1、比熱容的概念及其應用
(1)單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高1℃吸收的熱量叫做這種物質(zhì)的比熱容,簡稱比熱。
比熱容是通過比較單位質(zhì)量的某種物質(zhì)升溫1℃時吸收的熱量,來表示各種物質(zhì)的不同性質(zhì)。
(2)比熱容的單位:在國際單位制中,比熱容的單位是J/(kg?℃),讀作焦每千克攝氏度。
(3)水的比熱容是4.2×103J/(kg?℃);它的物理意義是1千克水,溫度升高或者降低1℃,吸收或者放出的熱量是4.2×103焦耳。
(4)比熱容解釋簡單的自然現(xiàn)象:如為什么海水與沙子在同一時刻的溫度不一樣?
因為海水與沙子受光照的時間完全相同,所以它們吸收的熱量相同,但是海水的比熱比沙子的比熱大,所以海水升溫比沙子升溫慢;沒有日照時,海水降溫比沙子降溫慢。
2、水的比熱容的特點及應用
(1)水的比熱容較大,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有廣泛的應用,這個應用主要考慮兩個
方面:
①由于水的比熱容較大,一定質(zhì)量的水吸收(或放出)很多的熱而自身的溫度卻變
化不多,有利于調(diào)節(jié)氣候;夏天,太陽光照射到海面上,海水的溫度在升高過程中吸收大量
的熱,所以人們住在海邊并不覺得特別熱;冬天,氣溫低了,海水由于溫度降低而放出大量
的熱,使沿海氣溫不至于降得太低,所以住在海邊的人們又不覺得特別冷。
②一定質(zhì)量的水升高(或降低)一定溫度吸熱(或放熱)很多,有利于用水作冷卻劑或取暖;
作冷卻劑時,是讓水吸收帶走更多的熱量;用來取暖時,是讓水放出更多熱量供給人們,另
一方面。
3、熱量的計算
(1)物體的溫度升高時吸收熱量為:Q吸=cm(t-t0);降低時放出的熱量為:Q放=cm(t0-t);
其中c——物體的比熱容——單位J/(kg?℃);
m——物體的質(zhì)量——單位kg;
t0——物體原來的溫度℃;
t——物體后來的溫度℃。
若用△t表示物體變化的溫度(升高或降低的溫度),物體溫度升高過程吸收的熱量或物體溫度降低過程放出的熱量可以統(tǒng)一寫為:Q=cm△t;
公式可以變形為、、。
(2)應用熱量公式解題應注意的幾個問題:
①質(zhì)量的單位要用千克;
②注意識別和恰當?shù)厥褂糜嘘P“溫度變化”的用詞,一定要分清初溫、末溫,升高了、升高到(或降低了、降低到)的溫度含義,要根據(jù)題意作出正確的判斷;
③應用熱量公式的條件是物質(zhì)的狀態(tài)不能改變,若不考慮這個因素,計算結果就會出現(xiàn)錯誤
(3)這兩個公式解題的一般步驟是:①根據(jù)題意是吸熱還是放熱找出相應的公式;②明確要求的物理量;③根據(jù)所給已知條件求解.
(4)在使用熱量公式進行計算時,首先各物理量的單位必須統(tǒng)一用國際單位,如溫度t的單位用℃,質(zhì)量m的單位用kg,比熱容c的單位用J/(kg?℃),熱量的單位用J;其次,對有關溫度的文字敘述應特別謹慎,不可亂套,注意分清“升高”“升高了”“降低”“降低了”對應的都是溫度的改變量△t,而不是溫度t;而“升高到”“降低到”對應的才是物體的末溫t。
4、熱平衡的應用
(1)熱平衡:在熱傳遞過程中,如果沒有熱量損失,則高溫物體放出的熱量Q放等于低溫物體吸收的熱量Q吸,即Q放=Q吸,把這個關系叫熱平衡方程;
(2)熱平衡方程式:兩個溫度不同的物體放在一起,高溫物體放出熱量,低溫物體吸收熱量,當兩個物體溫度達到相同時,如果沒有熱量損失,則有Q吸=Q放,稱為熱平衡方程,在熱量計算題中,常采用此等式。
