CN104916193A - 冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法 - Google Patents

Abstract

一种冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法，由观察激光束透过温度均匀蒸馏水形成圆形光斑的均匀性、观察冷水与热水混合热平衡过程和测量热平衡时间的方法步骤组成。采用发散激光束透过透明水槽内混合中的冷水与热水，在光屏上投射形成的圆形光斑，数十倍地放大了激光束透过区域冷水与热水的热平衡过程图景，使冷水与热水混合热平衡过程可目视观察，微量、小温差的冷水与热水混合过程也能清晰显示。同时，通过增大光屏与水槽之间的距离，改变圆形光斑的大小，更适合于课堂演示实验。本发明采用对比实验方法，在学生没有相关背景知识的情况下，同样能快速理解冷水与热水混合热交换过程的科学性、准确性和实时性。

Description

冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法

技术领域

本发明属于教学演示仪器技术领域，具体涉及到测量热的方法。

背景技术

冷热水混合的温度平衡即温度趋于一致的过程，是热力学研究的重要问题。从初中物理到大学的热力学、甚至工业过程控制研究中，都将冷热水混合的温度平衡过程作为一个重要内容或模型。

目前，学生对冷热水混合温度平衡动态过程的了解，基本是在图2所示温度平衡曲线的基础上，凭借想象力进行理解。冷热水混合的温度平衡过程，本质上是一个热交换过程，但这种热交换过程，又不同于高低温固体材料之间或者固体与液体之间的有确定界面的热交换，其热交换过程受到界面大小的显著影响，而冷热水混合后的热交换，是一种没有固定界面或者说界面趋于无穷大的热交换，在这一过程中，热水水分子(动能较大的水分子)与冷水水分子(动能较小的水分子)之间直接发生非弹性碰撞，实现热平衡。但图2所示的温度平衡曲线告诉我们，冷热水混合温度平衡过程并不是瞬间完成，那么这一过程是如何进行的，这是一个非常具有科学意义的问题，也是学生经常提出的一个问题。但由于冷热水完全透明，裸眼观察热平衡过程没有可能，测量温度场随机变化的温度分布值，难度极大。虽然纹影显示技术的发展，为透明液体之间传质和能量交换过程的研究，提供了非常有效的手段，但纹影显示系统的构成非常复杂，仪器价格昂贵，且需要专业人员操作，不适合用于学生课堂冷热水混合热平衡过程的教学演示。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺点，提供一种能满足中学物理和大学热力学、工程物理等课程的教学要求、演示效果直观的冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：

(1)观察激光束透过温度均匀蒸馏水形成圆形光斑的均匀性

1)在容积长×宽×高为10×1.5×10cm³的透明水槽中加入100ml、90℃的蒸馏水，在透明水槽的左侧壁外用发散角为10°～20°、中心线与透明水槽左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽内的蒸馏水，投射在透明水槽右侧壁外侧的光屏上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏上形成圆形光斑的均匀性。

2)按照步骤1)的方法，在透明水槽中加入100ml、25℃的蒸馏水，在透明水槽的左侧壁外用发散角为10°～20°、中心线与透明水槽左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽内的蒸馏水，投射在透明水槽右侧壁外侧的光屏上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏上形成圆形光斑的均匀性。

3)在装100ml、25℃的蒸馏水的透明水槽中，一次加入30ml相同温度的蒸馏水，同步观察发散角为10°～20°的发散激光束，透过透明水槽投射在光屏上圆形光斑的均匀性是否改变。

4)转动半导体激光器，使出射发散角为10°～20°的发散激光束从不同方向、不同位置透过透明水槽，在光屏上观察圆形光斑的均匀性。

5)根据步骤1)、2)、3)、4)，确立光屏上圆形光斑的均匀性与透明水槽内蒸馏水温度分布均匀性的对应性。

(2)观察冷水与热水混合热平衡过程和测量热平衡时间的方法

1)在透明水槽内25℃、100ml的蒸馏水中，一次加入40ml、90℃的蒸馏水并开始计时，在自然混合情况下，观察发散角为10°～20°的发散激光束透过透明水槽投射在光屏上，圆形光斑中出现的网状亮线到网状亮线逐渐模糊并消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、亮度均匀的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间。

