

（4）調(diào)水溫時把保溫杯中的冰塊加入到內(nèi)杯中，冰塊未全部融化就充入蒸汽。

教師實驗中一般不會發(fā)生這種情況。

（5）水未沸騰就通入蒸汽。

教師實驗中一般不會發(fā)生這種情況。

（6）通汽管道帶入水滴。

這主要是指蒸汽通過管道時在管道內(nèi)壁凝結(jié)成水滴流入內(nèi)杯。自編教材和說明書都忽略了這一因素。筆者的修正方法是：在相同條件下用容器（例如量熱器內(nèi)杯）接取實驗時充汽過程相同時間內(nèi)產(chǎn)生的水滴，稱出其質(zhì)量，按下式進行修正

（2）

操作時注意了以下幾點：①把內(nèi)杯放在膠管下端距端口約30 cm處。如果內(nèi)杯距膠管端口太近，甚至膠管下端伸入內(nèi)杯內(nèi)，從膠管中噴出的蒸汽會在內(nèi)杯的內(nèi)表面凝結(jié)。②在容器中裝入大半杯常溫下的水。這樣從膠管滴下的水不會因溫度高而快速蒸發(fā)，并且內(nèi)杯和水的質(zhì)量大了可以減小用電子天平稱量的誤差。③每次接水滴1 min，接完并稱量后，并不是緊接著再接水滴，而是模擬實際做實驗時的情況，打開燒瓶的瓶塞，5 min后再塞上瓶塞第二次接水滴，這時膠管的溫度已下降到跟室溫接近。

重復(fù)接水滴5次，使用分辨率為0.01 g的電子天平測得分別為0.18 g、0.16 g、0.20 g、0.10 g和0.33 g。取平均值0.194 g對編號為1、2、3的三次實驗結(jié)果進行修正，修正后的誤差分別為-3.5%、 ? -1.7%和-1.7%，誤差的絕對值大大減小。這說明通汽管道帶入水滴是造成本實驗結(jié)果偏小的主要因素，不能忽略。但同時，5個數(shù)值的離散性也非常大，這是因為水滴并不是均勻地滴下，間隔的時間并不大致相等，時快時慢，具有較大的偶然性。因此，上述修正方法并不嚴(yán)謹(jǐn)，如果只接取水滴1次，偶然性的因素太大。而增加次數(shù)需要較長時間，如重復(fù)5次需時約30 min，課堂操作時間不允許，并且用多次接取水滴質(zhì)量的平均值來對某次實驗的結(jié)果進行修正同樣是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

除了蒸汽凝結(jié)成水滴流入內(nèi)杯之外，通汽管道帶入水滴還包括下面三種情況：一是加熱時燒瓶中的水有時會過激沸騰進入玻璃管，流入內(nèi)杯中。雖然加熱電爐的功率可以調(diào)節(jié)，學(xué)生實驗中偶爾也會出現(xiàn)這種情況。這種情況進入玻璃管中的水的質(zhì)量無從得知，不能修正，因而遇到這種情況應(yīng)該重做。二是往燒瓶中加水時水很容易進入燒瓶里面的玻璃管和橡皮管，粘附在管壁上，粘附的水滴雖然不多，但是其溫度接近于室溫，不同于蒸汽凝結(jié)成的水滴的溫度接近100℃。三是完成一次充汽后打開燒瓶的瓶塞停止充汽，這時管壁上同樣會殘留水滴，第二次充汽時殘留水滴的溫度也下降到跟室溫接近。

3 結(jié)語

FD-YBQR型液體比汽化熱測量儀對傳統(tǒng)儀器的蒸汽通路進行了改造，舍去了蒸汽過濾器，縮短了蒸汽的通路，結(jié)構(gòu)緊湊，操作也較方便;但是沒有解決通汽管道帶入水滴的不足，這對實驗結(jié)果產(chǎn)生了較大的影響。筆者認(rèn)為沒有必要改回傳統(tǒng)實驗裝置—— 在蒸汽的通路中接入蒸汽過濾器，因為燒瓶中的水過激沸騰的情況非常少，而從蒸汽過濾器到量熱器的那部分管道仍然會帶入水滴。為了解決通汽管道帶入水滴的問題，文獻[3]在傳統(tǒng)儀器的基礎(chǔ)上進行改進，巧妙地增加一些裝置，取得了很好的效果，但儀器結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，實驗操作也不太方便。筆者認(rèn)為可以對FD-YBQR型液體比汽化熱測量儀稍加改造，在通汽管道外面增加保溫層;因為蒸汽向外界散失熱量才會凝結(jié)成水滴，如果能做到有效保溫，將會大大減少水滴的生成，從而減小實驗誤差。

參考文獻

[1] 吳建忠，舒象喜，尹勝，等.大學(xué)物理實驗[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2010：145-148.