※注意此方程只適用于絕熱系統(tǒng)內(nèi)的熱交換過程,即無熱量的損失;在交換過程中無熱和功轉變問題;而且在初、末狀態(tài)都必須達到平衡態(tài);
①系統(tǒng)放熱,一般是由于溫度降低、凝固、液化及燃料燃燒等過程;
②而系統(tǒng)吸熱則是由于溫度升高,熔解及汽化過程而引起的。
5、探究比熱容的實驗
(1)實驗目的:探究不同物質(zhì)吸熱(比熱容)情況;
(2)實驗方法:控制變量法、轉換法;
(3)實驗器材:2個相同的酒精燈、燒杯、水、食用油、溫度計支、鐵架臺個、石棉網(wǎng)、火柴、停表;
(4)實驗步驟::步驟①在兩個鐵架臺的底座上各放一個規(guī)格相同的酒精燈,調(diào)好鐵圈的高度,將石棉網(wǎng)放在鐵圈上;
步驟②將盛有等質(zhì)量的水和食用油的燒杯分別放在石棉網(wǎng)上;
步驟③將兩支溫度計分別掛在鐵架臺的支架上,并將玻璃泡全部浸入液體中,讀出此時水和食用油的初溫度,填入表中;
步驟④點燃酒精燈,同時對水和食用油加熱,加熱時間均為6分鐘,停止加熱前分別讀出水和食用油的末溫度, 填入表中;
步驟 = 5 \* GB3 ⑤整理實驗器材。
(5)實驗結論:質(zhì)量相同的水和食用油吸收相同的熱量,食用油的溫度升高的較大。
(6)實驗分析:判斷水與食用油的吸熱本領的大小,有兩種方法:
①可判斷兩種物質(zhì)在升高相同溫度的情況下,所用時間的多少,用時較多的,說明吸收的熱量多,則比熱較大;
②可判斷兩種物質(zhì)在吸收相同熱量的情況下,升高溫度的多少,溫度升高較多的,則比熱較??;
【考點1 比熱容的概念及其應用】
【典例1-1】(2023?柘城縣三模)晚上,小明為了給工作一天回到家的爸爸緩解疲勞,用艾草給爸爸泡腳,下列關于此過程的說法正確的是( )
A.加熱后的艾草味道更濃,是因為分子熱運動更劇烈
B.泡腳水的溫度越高,所含的熱量越多
C.泡腳是通過做功的方式改變了腳的內(nèi)能
D.泡腳過程中水的溫度降低,比熱容變小了
【答案】A
【分析】(1)分子無規(guī)則運動的快慢與溫度有關:溫度越高,分子運動越劇烈;
(2)熱量是熱傳遞過程中傳遞能量的多少;
(3)改變物體內(nèi)能的方式有兩種:做功和熱傳遞;
(4)比熱容是物質(zhì)的特性,與物質(zhì)的狀態(tài)和種類有關,與質(zhì)量、體積、溫度無關。
【解答】解:A.分子熱運動的劇烈程度受溫度的影響,且溫度越高,分子熱運動越劇烈,所以加熱后的艾草味道更濃,故A正確;
B.洗腳水的溫度高,但不能說所含的熱量越多,因為熱量是過程量,不能用“含有”來修飾,故B錯誤;
C.泡腳是通過熱傳遞的方式改變了腳的內(nèi)能,故C錯誤;
D.比熱容是物質(zhì)的特性,與物質(zhì)的狀態(tài)和種類有關,與質(zhì)量、體積、溫度無關,泡腳過程中水的溫度降低,比熱容不變,故D錯誤。
故選:A。
【典例1-2】(2023春?靜安區(qū)校級期中)由比熱容表可知:1kg的煤油溫度升高1℃,需吸收的熱量為 2.1×103 J;質(zhì)量相等的水和煤油,升高相同的溫度, 水 吸收的熱量多;質(zhì)量相等的鋁塊與銅塊,放出相等的熱量, 銅塊 降低的溫度多。
【答案】2.1×103;水;銅塊。
【分析】(1)煤油的比熱容為2.1×103J/(kg?℃),表示1千克的煤油溫度升高1℃,吸收的熱量為2.1×103焦耳;
(2)由吸熱公式Q吸=cmΔt可知,質(zhì)量相同的不同物質(zhì),升高相同的溫度,比熱容大的吸收的熱量多,比熱容小的吸收的熱量少。
(3)由放熱公式Q放=cmΔt可知,質(zhì)量相同的不同物質(zhì),放出相同的熱量,比熱容大的溫度降低少,比熱容小的溫度降低多。
