核心实践3:调查热辐射
实验目的
该实验的目的是研究一个表面吸收或辐射的红外辐射量如何取决于该表面的性质
变量:
- 独立变量=颜色
- 因变量=温度
- 控制变量:
- 相同的烧瓶(除了颜色不同)
- 同样数量的热水
- 水的起始温度相同
- 相同的时间间隔
设备清单
- 决议测量设备:
- 温度计= 1°C
- 秒表= 0.01秒
方法
- 把四个漆成黑色、灰色、白色和银色的相同的烧瓶放在一起
- 将烧瓶装满热水,确保从相同的初始温度开始测量
- 注意起始温度,然后定期测量温度,例如每30秒测量10分钟
结果分析
- 所有温暖的物体都以。的形式发出热辐射红外波
- 发射辐射的强度(和波长)取决于:
- 的温度身体(温度越高的物体发出的热辐射越多)
- 的表面积身体的(更大的表面积可以释放更多的辐射)
- 的颜色表面的
- 烧杯损失的大部分热量将是由于传导和对流
- 这对每个烧杯都是一样的,因为颜色不会影响热量损失
- 因此,烧杯之间的热损失的任何差异都必须是由于红外(热)辐射
- 为了比较每个烧瓶的热损失率,在y轴上绘制温度与x轴上时间的关系图,并绘制最佳拟合曲线
- 预期结果如下图所示:
- 一个结果表的示例可能是这样的:
实验评估
系统误差:
- 确保每种材料的水的起始温度是相同的,因为它会很快冷却
- 最好两人一组做这个实验,以协调启动秒表和浸泡温度计
- 使用数据记录器连接到数字温度计,以获得更准确的读数
- 确保体温计的孔不要太大,否则热量会从孔中逸出
- 对每个颜色的烧瓶重复读数
- 在眼睛水平线上阅读温度计上的数值,以避免视差误差
安全注意事项
- 所有电气设备都要远离水
- 注意不要直接接触热水
- 立即用冷水冲洗烧伤部位至少5分钟
- 不要把水壶灌得太满
- 确保所有的设备都在桌子的中间,而不是在桌子的末端,以免打翻烧杯
- 只能站着进行实验,以便对任何泄漏做出快速反应