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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


Slide 5

大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


Slide 15

大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？


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大学物理实验

导热系数的测定

杭州电子科技大学
物理实验中心

前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论

前 言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能
的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都
要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良
导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的
良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和
动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数
的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热
系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系
数。

实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳
态平板法测材料导热系数的方法。

2、利用物体的散热速率求传热速率。
3、学会用热电偶测量温度。

实验原理
1. 热传导定律
当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从
温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导
现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么
在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
（如图），以

dT
dx

表示在x处

的温度梯度，那么在时间△t
内通过截面积△S所传递的
热量△Q为

Q
t

 dT 
  
S
 dx 

这就是傅立叶热传导定律。
式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即
传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比
例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的
两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间
内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米1 ·开-1（W ·m-1·K-1）。

2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量
截面面积S
发热盘 （黄铜盘）
样品

h1

散热盘（黄铜盘）

待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，
热量由发热盘通过样品上表面传入，并由样品
下表面向散热盘散发。

当样品上下表面温度可以认为是均匀分
布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧
面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改
写为：
Q
t

 

T1  T 2

S

h1

当T1、T2稳定时，通过样品的传热
率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相
同。

Q
t


T1  T1 0

q
t

T2  T20

Q

q

式中  t 是样品的传热速率，  t 是黄铜
盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上
下表面温度。由此可知，只要求得热稳态
时黄铜盘的散热速率  q ，即可求得样品的
t
导热系数。

黄铜盘的散热速率：
q
t

 mc
T2  T20

T
t

T2  T20

式中 k 

T
t

T2  T20

k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，
c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）。
那么样品的导热系数

 

mckh 1

s T1  T 2 



4 mckh 1

 d T1  T 2 

d是样品盘的直径。

2

3、散热盘冷却速率
冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
k 

T
t

它和材料、表面情况、周围环境的温差有
关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却
速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样
品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使
散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化
关系，并作冷却曲线。

求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）

T20

注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应
和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积
不同时，应予修正。
k  k

S 稳态
S 散热

稳态时散热面积
散热时散热面积

实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系
数测定仪
游标卡尺
物理天平
测试样品：硬铝、
橡皮圆盘

仪器简介

固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热
圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，
样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持
温度T1、T２，T1、T２ 的值用安插在加热圆盘、
散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字
电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物
中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。
数字电压表用来测量温差电动势。

实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径
d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。
3、安装、调整整个实验装置。
（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系
统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。
（2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧
面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶
冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。

4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度
T1和T2。
将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却
风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转
换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散
热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续
10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读
数末位数相差1~ 2），即可认为已达到热稳定状态
。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的
温度T1和T2 。

5、测散热盘冷却速率。
取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再

加热。当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（
电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加
热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下
冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，
直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。 以时
。
间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画
出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2
时散热盘的冷却速率

数据处理
1、根据

 

4 mckh 1

 d T1  T 2 
2

计算及其不确定度，正确表示结果。
2. 将测得样品的与标准值0比较，计算
百分误差。

注意事项
1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。
3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。
4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，
注意避免烫伤。
5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧
固定在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。

问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态
温度附近选值？
2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条
件？在实验中如何确定和保证？
3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘
上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有
影响，为什么？