【解答】解:(1)煤油的比熱容為2.1×103J/(kg?℃),表示1kg的煤油溫度升高1℃,吸收的熱量為2.1×103J;
(2)質(zhì)量相同的煤油和水,水的比熱容大于煤油的比熱容,升高相同的溫度,由Q吸=cmΔt可知,水吸收的熱量多。
(3)質(zhì)量相同的鋁塊和銅塊,鋁的比熱容大于銅的比熱容,放出相同的熱量后,由Q放=cmΔt可知,銅塊的溫度降低的多;
故答案為:2.1×103;水;銅塊。
【變式1-1】(2023春?靜安區(qū)校級期中)關于c=,下列說法中正確的是( )
A.物體吸收的熱量越多,比熱容越大
B.物體的質(zhì)量越小,比熱容越大
C.物體的溫度變化量越小,比熱容越大
D.物質(zhì)的比熱容與熱量、質(zhì)量及溫度的變化量無關
【答案】D
【分析】比熱容是物質(zhì)本身的一種特性,其大小是由物質(zhì)決定的,與是否吸熱、放熱、溫度、質(zhì)量等因素無關。
【解答】A、比熱容是物質(zhì)本身的一種特性,與物體吸收的熱量無關,故A錯誤;
B、比熱容是物質(zhì)本身的一種特性,與物體的質(zhì)量無關,故B錯誤;
C、比熱容是物質(zhì)本身的一種特性,與物體關溫度變化量無關,故C錯誤;
D、物質(zhì)的比熱容與熱量、質(zhì)量及溫度的變化量無關,故D正確。
故選:D。
【變式1-2】(2023?薛城區(qū)一模)如圖所示是某種固態(tài)物質(zhì)加熱變成液態(tài)時溫度隨時間變化的曲線,由圖可知,從4min加熱到8min過程中,物體的內(nèi)能 增加 (選填“增加”或“不變”),該物質(zhì)在CD段的比熱容 大于 (選填“大于”“等于”或“小于”)AB段的比熱容。
【答案】增加;大于。
【分析】(1)物體的內(nèi)能與物體質(zhì)量、溫度、狀態(tài)等有關;
(2)從表中數(shù)據(jù)判斷AB和CD段比熱容的大小。
【解答】解:由圖可知,從4min加熱到8min過程中,物體不斷地加熱,故物體的內(nèi)能增加;該物質(zhì)在AB段,加熱4min,溫度上升10℃,在CD段,加熱10min,溫度上升小于10℃,因為它們在相等的時間內(nèi)吸收的熱量相同,根據(jù)比熱容公式c=可知,溫度上升快的,比熱容小。故該物質(zhì)在CD段的比熱容大于AB段的比熱容。
故答案為:增加;大于。
【考點2 水的比熱容的特點及應用】
【典例2-1】(2023?廣水市模擬)如圖所示為隨州漂水濕地公園的一角。夏天公園內(nèi)鳥語花香、氣溫宜人。下列對人們在濕地公園的感知解釋不正確的是( )
A.早晨小草上的露珠,是空氣遇冷液化形成的
B.游客手里的冰棒吸熱熔化,內(nèi)能增加,溫度不變
C.聞到公園內(nèi)陣陣花香,是分子無規(guī)則運動的結果
D.中午路面熱得發(fā)燙,而湖邊感到?jīng)鏊?,是因為沙石的比熱容比水?br>【答案】A
【分析】(1)物質(zhì)從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過程叫液化,液化放熱;
(2)晶體熔化過程中吸收熱量,溫度保持不變;
(3)一切物質(zhì)的分子都在不停地做無規(guī)則的運動,這一運動的外在表現(xiàn)就是擴散現(xiàn)象;
(4)水的比熱容比較大,質(zhì)量相同、吸收相同的熱量時,溫度變化比較小。
【解答】解:
A、小草上的露珠是空氣中的水蒸氣放熱液化形成的,故A錯誤;
B、冰棒吸收熱量,內(nèi)能一定會增大,但熔化過程中溫度不變。故B正確。
C、我們能聞到花的香味,是因為花芳香分子在做無規(guī)則運動引起的,屬擴散現(xiàn)象。故C正確;
D、水的比熱容比沙石的比熱容大,吸收相同的熱量,水的溫度變化小、沙石的溫度變化大,所以覺得路面熱得發(fā)燙而湖邊感到?jīng)鏊?。故D正確;