[2] 陳俊逸，陸申龍.水的比汽化熱測量裝置的改進[J].大學(xué)物理，2004，23（1）：41-43.

[3] 胡平亞.水的汽化熱測定實驗的改進[J].物理實驗，1990，58（6）：256-257，264.

摘 要：對水的比汽化熱的測定實驗誤差較大的原因進行了研究，重點探討了使結(jié)果偏小的主要系統(tǒng)誤差。

關(guān)鍵詞：比汽化熱 ?結(jié)果偏小 ?系統(tǒng)誤差

中圖分類號：O4-34 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0024-02

水的比汽化熱的測定是我校大學(xué)物理實驗課程的一個必修熱學(xué)實驗，在這幾年的教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)有較大的誤差，誤差在5%～10%范圍內(nèi)的很普遍，超過10%的也不少;并且結(jié)果偏小的幾率遠大于偏大的幾率。教師試做時也常有誤差超出10%的情況。該文對該實驗誤差較大的原因進行了研究，重點探討了使結(jié)果偏小的主要系統(tǒng)誤差。

1 實驗原理、儀器和方法

該實驗通過測量水蒸汽充入水中凝結(jié)時放出的熱量來間接地測量水的比汽化熱。采用混合法，在量熱器的內(nèi)杯中裝入質(zhì)量為的水，鋁質(zhì)的內(nèi)杯和攪拌器的質(zhì)量為，水和內(nèi)杯、攪拌器的初溫為，然后往水中通入質(zhì)量為、溫度為的水蒸汽，最終達到平衡溫度，忽略系統(tǒng)與周圍環(huán)境的熱交換，由熱平衡方程可導(dǎo)出水的比汽化熱。

（1）

式中為水的比熱容，為鋁的比熱容。

實驗儀器是FD-YBQR型液體比汽化熱測量儀（上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司生產(chǎn)），示意圖如圖1所示。儀器的特點是：蒸汽的通路中沒有蒸汽過濾器，蒸汽先通過一根較短的玻璃管，再通過一根長約20 cm的橡膠管直接充入水中，通路較短;使用集成電路溫度傳感器AD590代替水銀溫度計;電爐的功率可以調(diào)節(jié)。

自編教材[1]中的實驗方法與說明書介紹的方法基本相同，但更強調(diào)抵償法的應(yīng)用，也就是充汽前用冰水調(diào)低初溫到低于室溫5～8℃，但不能低于露點，充汽后平衡溫度高于室溫5～8℃，控制充汽時間使得、和室溫的差的絕對值大致相等。詳細的實驗儀器和方法介紹可參考復(fù)旦大學(xué)陳俊逸等的論文“水的比汽化熱測量裝置的改進”[2]，該論文中介紹的方法與說明書基本相同，數(shù)據(jù)與說明書中的數(shù)據(jù)完全相同。

2 實驗結(jié)果和討論

2.1 實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果

筆者、兩位同事和說明書上的數(shù)據(jù)及結(jié)果如表1所示，取l00℃，的單位為“”，水在時比汽化熱的公認(rèn)值為。從表1可以看出12次實驗中誤差在5～10%范圍內(nèi)的有4次，超過10%的有3次，可見結(jié)果的離散性很大。還有一個不容忽視的特點，即每次實驗的結(jié)果都比公認(rèn)值小。

2.2 導(dǎo)致結(jié)果偏小的主要誤差因素

影響本實驗結(jié)果的誤差因素較多，有些使結(jié)果偏小，有些使結(jié)果偏大。例如，充汽過程中攪拌時濺出了水，膠管、溫度傳感器帶出了水，使得測出的水蒸汽質(zhì)量偏小，導(dǎo)致比汽化熱的測量結(jié)果偏大。但是，表1中12次實驗的結(jié)果都比公認(rèn)值小，說明存在導(dǎo)致結(jié)果偏小較多的系統(tǒng)誤差，下面討論導(dǎo)致結(jié)果偏小的誤差因素中哪些是主要因素。

