实验8 研究热辐射-2023-2024学年高二物理选择性必修3实验报告册（人教版）

热辐射是热传递的一种形式， 物体一方面以辐射的形式向外界放出能量， 另 一方面又吸收其他物体的辐射而获得能量。 同一物体的辐射本领跟吸收辐射本领 是相同的， 即良好的辐射体一定也是良好的吸收体。 物体以辐射的方式吸热和散 热的本领与表面的颜色有关， 黑色物体的热辐射本领明显强于其他颜色的物体。 实验目的 观察并记录热辐射 （吸热和放热） 过程中温度随时间变化的情况， 比较不同 颜色物体的热辐射的能力。 实验器材 DISLab 、 计算机、 铁架台、 黑白两色铝管各一根 （建议： 取两根相同的铝 管， 一根用煤烟熏黑， 另一根包裹上银白色光亮铝箔， 可制成实验用的黑白铝 管）、 水、 橡皮塞、 加热灯。 实验装置 实验装置如图 8-1 所示。 实验过程 1. 取两支温度传感器分别接入数据采集器的 第一、 二通道并固定在铁架台的横梁两端。 2. 打开数据表格， 增加变量 “ t ” 表示计时间 实验八 研究热辐射 图 ８-1 实验装置图 研究热辐射 实验八 实验日期 年 月 日 实验预习 35 学生实验报告册 物理 选择性必修 第三册 （人教版） 隔， 本次实验设置计时间隔为 5 s ， 选择 “自 动” 方式记录数据。 3. 在两根铝管中加入温度相同的水， 将 温度传感器探针透过橡皮塞插入铝管中， 自 动记录此时的温度， 直到水温接近室温为止， 得到一组实验数据 （如图 ８-2 ）。 4. 点击 “绘图”， 设定 X 轴为 “ t ”、 Y 轴 为 “ T 1 ”， 得到对应白色铝管的温度图线 （如 图 ８-3 上方图线）； 再设定 X 轴为 “ t ”、 Y 轴 为 “ T 2 ”， 得到对应黑色铝管的温度图线 （如 图 ８-3 下方图线）。 5. 比较图 ８-3 中两条图 线， 可知黑色铝管散热的速度 明显高于白色铝管。 6. 将两铝管中的水取出， 重新套在温度传感器的探针 上， 待两铝管内的温度与室温 相同时 ， 打开 “计算表格 ”， 选择 “自动” 记录方式， 时间 间隔设定为 5 s 。 7. 将加热灯置于与两铝管 等距位置， 打开加热灯， 对两 铝管加热。 8. 点击 “开始”， 记录升 温数据。 9. 点击 “绘图”， 设定 X 轴为 “ t ”、 Y 轴为 “ T 1 ”， 得到 对应白色铝管的温度图线 （如 图 ８-4 下方图线）； 再设定 X 轴为 “ t ”、 Y 轴为 “ T 2 ”， 得到 对应黑色铝管的温度图线 （如 图 ８-2 实验数据 图 ８-3 散热图线 图 ８-4 吸热图线 36 图 ８-4 上方图线）。 10. 比较图 ８-4 中两条图线， 可见对应黑色铝管温度的图线迅速上升， 而对 应白色铝管温度的图线升幅很不显著。 这说明黑色铝管吸热的速度明显高于白色 铝管。 分析与结论 比较白色铝管和黑色铝管的散热图线、 吸热图线， 你的结论是 。 思考与练习 根据本实验的结果， 你能否举出一些应用本实验结论的例子？ 研究热辐射 实验八 37 学生实验报告册 物理 选择性必修 第三册 （人教版） 相同， 即 T 2 =225 K 。 这是一等压过程。 根据盖 - 吕萨克定律有 V 2 T 1 = V 3 T 2 ， 式中 V 3 是在此等压 过程末氦气的体积， 则 V 3 =5.54 m 3 。 6. （ 1 ） 解： 设气体在 B 状态时的体积为 V B ， 由盖 - 吕萨克定律得， V A T A = V B T B ， 代入数据 得 V B =0.4 m 3 。 （ 2 ） 微观原因： 气体体积不变， 分子密集程度不变， 温度变小， 气体分子 平均动能减小， 导致气体压强减小。 （ 3 ） Q 1 大于 Q 2 ； 因为 T A =T B ， 故 A→B 增加的内能与 B→C 减小的内能相同， 而 A→B 过程气体对外做正功， B→C 过程气体不做功， 由热力学第 一定律可知 Q 1 大于 Q 2 。 7. 解： （ 1 ） 计算水银柱将要进入竖直管内所需温度 80 273+27 ＝ 88 273+t 1 ， t 1 ＝57 ℃ ， 计算 水银柱刚好全部到竖直管内所需温度 75×80 273+27 ＝ （ 75+6 ） ×100 273+t 2 ， t 2 ＝162 ℃ ， 可见 119 ℃ 时水平 管内还有水银。 设竖直管内水银柱高为 x ， 则 75×80 300 ＝ （ 75+x ） × （ 100-12+2x ） 392 ， 解得 x＝5 。 所 以空气柱长为 98 cm 。 （ 2 ） 设竖直管内剩下水银柱长为 x ， 则 75×80 300 ＝ （ 75+x ） × （ 100+2×30-2x ） 273+t ， 要 x 无解， t min ＝327.25 ℃ 。 8. C