故選:A。
【典例2-2】(2023?老河口市模擬)我市在“創(chuàng)建文明城市”活動中,同學們在老師的帶領下一起到居民小區(qū)勞動。“小廣告”粘在建筑物上不易被清除掉,因為分子間存在 引力 ;汽油機散熱常用水作為冷卻劑,這是利用了水的 比熱容 較大的性質(zhì)。
【答案】引力;比熱容。
【分析】(1)分子之間存在相互作用的引力和斥力;
(2)水的比熱容較大,相同質(zhì)量的水和其它物質(zhì)相比,升高相同的溫度,水吸收熱量較多。
【解答】解:“小廣告”粘在建筑物上不易被清除掉,因為分子間存在引力;
汽油機散熱常用水作為冷卻劑,是因為水的比熱容較大,相同質(zhì)量的水和其它物質(zhì)相比,升高相同的溫度,水吸收熱量較多。
故答案為:引力;比熱容。
【變式2-1】(2023?光明區(qū)二模)“早穿皮襖午穿紗,守著火爐吃西瓜”是對大漠氣候的生動描寫,而沿海地區(qū)晝夜溫差則不大,這是由于砂石與水相比,砂石( )
A.熱值小B.比熱容小
C.吸熱能力強D.含有的熱量多
【答案】B
【分析】水的比熱容較大,質(zhì)量相同的水與其它物質(zhì)相比,吸收或放出一定熱量時,溫度變化?。粶囟茸兓欢〞r,可以吸收或放出更多熱量。
【解答】解:沿海地區(qū),水多,內(nèi)陸地區(qū)水少、砂石多,因為水的比熱容較大,砂石的比熱容較小,白天,相同質(zhì)量的水和砂石比較,吸收相同的熱量,水的溫度升高的少;夜晚,放出相同的熱量,水的溫度降低的少,使得沿海地區(qū)晝夜的溫差小。
故選:B。
【變式2-2】(2023?開江縣模擬)圖中所描述的情景為海濱 夜晚 (填“中午”或“夜晚”)的情況,在夏天從游泳池游泳起來的人身上感覺涼快這是因為水 蒸發(fā)吸熱 的原因。?
【答案】夜晚;蒸發(fā)吸熱
【分析】水的比熱容大,相同質(zhì)量的水和其它物質(zhì)比較,升高或降低相同的溫度,水吸收或放出的熱量多。水蒸發(fā)時會吸收熱量。
【解答】解:因為水的比熱容較大,白天,相同質(zhì)量的水和沙子比較,吸收相同的熱量,水的溫度升高的少;夜晚,放出相同的熱量,水的溫度降低的少,水的溫度高,沙子的溫度低,所以圖中所描述的情景為海濱夜晚的情況;
在夏天從游泳池游泳起來的人身上感覺涼快這是因為水蒸發(fā)吸熱的原因。?
故答案為:夜晚;蒸發(fā)吸熱。
【考點3 熱量的計算】
【典例3-1】(2023?錦江區(qū)模擬)如圖甲、乙所示,規(guī)格相同的A、B兩杯中分別裝有300g和400g的牛奶,并用不同加熱器同時對其加熱,根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)分別得到圖丙的溫度與加熱時間的關系圖像C和D。已知加熱器的加熱效率相同,牛奶的比熱容為2.5×103J/(kg?℃)。則下列說法正確的是( )
A.B杯中牛奶每分鐘吸收的熱量為2×104J
B.若兩杯牛奶都從20℃加熱5min,A、B兩杯牛奶升高的溫度之比為3:4
C.若將A、B兩杯中的牛奶都從20℃加熱至60℃,需要的時間之比是2:3
D.甲、乙圖中的加熱器每分鐘放出的熱量之比為3:4
【答案】C
【分析】(1)由圖丙可知B杯中牛奶3min升高的溫度,利用Q吸=cmΔt求出牛奶3min吸收的熱量,據(jù)此求出每分鐘吸收的熱量;
(2)由圖丙可知,牛奶的溫度從20℃升高到40℃時,A杯中牛奶的加熱時間為2min,B杯中牛奶加熱的時間為3min;
已知兩容器中牛奶的質(zhì)量和升高的溫度(均升高20℃),由于加熱器的加熱效率相同,由Q吸=ηQ放和Q吸=cmΔt即可求出每分鐘放出的熱量之比;