2)按照步骤1)的方法，在透明水槽内40ml、90℃的蒸馏水中一次加入25℃、100ml的蒸馏水并开始计时，自然混合，观察光屏上圆形光斑中网状亮线的出现到逐渐模糊并消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、亮度均匀的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间。

比较步骤1)、2)中透明水槽内两种不同温度蒸馏水混合热平衡时间。

在本发明的观察激光束透过温度均匀蒸馏水形成圆形光斑的均匀性步骤(1)中：

1)在容积长×宽×高为10×1.5×10cm³的透明水槽中加入100ml、90℃的蒸馏水，在透明水槽的左侧壁外用发散角最佳为15°、中心线与透明水槽左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽内的蒸馏水，投射在透明水槽右侧壁外侧的光屏上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏上形成圆形光斑的均匀性。

2)按照步骤1)的方法，在透明水槽中加入100ml、25℃的蒸馏水，在透明水槽的左侧壁外用发散角最佳为15°、中心线与透明水槽左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽内的蒸馏水，投射在透明水槽右侧壁外侧的光屏上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏上形成圆形光斑的均匀性。

3)在装有100ml、25℃的蒸馏水的透明水槽中，一次加入30ml相同温度的蒸馏水，同步观察发散角最佳为15°的发散激光束，透过透明水槽投射在光屏上圆形光斑的均匀性是否改变。

4)转动半导体激光器，使出射发散角最佳为15°的发散激光束从不同方向、不同位置透过透明水槽，在光屏上观察圆形光斑的均匀性。

5)根据步骤1)、2)、3)、4)，确立光屏上圆形光斑的均匀性与透明水槽内蒸馏水温度分布均匀程度的对应性。

在本发明的观察冷水与热水混合热平衡过程和测量热平衡时间的方法步骤(2)中：

1)在透明水槽内25℃、100ml的蒸馏水中，一次加入40ml、90℃的蒸馏水并开始计时，在自然混合情况下，观察发散角最佳为15°的发散激光束透过透明水槽投射在光屏上，圆形光斑中出现的网状亮线到网状亮线逐渐模糊并消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、亮度均匀的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间。

2)按照步骤1)的方法，在透明水槽内40ml、90℃的蒸馏水中一次加入25℃、100ml的蒸馏水并开始计时，自然混合，观察光屏上圆形光斑中网状亮线的出现到逐渐模糊并消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、亮度均匀的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间。

比较步骤1)、2)中透明水槽内两种不同温度蒸馏水混合热平衡时间。

本发明采用发散角可调的普通半导体激光器光源，发散激光束透过透明水槽内混合中的冷水与热水，在光屏上投射形成的圆形光斑，数十倍地放大了激光束透过区域冷水与热水的热平衡过程图景，使冷水与热水混合热平衡过程可目视观察，微量、小温差的冷水与热水混合过程也能清晰显示。同时，通过增大光屏与水槽之间的距离，改变圆形光斑的大小，更适合于课堂演示实验。本发明采用对比实验方法，在学生没有相关背景知识的情况下，同样能快速理解冷水与热水混合热交换过程的科学性、准确性和实时性。

附图说明

图1是冷热水混合所用实验装置的结构示意图。

图2是现有的冷水与热水混合温度平衡曲线。

图3是采用本发明实施例1中发散激光束透过温度均匀蒸馏水后圆形光斑照片。

图4是采用本发明实施例1两种温度蒸馏水混合过程中圆形光斑出现网状亮线的照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

本实施例的冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法所用的设备由半导体激光器1、透明水槽2、光屏3、底座4、激光器支架5联接构成。