（1）沒有很好地應(yīng)用抵償法，通汽時間偏長，致使熱量散失較多。

這種情況在實驗中很容易發(fā)生。說明書中介紹，編號為12的實驗較好地應(yīng)用了抵償法，誤差很小，而編號10和11的實驗沒有很好地應(yīng)用抵償法，誤差相對較大。同事2的三次實驗的數(shù)據(jù)也支持這一結(jié)論，但是筆者和同事1的數(shù)據(jù)并不支持這一結(jié)論。筆者認(rèn)為，量熱器的內(nèi)杯與外杯之間采用聚苯乙烯發(fā)泡塑料進行絕熱，量熱器的蓋子加工精度較高，只要充汽時間不太久（一般充汽時間只有約1 min），對實驗結(jié)果影響不大。

（2）忽略溫度傳感器吸收的熱量。

該實驗用AD590代替水銀溫度計，其體積很小，溫度升高約12度吸收的熱量是可以忽略的。說明書和陳俊逸等的論文[2]中介紹，經(jīng)過傳感器吸收熱量修正后編號為10、11、12的三次實驗的誤差分別為3.1%、3.6%和0.4%，影響不大。

（3）水蒸汽經(jīng)過一段管道，充入水中時溫度低于100℃，而計算時取100℃。

經(jīng)實測管道出口處水蒸汽的溫度最高可以達到99.7 ℃，這是因為本實驗所用儀器的輸汽管道較短。因此這一因素對實驗結(jié)果影響很小。

（4）調(diào)水溫時把保溫杯中的冰塊加入到內(nèi)杯中，冰塊未全部融化就充入蒸汽。

教師實驗中一般不會發(fā)生這種情況。

（5）水未沸騰就通入蒸汽。

教師實驗中一般不會發(fā)生這種情況。

（6）通汽管道帶入水滴。

這主要是指蒸汽通過管道時在管道內(nèi)壁凝結(jié)成水滴流入內(nèi)杯。自編教材和說明書都忽略了這一因素。筆者的修正方法是：在相同條件下用容器（例如量熱器內(nèi)杯）接取實驗時充汽過程相同時間內(nèi)產(chǎn)生的水滴，稱出其質(zhì)量，按下式進行修正

（2）

操作時注意了以下幾點：①把內(nèi)杯放在膠管下端距端口約30 cm處。如果內(nèi)杯距膠管端口太近，甚至膠管下端伸入內(nèi)杯內(nèi)，從膠管中噴出的蒸汽會在內(nèi)杯的內(nèi)表面凝結(jié)。②在容器中裝入大半杯常溫下的水。這樣從膠管滴下的水不會因溫度高而快速蒸發(fā)，并且內(nèi)杯和水的質(zhì)量大了可以減小用電子天平稱量的誤差。③每次接水滴1 min，接完并稱量后，并不是緊接著再接水滴，而是模擬實際做實驗時的情況，打開燒瓶的瓶塞，5 min后再塞上瓶塞第二次接水滴，這時膠管的溫度已下降到跟室溫接近。

重復(fù)接水滴5次，使用分辨率為0.01 g的電子天平測得分別為0.18 g、0.16 g、0.20 g、0.10 g和0.33 g。取平均值0.194 g對編號為1、2、3的三次實驗結(jié)果進行修正，修正后的誤差分別為-3.5%、 ? -1.7%和-1.7%，誤差的絕對值大大減小。這說明通汽管道帶入水滴是造成本實驗結(jié)果偏小的主要因素，不能忽略。但同時，5個數(shù)值的離散性也非常大，這是因為水滴并不是均勻地滴下，間隔的時間并不大致相等，時快時慢，具有較大的偶然性。因此，上述修正方法并不嚴(yán)謹(jǐn)，如果只接取水滴1次，偶然性的因素太大。而增加次數(shù)需要較長時間，如重復(fù)5次需時約30 min，課堂操作時間不允許，并且用多次接取水滴質(zhì)量的平均值來對某次實驗的結(jié)果進行修正同樣是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