根據(jù)每分鐘放出的熱量之比可知加熱5min時吸收的熱量之比,然后根據(jù)Δt=可判斷兩杯牛奶升高的溫度之比;
(3)根據(jù)Q吸=cmΔt可得甲、乙兩杯中的牛奶從 20℃加熱至60℃所需熱量之比;然后根據(jù)所用時間t=可得所用時間之比。
【解答】解:A、由圖丙的D圖線可知,加熱3min 時,B杯中牛奶升高的溫度:ΔtB=40℃﹣20℃=20℃;
由圖像還可知,牛奶的溫度變化隨時間的增加而均勻升高,
所以,加熱1min時,B杯中的牛奶升高的溫度:ΔtB′=ΔtB=×20℃=℃;
此時B杯中的牛奶吸收熱量:Q吸B′=cmBΔtB′=2.5×103J/(kg?℃)×400×10﹣3kg×℃≈6.67×103J,故A錯誤;
BD、由圖丙可知,牛奶的溫度從20℃升高到40℃時,A杯的加熱時間為2min,
此時A杯中的牛奶吸收熱量:QA吸=cmAΔtA=2.5×103J/(kg?℃)×300×10﹣3kg×(40℃﹣20℃)=1.5×104J,
A杯中的牛奶每分鐘吸收熱量為:Q吸A′=QA吸=×1.5×104J=7.5×103J;
由于加熱器的加熱效率相同,A杯中加熱器每分鐘放出的熱量:QA放=,B杯中加熱器每分鐘放出的熱量:QB放=,
則甲、乙圖中的加熱器每分鐘放出的熱量之比:QA放:QB放=:=QA吸′:Q吸B′=7.5×103J:6.67×103J=9:8,
加熱5min,A、B杯中牛奶吸收的熱量之比為:QA:QB=5Q吸A′:5Q吸B′=Q吸A′:Q吸B′=9:8,
根據(jù)Δt=可可知,兩杯牛奶升高的溫度之比為:ΔtA:ΔtB=:=:=3:2,故BD錯誤;
C、A、B兩杯中的牛奶從 20℃加熱至60℃,升高的溫度相同,比熱容相同,
由Q吸=cmΔt可知,所需熱量之比:QA吸″:QB吸″=mA:mB=300g:400g=3:4,
加熱時間之比為:tA:tB=:=:=2:3,故C正確。
故選:C。
【典例3-2】(2023?齊齊哈爾一模)在完全隔熱的裝置中,用同一酒精燈給200g水和200g油同時加熱,水和油的溫度隨時間的變化關系如圖所示,可計算出給200g油加熱6min,油吸收的熱量是 1.26×104 J;油的比熱容是 2.1×103 J/(kg?℃)。
【答案】1.26×104;2.1×103。
【分析】由圖可知,加熱12min水升高的溫度,根據(jù)Q吸=cmΔt求水吸收的熱量;相同的熱源,相同時間內(nèi)吸收的熱量相等,據(jù)此可知加熱6min油吸收的熱量,根據(jù)Q吸=cmΔt求出油的比熱容。
【解答】解:由圖可知,加熱12min水升高的溫度Δt水=30℃﹣0℃=30℃,水的質(zhì)量m水=200g=0.2kg,
水吸收的熱量:Q吸水=c水m水Δt水=4.2×103J/(kg?℃)×0.2kg×30℃=2.52×104J,
相同的熱源,相同時間內(nèi)吸收的熱量相等,則200g油加熱6min,油吸收的熱量:Q吸油=Q吸水=×2.52×104J=1.26×104J,
由圖可知,加熱6min油升高的溫度Δt油=30℃﹣0℃=30℃,油的質(zhì)量m油=200g=0.2kg,
由Q吸=cmΔt可知,油的比熱容:c油===2.1×103J/(kg?℃)。
故答案為:1.26×104;2.1×103。
【典例3-3】(2023春?利通區(qū)校級期中)計算:如圖是某一品牌的全自動電熱水壺,它的容積為1.5L,質(zhì)量為0.5kg,底座與水平面板的接觸面積為200cm2,裝滿水后水深16cm。試計算裝滿水后:
(1)水的質(zhì)量是多少?(1L=1dm3=10﹣3m3)
(2)水對壺底的壓強是多少?
(3)壺底對水平面板的壓強是多少?
(4)水由20℃加熱至沸騰(標準大氣壓),需要吸收多少熱量?