在底座4上放置有透明水槽2，透明水槽2采用石英玻璃制成，透明水槽2的几何形状为长方体，透明水槽2的容积是长×宽×高为10×1.5×10cm³。在透明水槽2右侧底座4上安装有光屏3，光屏3用于呈现冷热水混合过程的光学图像。在透明水槽2左侧底座4上放置有激光器支架5，激光器支架5上安装有半导体激光器1，半导体激光器1可在半导体激光器1支架上转动，半导体激光器1用于产生激光，半导体激光器1出射光的发散角为15°的发散激光束从透明水槽2左侧壁的中部透过透明水槽2投射在光屏3上，在光屏3上呈现放大的冷热水混合过程的动态图像。

使用上述设备进行冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法步骤如下：

1、观察激光束透过温度均匀蒸馏水形成圆形光斑均匀性

1)在容积是长×宽×高为10×1.5×10cm³的透明水槽2中加入100ml、90℃的蒸馏水，在透明水槽2的左侧壁外用发散角为15°、中心线与透明水槽2左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽2内的蒸馏水，投射在透明水槽2右侧壁外侧的光屏3上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏3上形成圆形光斑的均匀性，如图3所示。由图3可见，圆形光斑是均匀的，说明发散激光束中所有光线在温度为90℃的蒸馏水中都保持直线传输。

2)按照步骤1)的方法，在透明水槽2中加入100ml、25℃的蒸馏水，在透明水槽2的左侧壁外用发散角为15°、中心线与透明水槽2左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽2内的蒸馏水，投射在透明水槽2右侧壁外侧的光屏3上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏3上形成圆形光斑的均匀性，如图3所示。由图3可见，圆形光斑是均匀的，说明发散激光束中所有光线在温度为25℃的蒸馏水中都保持直线传输。

3)在装有100ml、25℃的蒸馏水的透明水槽2中，一次加入30ml相同温度的蒸馏水，同步观察发散角为15°的发散激光束，透过透明水槽2投射在光屏3上圆形光斑的均匀性是否改变，圆形光斑的照片如图3所示，由图3可见圆形光斑均匀性没有改变，说明相同温度蒸馏水的加入，没有改变发散激光束在蒸馏水中的直线传输。

4)转动半导体激光器1，使出射发散角为15°的发散激光束从不同方向、不同位置透过透明水槽2，在光屏3上观察圆形光斑的均匀性，如图3所示。由图3可见圆形光斑均匀性始终是稳定性，说明相同温度蒸馏水的加入，不改变水槽内蒸馏水光学特性的一致性。

5)根据步骤1)、2)、3)、4)，确立光屏3上圆形光斑均匀性与透明水槽2内蒸馏水温度分布均匀程度的对应性；基于上述步骤中观察到的发散激光束透过温度均匀的蒸馏水后在光屏3上形成圆形光斑的均匀性，以及光在均匀介质中直线传输、在非均匀介质中弯曲传输的原理，只要发散激光束透过透明水槽2在光屏3上形成的圆形光斑是均匀的，则透明水槽2中蒸馏水的温度分布是均匀的；如果圆形光斑均匀度随时间变化，说明蒸馏水中的温度分布是不均匀且变化的，通过光屏3上圆形光斑的均匀性，直观地判断蒸馏水温度分布的均匀性。

2、观察冷水与热水混合热平衡过程和测量热平衡时间的方法

1)在透明水槽2内25℃、100ml的蒸馏水中，一次加入40ml、90℃的蒸馏水并开始计时，自然混合，观察发散角为15°的激光束透过透明水槽2投射在光屏3上的圆形光斑中出现网状亮线到网状亮线逐渐模糊直到消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、均匀性恢复的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间。两种温度蒸馏水混合时，圆形光斑中网状亮线的照片如图4所示，由图3与图4的比较可见，两种温度蒸馏水混合时圆形光斑的均匀性发生了显著变化，并出现不规则的网状亮线，说明激光束透过不同温度蒸馏水的混合体时，发散激光束中部分光线同步发生弯曲汇聚现象，随着水槽内蒸馏水温度分布趋于一致，圆形光斑均匀性的变化同步变缓，最后完全均匀稳定，说明水槽内蒸馏水温度完全均匀，即热平衡完成。从圆形光斑中不断变化的网状亮线的出现到网状亮线逐渐模糊再到完全消失，实时显现了不同温度蒸馏水混合达到热平衡的全过程。