除了蒸汽凝結(jié)成水滴流入內(nèi)杯之外，通汽管道帶入水滴還包括下面三種情況：一是加熱時燒瓶中的水有時會過激沸騰進入玻璃管，流入內(nèi)杯中。雖然加熱電爐的功率可以調(diào)節(jié)，學(xué)生實驗中偶爾也會出現(xiàn)這種情況。這種情況進入玻璃管中的水的質(zhì)量無從得知，不能修正，因而遇到這種情況應(yīng)該重做。二是往燒瓶中加水時水很容易進入燒瓶里面的玻璃管和橡皮管，粘附在管壁上，粘附的水滴雖然不多，但是其溫度接近于室溫，不同于蒸汽凝結(jié)成的水滴的溫度接近100℃。三是完成一次充汽后打開燒瓶的瓶塞停止充汽，這時管壁上同樣會殘留水滴，第二次充汽時殘留水滴的溫度也下降到跟室溫接近。

3 結(jié)語

FD-YBQR型液體比汽化熱測量儀對傳統(tǒng)儀器的蒸汽通路進行了改造，舍去了蒸汽過濾器，縮短了蒸汽的通路，結(jié)構(gòu)緊湊，操作也較方便;但是沒有解決通汽管道帶入水滴的不足，這對實驗結(jié)果產(chǎn)生了較大的影響。筆者認(rèn)為沒有必要改回傳統(tǒng)實驗裝置—— 在蒸汽的通路中接入蒸汽過濾器，因為燒瓶中的水過激沸騰的情況非常少，而從蒸汽過濾器到量熱器的那部分管道仍然會帶入水滴。為了解決通汽管道帶入水滴的問題，文獻[3]在傳統(tǒng)儀器的基礎(chǔ)上進行改進，巧妙地增加一些裝置，取得了很好的效果，但儀器結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，實驗操作也不太方便。筆者認(rèn)為可以對FD-YBQR型液體比汽化熱測量儀稍加改造，在通汽管道外面增加保溫層;因為蒸汽向外界散失熱量才會凝結(jié)成水滴，如果能做到有效保溫，將會大大減少水滴的生成，從而減小實驗誤差。

參考文獻

[1] 吳建忠，舒象喜，尹勝，等.大學(xué)物理實驗[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2010：145-148.

[2] 陳俊逸，陸申龍.水的比汽化熱測量裝置的改進[J].大學(xué)物理，2004，23（1）：41-43.

[3] 胡平亞.水的汽化熱測定實驗的改進[J].物理實驗，1990，58（6）：256-257，264.

摘 要：對水的比汽化熱的測定實驗誤差較大的原因進行了研究，重點探討了使結(jié)果偏小的主要系統(tǒng)誤差。

關(guān)鍵詞：比汽化熱 ?結(jié)果偏小 ?系統(tǒng)誤差

中圖分類號：O4-34 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0024-02

水的比汽化熱的測定是我校大學(xué)物理實驗課程的一個必修熱學(xué)實驗，在這幾年的教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)有較大的誤差，誤差在5%～10%范圍內(nèi)的很普遍，超過10%的也不少;并且結(jié)果偏小的幾率遠大于偏大的幾率。教師試做時也常有誤差超出10%的情況。該文對該實驗誤差較大的原因進行了研究，重點探討了使結(jié)果偏小的主要系統(tǒng)誤差。

1 實驗原理、儀器和方法

該實驗通過測量水蒸汽充入水中凝結(jié)時放出的熱量來間接地測量水的比汽化熱。采用混合法，在量熱器的內(nèi)杯中裝入質(zhì)量為的水，鋁質(zhì)的內(nèi)杯和攪拌器的質(zhì)量為，水和內(nèi)杯、攪拌器的初溫為，然后往水中通入質(zhì)量為、溫度為的水蒸汽，最終達到平衡溫度，忽略系統(tǒng)與周圍環(huán)境的熱交換，由熱平衡方程可導(dǎo)出水的比汽化熱。

（1）

式中為水的比熱容，為鋁的比熱容。

實驗儀器是FD-YBQR型液體比汽化熱測量儀（上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司生產(chǎn)），示意圖如圖1所示。儀器的特點是：蒸汽的通路中沒有蒸汽過濾器，蒸汽先通過一根較短的玻璃管，再通過一根長約20 cm的橡膠管直接充入水中，通路較短;使用集成電路溫度傳感器AD590代替水銀溫度計;電爐的功率可以調(diào)節(jié)。