已知:水的密度是1.0×103kg/m3,水的比熱容為4.2×103J/(kg?℃),g取10N/kg。
【答案】(1)水的質(zhì)量是1.5kg;
(2)水對壺底的壓強是1600Pa;
(3)壺底對水平面板的壓強是1000Pa;
(4)水由20℃加熱至沸騰),需要吸收的熱量是5.04×105J。
【分析】(1)知道水的體積和密度,利用密度公式求出水的質(zhì)量;
(2)知道水的深度,利用p=ρgh求出水對壺底的壓強;
(3)壺底對水平面板的壓力等于水和壺的總重力,利用p=求出壺底對水平面板的壓強;
(4)知道水的質(zhì)量、比熱容、初溫和末溫,利用Q吸=cm(t﹣t0)求出水吸收的熱量。
【解答】解:(1)水的體積:V=1.5L=1.5dm3=1.5×10﹣3m3,
由ρ=可知,水的質(zhì)量:m水=ρV=1.0×103kg/m3×1.5×10﹣3m3=1.5kg;
(2)水對壺底的壓強:p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×16×10﹣2m2=1600Pa;
(3)水和壺的總重力:G總=m總g=(m水+m壺)g=(1.5kg+0.5kg)×10N/kg=20N,
壺底對水平面板的壓力:F=G總=20N,
壺底對水平面板的壓強:p′===1000Pa;
(4)一個標準大氣壓下,水的沸點為100℃,
水由20℃加熱至沸騰),需要吸收的熱量:Q吸=c水m水(t﹣t0)=4.2×103J/(kg?℃)×1.5kg×(100℃﹣20℃)=5.04×105J。
答:(1)水的質(zhì)量是1.5kg;
(2)水對壺底的壓強是1600Pa;
(3)壺底對水平面板的壓強是1000Pa;
(4)水由20℃加熱至沸騰),需要吸收的熱量是5.04×105J。
【變式3-1】(2023?天山區(qū)二模)一只鋁球的體積為1cm3,當它的溫度升高了5℃時,吸收了4.4J的熱量。已知鋁的密度為2.7×103kg/m3,鋁的比熱容為0.88×103J/(kg?℃),則此鋁球是( )
A.實心的B.空心的
C.空心、實心都有可能D.條件不足,無法確定
【答案】B
【分析】知道鋁球的比熱容、升高的溫度和吸收的熱量,利用Q吸=cmΔt求出鋁球的質(zhì)量;利用密度公式求出鋁球的密度,與鋁的密度比較可知鋁球是空心還是實心。
【解答】解:由Q吸=cmΔt可知,鋁球的質(zhì)量:m===1×10﹣3kg=1g,
鋁球的密度:ρ球===1g/cm3=1×103kg/m3<ρ鋁,所以此鋁球是空心的。
故選:B。
【變式3-2】(2023?渝北區(qū)校級一模)“過橋米線”是一種云南特色小吃。食材很多,包括一大碗上面浮著一層油的熱湯、一碟鮮肉薄片、一碗熟米線等食材,如圖所示。食用時,應先把肉片放進熱湯內(nèi),通過 熱傳遞 方式使肉片內(nèi)能增大,溫度升高至熟透,再加入米線等。要使質(zhì)量200g、初溫20℃的肉升高60℃,需要吸收 4.2×104 J熱量。[已知c肉=3.5×103J/(kg?℃)]
【答案】熱傳遞;4.2×104
【分析】(1)改變物體內(nèi)能的方法:做功、熱傳遞;
(2)知道肉的質(zhì)量、比熱容、初溫和末溫,利用吸熱公式Q吸=cm(t﹣t0)求肉吸收的熱量。
【解答】解:(1)把肉片放進熱湯內(nèi),肉片從熱湯吸收熱量,溫度升高、內(nèi)能增大,是通過熱傳遞的方式使肉片內(nèi)能增大;
(2)肉的質(zhì)量m肉=200g=0.2kg,
肉吸收的熱量:
Q吸=c肉m肉Δt=3.5×103J/(kg?℃)×0.2kg×60℃=4.2×104J。
故答案為:熱傳遞;4.2×104。
【變式3-3】(2023?閔行區(qū)二模)小明將一盒200克牛奶放入質(zhì)量為1千克的熱水中加熱,過了一會兒熱水的溫度降低了5℃。求熱水所放出的熱量Q放。[c水=4.2×103焦/(千克?℃)]
【答案】熱水所放出的熱量為2.1×104J。
【分析】已知熱水的質(zhì)量和降低的溫度,根據(jù)放熱公式Q=cmΔt計算水放出的熱量。
【解答】解:熱水放出的熱量:
Q放=c水m水Δt=4.2×103J/(kg?℃)×1kg×5℃=2.1×104J。
答:熱水所放出的熱量為2.1×104J。
【考點4 熱平衡的應用】