2)按照步骤1)的方法，在透明水槽2内40ml、90℃的蒸馏水中一次加入25℃、100ml的蒸馏水并开始计时，自然混合，观察光屏3上圆形光斑中网状亮线的出现到逐渐模糊并消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、均匀性恢复的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间；

比较步骤1)、2)中透明水槽2内两种不同温度蒸馏水混合热平衡时间，看到热平衡时间完全相同，说明两种质量与温度确定的蒸馏水自然混合热平衡时间与加入顺序没有关系。

实施例2

本实施例的冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法所用的设备与实施例1相同，半导体激光器1出射光的发散角为10°的发散激光束。使用本实施例设备进行冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法步骤如下：

1、观察激光束透过温度均匀蒸馏水形成圆形光斑均匀性

1)在容积是长×宽×高为10×1.5×10cm³的透明水槽2中加入100ml、90℃的蒸馏水，在透明水槽2的左侧壁外用发散角为10°、中心线与透明水槽2左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽2内的蒸馏水，投射在透明水槽2右侧壁外侧的光屏3上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏3上形成圆形光斑的均匀性。

2)按照步骤1)的方法，在透明水槽2中加入100ml、25℃的蒸馏水，在透明水槽2的左侧壁外用发散角为10°、中心线与透明水槽2左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽2内的蒸馏水，投射在透明水槽2右侧壁外侧的光屏3上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏3上形成圆形光斑的均匀性。

3)在装有100ml、25℃的蒸馏水的透明水槽2中，一次加入30ml相同温度的蒸馏水，同步观察发散角为10°的发散激光束，透过透明水槽2投射在光屏3上圆形光斑的均匀性是否改变，

4)转动半导体激光器1，使出射发散角为10°的发散激光束从不同方向、不同位置透过透明水槽2，在光屏3上观察圆形光斑的均匀性，

该步骤中的其它步骤与实施例1相同。

2、观察冷水与热水混合热平衡过程和测量热平衡时间的方法

1)在透明水槽2内25℃、100ml的蒸馏水中，一次加入40ml、90℃的蒸馏水并开始计时，自然混合，观察发散角为10°的激光束透过透明水槽2投射在光屏3上的圆形光斑中出现网状亮线到网状亮线逐渐模糊直到消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、均匀性恢复的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间。

步骤2)与实施例1相同。

比较步骤1)、2)中透明水槽2内两种不同温度蒸馏水混合热平衡时间。

实施例3

本实施例的冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法所用的设备与实施例1相同，半导体激光器1出射光的发散角为20°的发散激光束。使用本实施例设备进行冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法步骤如下：

1、观察激光束透过温度均匀蒸馏水形成圆形光斑均匀性

1)在容积是长×宽×高为10×1.5×10cm³的透明水槽2中加入100ml、90℃的蒸馏水，在透明水槽2的左侧壁外用发散角为20°、中心线与透明水槽2左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽2内的蒸馏水，投射在透明水槽2右侧壁外侧的光屏3上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏3上形成圆形光斑的均匀性。

2)按照步骤1)的方法，在透明水槽2中加入100ml、25℃的蒸馏水，在透明水槽2的左侧壁外用发散角为20°、中心线与透明水槽2左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽2内的蒸馏水，投射在透明水槽2右侧壁外侧的光屏3上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏3上形成圆形光斑的均匀性。

3)在装有100ml、25℃的蒸馏水的透明水槽2中，一次加入30ml相同温度的蒸馏水，同步观察发散角为20°的发散激光束，透过透明水槽2投射在光屏3上圆形光斑的均匀性是否改变，