自編教材[1]中的實驗方法與說明書介紹的方法基本相同，但更強調(diào)抵償法的應(yīng)用，也就是充汽前用冰水調(diào)低初溫到低于室溫5～8℃，但不能低于露點，充汽后平衡溫度高于室溫5～8℃，控制充汽時間使得、和室溫的差的絕對值大致相等。詳細的實驗儀器和方法介紹可參考復(fù)旦大學(xué)陳俊逸等的論文“水的比汽化熱測量裝置的改進”[2]，該論文中介紹的方法與說明書基本相同，數(shù)據(jù)與說明書中的數(shù)據(jù)完全相同。

2 實驗結(jié)果和討論

2.1 實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果

筆者、兩位同事和說明書上的數(shù)據(jù)及結(jié)果如表1所示，取l00℃，的單位為“”，水在時比汽化熱的公認(rèn)值為。從表1可以看出12次實驗中誤差在5～10%范圍內(nèi)的有4次，超過10%的有3次，可見結(jié)果的離散性很大。還有一個不容忽視的特點，即每次實驗的結(jié)果都比公認(rèn)值小。

2.2 導(dǎo)致結(jié)果偏小的主要誤差因素

影響本實驗結(jié)果的誤差因素較多，有些使結(jié)果偏小，有些使結(jié)果偏大。例如，充汽過程中攪拌時濺出了水，膠管、溫度傳感器帶出了水，使得測出的水蒸汽質(zhì)量偏小，導(dǎo)致比汽化熱的測量結(jié)果偏大。但是，表1中12次實驗的結(jié)果都比公認(rèn)值小，說明存在導(dǎo)致結(jié)果偏小較多的系統(tǒng)誤差，下面討論導(dǎo)致結(jié)果偏小的誤差因素中哪些是主要因素。

（1）沒有很好地應(yīng)用抵償法，通汽時間偏長，致使熱量散失較多。

這種情況在實驗中很容易發(fā)生。說明書中介紹，編號為12的實驗較好地應(yīng)用了抵償法，誤差很小，而編號10和11的實驗沒有很好地應(yīng)用抵償法，誤差相對較大。同事2的三次實驗的數(shù)據(jù)也支持這一結(jié)論，但是筆者和同事1的數(shù)據(jù)并不支持這一結(jié)論。筆者認(rèn)為，量熱器的內(nèi)杯與外杯之間采用聚苯乙烯發(fā)泡塑料進行絕熱，量熱器的蓋子加工精度較高，只要充汽時間不太久（一般充汽時間只有約1 min），對實驗結(jié)果影響不大。

（2）忽略溫度傳感器吸收的熱量。

該實驗用AD590代替水銀溫度計，其體積很小，溫度升高約12度吸收的熱量是可以忽略的。說明書和陳俊逸等的論文[2]中介紹，經(jīng)過傳感器吸收熱量修正后編號為10、11、12的三次實驗的誤差分別為3.1%、3.6%和0.4%，影響不大。

（3）水蒸汽經(jīng)過一段管道，充入水中時溫度低于100℃，而計算時取100℃。

經(jīng)實測管道出口處水蒸汽的溫度最高可以達到99.7 ℃，這是因為本實驗所用儀器的輸汽管道較短。因此這一因素對實驗結(jié)果影響很小。

（4）調(diào)水溫時把保溫杯中的冰塊加入到內(nèi)杯中，冰塊未全部融化就充入蒸汽。

教師實驗中一般不會發(fā)生這種情況。

（5）水未沸騰就通入蒸汽。

教師實驗中一般不會發(fā)生這種情況。

（6）通汽管道帶入水滴。

這主要是指蒸汽通過管道時在管道內(nèi)壁凝結(jié)成水滴流入內(nèi)杯。自編教材和說明書都忽略了這一因素。筆者的修正方法是：在相同條件下用容器（例如量熱器內(nèi)杯）接取實驗時充汽過程相同時間內(nèi)產(chǎn)生的水滴，稱出其質(zhì)量，按下式進行修正