【典例4-1】(2023?襄陽自主招生)有兩個溫度和質(zhì)量都相同的金屬球,先把甲放入盛熱水的杯中,熱平衡后,水溫降低了Δt,把甲球取出,再將乙球放杯中,熱平衡后水溫又降低了Δt,則甲球的比熱容乙球的比熱大小關系是( )
A.甲球比熱容大于乙球比熱容
B.甲球比熱容小于乙球比熱容
C.甲球比熱容等于乙球比熱容
D.以上三種情況都有可能
【答案】B
【分析】甲、乙兩球,先后投入到同一杯水中,甲乙物體吸收熱量、溫度升高,水放出熱量、溫度降低;
由題知,兩次水降低的溫度相同,也就是水放出的熱量相同,甲、乙兩球吸收的熱量相同;
而甲、乙兩球的質(zhì)量相等、初溫相同,經(jīng)吸熱后,乙球的溫度比甲球少升高Δt,根據(jù)c=可知甲、乙兩球的比熱容大小關系。
【解答】解:先后將甲、乙兩球投入到同一杯水中,水降低的溫度相同,水放出的熱量相同,
根據(jù)題意可知,球吸收的熱量等于水放出的熱量,即Q吸=Q放,
所以甲、乙兩球吸收的熱量相同,而乙球比甲球少升高了Δt,
由上述分析可知,質(zhì)量相同的甲、乙兩球,吸收相同的熱量,甲球升高的溫度比乙球升高的溫度多,由c=可知,甲球的比熱容乙球的比熱容小。
故選:B。
【典例4-2】(2023?瑤海區(qū)二模)如圖所示的便攜式丁烷氣爐,內(nèi)置一瓶燃氣,裝有熱值為8×107J/kg的800g燃氣,若此便攜式丁烷氣爐的熱效率為30%。這瓶燃氣完全燃燒后能讓一標準大氣壓下 57.1 kg的水由20℃加熱至沸騰。[c水=4.2×103J/(kg?℃)]。(計算結果保留一位小數(shù))
【答案】57.1。
【分析】利用Q放=mq可求得這些天然氣完全燃燒能放出的熱量;
由題知,Q吸=Q放η,而Q吸=cmΔt,知道水的比熱容、水的初溫和末溫(1標準大氣壓下,水的沸點為100℃),可求水的質(zhì)量。
【解答】解:燃氣完全燃燒能放出的能量:
Q放=m燃氣q=800×10﹣2kg×8×107J/kg=6.4×107J,
由題知,水吸收的熱量:
Q吸=Q放η=6.4×107J×30%=1.92×107J,
由Q吸=c水m′Δt可得,水的質(zhì)量:
m′==≈57.1kg。
故答案為:57.1。
【變式4-1】(2022秋?梅里斯區(qū)期末)甲、乙兩物體的質(zhì)量之比為2:3,當甲物體溫度升高10℃,乙物體溫度降低15℃時,甲、乙兩物體吸收和放出的熱量相等,則甲、乙兩物體的比熱容之比為( )
A.2:3B.3:2C.4:9D.9:4
【答案】D
【分析】知道兩物體的質(zhì)量之比和甲、乙兩物體升高的溫度關系,根據(jù)熱量公式、乙物體吸收熱量和甲物體放出熱量的關系,求甲、乙兩物體的比熱容關系
【解答】解:由題知,m甲:m乙=2:3,Δt甲=10℃,Δt乙=15℃,
∵Q吸=c甲m甲Δt甲,Q放=c乙m乙Δt乙,
∴====。
故選:D。
【變式4-2】(2023?明光市一模)某家庭每天需要將50kg、20℃的水加熱到40℃作為生活用熱水。若利用熱效率為25%的煤氣灶燒水,則需要完全燃燒 0.4 kg煤氣。[煤氣的熱值q=4.2×107J/kg,水的比熱容c=4.2×103J/(kg?℃)]
【答案】0.4。
【分析】知道水的質(zhì)量、比熱容、初溫和末溫,利用Q吸=cm(t﹣t0)求出水吸收的熱量,利用效率公式求出煤氣完全燃燒放出的熱量,利用Q放=mq求出需要完全燃燒煤氣的質(zhì)量。
【解答】解:水吸收的熱量:Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg?℃)×50kg×(40℃﹣20℃)=4.2×106J,
由η=可知,煤氣完全燃燒放出的熱量:Q放===1.68×107J,
由Q放=mq可知,需要完全燃燒煤氣的質(zhì)量:m煤氣===0.4kg。
故答案為:0.4。
【考點5 比較不同物質(zhì)吸熱的情況實驗】
【典例5-1】(2023春?讓胡路區(qū)校級月考)如圖甲,為了比較不同物質(zhì)的吸熱能力,將兩個溫度傳感器分別放置在兩個試管中,并將其固定在鐵架臺上,往兩試管裝入質(zhì)量相同、初溫不同的a、b兩種物質(zhì),溫度傳感器的探頭部分與試管內(nèi)的液體良好接觸,傳感器通過數(shù)據(jù)采集線與計算機相連接。在計算機上得到的實驗圖像如圖乙所示,下列說法正確的是( )
?