4)转动半导体激光器1，使出射发散角为20°的发散激光束从不同方向、不同位置透过透明水槽2，在光屏3上观察圆形光斑的均匀性，

该步骤中的其它步骤与实施例1相同。

2、观察冷水与热水混合热平衡过程和测量热平衡时间的方法

1)在透明水槽2内25℃、100ml的蒸馏水中，一次加入40ml、90℃的蒸馏水并开始计时，自然混合，观察发散角为20°的激光束透过透明水槽2投射在光屏3上的圆形光斑中出现网状亮线到网状亮线逐渐模糊直到消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、均匀性恢复的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间。

步骤2)与实施例1相同。

比较步骤1)、2)中透明水槽2内两种不同温度蒸馏水混合热平衡时间。

本发明的原理如下：

本发明基于光线在均匀介质中直线传输，而在非均匀介质中向折射率大的区域偏折的原理，实现冷水、热水混合过程的光学实时观测。不同温度的蒸馏水都是均匀介质，发散激光束中不同光线透过蒸馏水，均保持直线传输，圆形光斑均匀性没有变化。不同温度水之间的热交换不会在瞬间达到热平衡，虽然微观上大量热水分子进入冷水后的运动随机和无序，在宏观上热水倒入冷水或冷水进入热水中的过程(下同)，是倒入水的势能向动能的转化过程，当热水进入冷水中，受到多种力的共同作用，以湍流形式混合。冷水、热水间的热交换从其界面开始，界面由明显到模糊，再到界面完全消失，即冷水与热水间的热交换完成。由于冷水、热水都是无色透明液体，其混合后的热平衡过程无法裸眼实时观察。基于光在非均匀介质中传输时向折射率较大区域偏折的原理和冷水、热水的温度不同产生的折射率差异，以及冷水、热水热交换过程中，温度过度区中折射率梯度分布的特性，本发明采用发散激光束透过水槽中处于混合过程中的冷水、热水时，冷水、热水以及冷水、热水间折射率梯度变化区域对发散激光束的折射、会聚或发散作用，即光通过冷水、热水间折射率梯度变化区域时，向冷水区域偏折，使得相应的冷水区域在光屏3上对应的投射区亮度增强，而热水区域在光屏3上对应的投射区域亮度减弱。光屏3上投射的圆形光斑均匀性的实时动态变化，实时反映了冷水与热水的混合过程。通过观察在冷水中加入热水前(或者热水中加入冷水前)稳定的圆形光斑，到冷水中热水加入的瞬间圆形光斑中不规则网状亮线的出现，再到网状亮线的逐渐模糊，直至圆形光斑再次恢复均匀，直观、实时地显示了冷水与热水混合的热平衡过程，实现了冷水与热水混合热平衡过程的实时动态显示与热平衡时间测量。

Claims (2)

1.一种冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法，其特征在于它是由下述步骤组成：

(1)观察激光束透过温度均匀蒸馏水形成圆形光斑的均匀性

1)在容积长×宽×高为10×1.5×10cm³的透明水槽(2)中加入100ml、90℃的蒸馏水，在透明水槽(2)的左侧壁外用发散角为10°～20°、中心线与透明水槽(2)左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽(2)内的蒸馏水，投射在透明水槽(2)右侧壁外侧的光屏(3)上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏(3)上形成圆形光斑的均匀性；

2)按照步骤1)的方法，在透明水槽(2)中加入100ml、25℃的蒸馏水，在透明水槽(2)的左侧壁外用发散角为10°～20°、中心线与透明水槽(2)左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽(2)内的蒸馏水，投射在透明水槽(2)右侧壁外侧的光屏(3)上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏(3)上形成圆形光斑的均匀性；

