Лабораторная работа по физике 8 класс «Измерение удельной теплоёмкости твёрдого тела» определяет, из какого металла сделан цилиндр. Горячий цилиндр опускают в холодную воду калориметра, измеряют температуры и массы, а удельную теплоёмкость находят из баланса теплоты. Главный подвох — температура цилиндра: если перенести его в воду недогретым, ответ сильно уйдёт. В учебном примере ниже цилиндр, недогретый на 10 °C, дал бы около 740 вместо 920 Дж/(кг·°C), то есть ошибку почти в 20 %.
Номер в учебнике. В издании И. М. Перышкин, А. И. Иванов. Физика. 8 класс. Базовый уровень, 6-е изд., Просвещение, 2026 (с. 231–232) работа называется «Измерение удельной теплоёмкости вещества» и идёт под номером 3. В учебниках прежних лет встречается название с «твёрдого тела», как в заголовке страницы; смысл опыта тот же.
Цель и приборы
Цель: по теплообмену горячего металлического цилиндра с холодной водой найти удельную теплоёмкость металла и сравнить её с таблицей.
Приборы: калориметр, мензурка, термометр, весы, металлический цилиндр на нити, сосуды с горячей и холодной водой, салфетка. Такой же набор — калориметр, термометр, электронные весы и стальной и алюминиевый цилиндры на нити — составляет комплект № 7 ОГЭ, но задания 17 в 2027 году на нём не составляют.
В нашей установке «Плавление, кипение, калориметр» в режиме «Калориметр» можно опускать горячие цилиндры в воду и ждать равновесия: чашки «отдано» и «получено» уравновешиваются.
Ход работы
- Налей в калориметр холодную воду, измерь её массу (по объёму) и температуру t_в.
- Выдержи цилиндр в горячей воде до выравнивания температур и запиши его температуру t_мет.
- Перенеси цилиндр на нити в калориметр, погрузи целиком и дождись общей температуры t.
- Вынь цилиндр за нить, вытри салфеткой и взвесь: масса m_мет.
- Вычисли удельную теплоёмкость по формуле ниже.
- Найди в таблице учебника вещество с близким значением и запиши вывод.
Таблица измерений
Шаблон для тетради. Массу воды получай из объёма (100 мл дают 0,1 кг), температуру пиши с погрешностью цены деления термометра.
| m_в, кг | t_в, °C | m_мет, кг | t_мет, °C | t общая, °C | c_мет, Дж/(кг·°C) |
|---|---|---|---|---|---|
Формула расчёта: c_мет = c_в·m_в·(t − t_в) / [m_мет·(t_мет − t)]; удельная теплоёмкость воды c_в = 4200 Дж/(кг·°C).
Как оформить вывод
Образец (числа учебные): «Масса воды 0,184 кг, её температура 20 °C; цилиндр массой 0,168 кг имел температуру 80 °C, общая температура 30 °C. Вода получила 4200·0,184·10 = 7728 Дж. Тогда c_мет = 7728 / (0,168·50) = 920 Дж/(кг·°C). По таблице такое значение у алюминия. Вывод: цилиндр алюминиевый. В учебном примере потерь нет, поэтому число совпало с таблицей точно; в настоящем опыте часть теплоты уходит на калориметр и воздух, вода получает меньше, и c обычно выходит немного меньше табличного.»
Шаблон: «c_мет = … Дж/(кг·°C). Это близко к удельной теплоёмкости … по таблице. Отличие от табличного значения … % объясняется … . Вывод: цилиндр изготовлен из … .»
Где ошибаются
- Цилиндр не прогрели. Если вынуть его из горячей воды рано, температура будет меньше записанной, и результат уйдёт.
- Не вытерли цилиндр перед взвешиванием. Капли воды добавляют лишние граммы к массе металла.
- Берут слишком малую разность температур. При t_мет почти равной t знаменатель стремится к нулю, результат скачет. Нужна заметная разность.
- Цилиндр погружён не полностью или касается дна: теплообмен идёт неправильно.
- Путают воду и металл в формуле. В числителе вода (c_в, m_в, t − t_в), в знаменателе металл (m_мет, t_мет − t).
Шпаргалка за 30 секунд
Вода получила
- Формула
- Q = c_в·m_в·(t − t_в)
- Ловушка
- забыть перевод объёма в массу
Металл отдал
- Формула
- Q = c_мет·m_мет·(t_мет − t)
- Ловушка
- неверная температура цилиндра
Приравнять
- Формула
- c_мет = c_в·m_в·(t − t_в) / [m_мет·(t_мет − t)]
- Ловушка
- перепутать числитель и знаменатель
Типичная ошибка в выводе: написать «получили 920» без единиц и без сравнения с таблицей. Нужны единицы Дж/(кг·°C) и название вещества.
Контрольные вопросы
- Что показывает удельная теплоёмкость? Сколько теплоты нужно, чтобы нагреть 1 кг вещества на 1 °C.
- Почему считают, что вода получила столько же теплоты, сколько отдал цилиндр? В идеале теплота не теряется (уравнение теплового баланса); реальные потери дают небольшую погрешность.
- Как найти массу воды? По объёму: m = ρ·V, 100 мл воды имеют массу 0,1 кг.
- Зачем вытирать цилиндр? Чтобы не прибавить к массе металла массу капель воды.
- Как понять, что вещество угадано верно? Сравнить полученное c с таблицей учебника: значение должно быть близко.
Следующий шаг: открой установку «Плавление, кипение, калориметр» и опусти горячие цилиндры в калориметр. Теория — в теме удельная теплоёмкость 8 класс, а работа перед ней — смешивание воды. Свой расчёт можно проверить на пробном занятии по физике.