（2）

操作時注意了以下幾點：①把內(nèi)杯放在膠管下端距端口約30 cm處。如果內(nèi)杯距膠管端口太近，甚至膠管下端伸入內(nèi)杯內(nèi)，從膠管中噴出的蒸汽會在內(nèi)杯的內(nèi)表面凝結(jié)。②在容器中裝入大半杯常溫下的水。這樣從膠管滴下的水不會因溫度高而快速蒸發(fā)，并且內(nèi)杯和水的質(zhì)量大了可以減小用電子天平稱量的誤差。③每次接水滴1 min，接完并稱量后，并不是緊接著再接水滴，而是模擬實際做實驗時的情況，打開燒瓶的瓶塞，5 min后再塞上瓶塞第二次接水滴，這時膠管的溫度已下降到跟室溫接近。

重復(fù)接水滴5次，使用分辨率為0.01 g的電子天平測得分別為0.18 g、0.16 g、0.20 g、0.10 g和0.33 g。取平均值0.194 g對編號為1、2、3的三次實驗結(jié)果進行修正，修正后的誤差分別為-3.5%、 ? -1.7%和-1.7%，誤差的絕對值大大減小。這說明通汽管道帶入水滴是造成本實驗結(jié)果偏小的主要因素，不能忽略。但同時，5個數(shù)值的離散性也非常大，這是因為水滴并不是均勻地滴下，間隔的時間并不大致相等，時快時慢，具有較大的偶然性。因此，上述修正方法并不嚴(yán)謹(jǐn)，如果只接取水滴1次，偶然性的因素太大。而增加次數(shù)需要較長時間，如重復(fù)5次需時約30 min，課堂操作時間不允許，并且用多次接取水滴質(zhì)量的平均值來對某次實驗的結(jié)果進行修正同樣是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

除了蒸汽凝結(jié)成水滴流入內(nèi)杯之外，通汽管道帶入水滴還包括下面三種情況：一是加熱時燒瓶中的水有時會過激沸騰進入玻璃管，流入內(nèi)杯中。雖然加熱電爐的功率可以調(diào)節(jié)，學(xué)生實驗中偶爾也會出現(xiàn)這種情況。這種情況進入玻璃管中的水的質(zhì)量無從得知，不能修正，因而遇到這種情況應(yīng)該重做。二是往燒瓶中加水時水很容易進入燒瓶里面的玻璃管和橡皮管，粘附在管壁上，粘附的水滴雖然不多，但是其溫度接近于室溫，不同于蒸汽凝結(jié)成的水滴的溫度接近100℃。三是完成一次充汽后打開燒瓶的瓶塞停止充汽，這時管壁上同樣會殘留水滴，第二次充汽時殘留水滴的溫度也下降到跟室溫接近。

3 結(jié)語

FD-YBQR型液體比汽化熱測量儀對傳統(tǒng)儀器的蒸汽通路進行了改造，舍去了蒸汽過濾器，縮短了蒸汽的通路，結(jié)構(gòu)緊湊，操作也較方便;但是沒有解決通汽管道帶入水滴的不足，這對實驗結(jié)果產(chǎn)生了較大的影響。筆者認(rèn)為沒有必要改回傳統(tǒng)實驗裝置—— 在蒸汽的通路中接入蒸汽過濾器，因為燒瓶中的水過激沸騰的情況非常少，而從蒸汽過濾器到量熱器的那部分管道仍然會帶入水滴。為了解決通汽管道帶入水滴的問題，文獻[3]在傳統(tǒng)儀器的基礎(chǔ)上進行改進，巧妙地增加一些裝置，取得了很好的效果，但儀器結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，實驗操作也不太方便。筆者認(rèn)為可以對FD-YBQR型液體比汽化熱測量儀稍加改造，在通汽管道外面增加保溫層;因為蒸汽向外界散失熱量才會凝結(jié)成水滴，如果能做到有效保溫，將會大大減少水滴的生成，從而減小實驗誤差。

參考文獻

[1] 吳建忠，舒象喜，尹勝，等.大學(xué)物理實驗[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2010：145-148.

[2] 陳俊逸，陸申龍.水的比汽化熱測量裝置的改進[J].大學(xué)物理，2004，23（1）：41-43.

[3] 胡平亞.水的汽化熱測定實驗的改進[J].物理實驗，1990，58（6）：256-257，264.