3)在装100ml、25℃的蒸馏水的透明水槽(2)中，一次加入30ml相同温度的蒸馏水，同步观察发散角为10°～20°的发散激光束，透过透明水槽(2)投射在光屏(3)上圆形光斑的均匀性是否改变；

4)转动半导体激光器1，使出射发散角为10°～20°的发散激光束从不同方向、不同位置透过透明水槽(2)，在光屏(3)上观察圆形光斑的均匀性；

5)根据步骤1)、2)、3)、4)，确立光屏(3)上圆形光斑的均匀性与透明水槽(2)内蒸馏水温度分布均匀程度的对应性；

(2)观察冷水与热水混合热平衡过程和测量热平衡时间的方法

1)在透明水槽(2)内25℃、100ml的蒸馏水中，一次加入40ml、90℃的蒸馏水并开始计时，在自然混合情况下，观察发散角为10°～20°的发散激光束透过透明水槽(2)投射在光屏(3)上，圆形光斑中出现的网状亮线到网状亮线逐渐模糊并消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、亮度均匀的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间；

2)按照步骤1)的方法，在透明水槽(2)内40ml、90℃的蒸馏水中一次加入25℃、100ml的蒸馏水并开始计时，自然混合，观察光屏(3)上圆形光斑中网状亮线的出现到逐渐模糊并消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、亮度均匀的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间；

比较步骤1)、2)中透明水槽(2)内两种不同温度蒸馏水混合热平衡时间。

2.根据权利要求1所述的冷热水混合过程动态显示与热平衡时间测量方法，其特征在于在观察激光束透过温度均匀蒸馏水形成圆形光斑的均匀性步骤(1)中：

1)在容积长×宽×高为10×1.5×10cm³的透明水槽(2)中加入100ml、90℃的蒸馏水，在透明水槽(2)的左侧壁外用发散角为15°、中心线与透明水槽(2)左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽(2)内的蒸馏水，投射在透明水槽(2)右侧壁外侧的光屏(3)上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏(3)上形成圆形光斑的均匀性；

2)按照步骤1)的方法，在透明水槽(2)中加入100ml、25℃的蒸馏水，在透明水槽(2)的左侧壁外用发散角为15°、中心线与透明水槽(2)左侧壁垂直的激光束入射，透过透明水槽(2)内的蒸馏水，投射在透明水槽(2)右侧壁外侧的光屏(3)上，观察发散激光束透过温度均匀蒸馏水在光屏(3)上形成圆形光斑的均匀性；

3)在装有100ml、25℃的蒸馏水的透明水槽(2)中，一次加入30ml相同温度的蒸馏水，同步观察发散角为15°的发散激光束，透过透明水槽(2)投射在光屏(3)上圆形光斑的均匀性是否改变；

4)转动半导体激光器1，使出射发散角为15°的发散激光束从不同方向、不同位置透过透明水槽(2)，在光屏(3)上观察圆形光斑的均匀性；

5)根据步骤1)、2)、3)、4)，确立光屏(3)上圆形光斑的均匀性与透明水槽(2)内蒸馏水温度分布均匀性的对应性；

在观察冷水与热水混合热平衡过程和测量热平衡时间的方法步骤(2)中：

1)在透明水槽(2)内25℃、100ml的蒸馏水中，一次加入40ml、90℃的蒸馏水并开始计时，在自然混合情况下，观察发散角为15°的发散激光束透过透明水槽(2)投射在光屏(3)上，圆形光斑中出现的网状亮线到网状亮线逐渐模糊并消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、亮度均匀的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间；

2)按照步骤1)的方法，在透明水槽(2)内40ml、90℃的蒸馏水中一次加入25℃、100ml的蒸馏水并开始计时，自然混合，观察光屏(3)上圆形光斑中网状亮线的出现到逐渐模糊并消失的过程，在圆形光斑中网状亮线消失、亮度均匀的瞬间终止计时，为两种温度蒸馏水混合的热平衡时间；

比较步骤1)、2)中透明水槽(2)内两种不同温度蒸馏水混合热平衡时间。