A.兩個相同的試管中加入體積相同的a、b物質(zhì)也可以完成本實驗
B.實驗中物體吸熱的多少是通過升高的溫度來衡量的
C.從乙圖可知,a所表示的物質(zhì)溫度變化較小,吸熱能力較強
D.從乙圖可知,b所表示的物質(zhì)溫度變化較大,更適合做冷卻劑
【答案】C
【分析】(1)我們使用同一熱源通過加熱時間的長短來比較吸熱多少,這種方法叫轉換法;比較物質(zhì)吸熱能力的2種方法:使相同質(zhì)量的不同物質(zhì)升高相同的溫度,比較吸收的熱量(即比較加熱時間),吸收熱量多的吸熱能力強;或使相同質(zhì)量的不同物質(zhì)吸收相同的熱量(即加熱相同的時間),比較溫度的變化,溫度變化小的吸熱能力強;
(2)根據(jù)Q=cmΔt結合a的吸熱能力強分析。
【解答】解:A、根據(jù)比較吸熱能力的方法,要控制不同物質(zhì)的質(zhì)量相同(不同物質(zhì)密度不同,根據(jù)m=ρV,體積相同的不同物質(zhì)質(zhì)量不同),故A錯誤;
B、根據(jù)轉換法,實驗中物體吸熱的多少是通過加熱時間的長短來衡量的,故B錯誤;
C、根據(jù)乙圖可知,經(jīng)60秒,a所表示的物質(zhì)溫度變化較小,由比較吸熱能力的方法,a的吸熱能力較強;故C正確;
D、a的吸熱能力強,根據(jù)Q=cmΔt可知,在質(zhì)量和升高的溫度相同時,a吸熱多,故a更適合做冷卻劑,故D錯誤。
故選:C。
【典例5-2】(2023?牟平區(qū)校級一模)某班同學利用圖甲所示的實驗裝置探究水和煤油的吸熱能力。
(1)在圖甲中除了所給的實驗器材外,還需要的測量工具有 秒表 。加熱過程中,水和煤油吸收熱量的多少是通過 加熱時間長短 來判斷的。
(2)實驗中第1、2兩個小組記錄的實驗數(shù)據(jù)如表通過分析實驗數(shù)據(jù),能夠得出的結論是: 質(zhì)量相同的水和煤油升高相同溫度,吸收的熱量不同(或質(zhì)量相同的水和煤油升高相同溫度,水吸熱的熱量多) 。
(3)圖乙是第1組同學繪制的“吸收熱量﹣時間”和“溫度﹣時間”圖象,能正確描述該實驗真實情況的圖象是 C (選填序號)。
(4)使質(zhì)量相同的水升高相同的溫度,加熱時間應該相同,但1、2兩組的同學在交流實驗數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn):第1小組的加熱時間明顯偏長,其原因可能是 酒精燈的火焰大小不同 。
(5)這兩組同學對圖甲的裝置進行了改進,將分別裝有水和煤油的試管放在同一個燒杯中用水加熱,如圖丙所示,而不是用兩個酒精燈分別加熱,這樣做的好處是 在相同時間內(nèi)水和煤油吸收的熱量相同 。
(6)若第3組沒有改變實驗裝置,用圖甲裝置加熱水,最后至氣泡上升的過程當中,體積越來越大,到水面破裂,發(fā)現(xiàn)溫度計的示數(shù)還在不斷的上升,這與他所學過的知識相違背,你覺得他操作過程中出現(xiàn)了什么問題? 溫度計接觸到了容器底 。
【答案】(1)秒表;加熱時間長短;(2)質(zhì)量相同的水和煤油升高相同溫度,吸收的熱量不同(或質(zhì)量相同的水和煤油升高相同溫度,水吸熱的熱量多);(3)C;(4)酒精燈的火焰大小不同;(5)在相同時間內(nèi)水和煤油吸收的熱量相同;(6)溫度計接觸到了容器底。
【分析】(1)我們使用相同的酒精燈通過加熱時間的長短來比較吸熱多少,這種方法叫轉換法。
比較物質(zhì)吸熱能力的2種方法:
①使相同質(zhì)量的不同物質(zhì)升高相同的溫度,比較吸收的熱量(即比較加熱時間),吸收熱量多的吸熱能力強
②使相同質(zhì)量的不同物質(zhì)吸收相同的熱量(即加熱相同的時間),比較溫度的變化,溫度變化小的吸熱能力強;
(2)縱向分析表中數(shù)據(jù)找出相同的量和不同的量,分析得出吸熱與變化量的關系;
(3)根據(jù)(1)(2)分析;
(4)從酒精燈的火焰大小考慮;
(5)從吸收熱量相同比較;
(6)從溫度計的使用規(guī)則分析解答。
【解答】解:(1)實驗中需要控制水和煤油的質(zhì)量相同,所以實驗中需要用天平測量水和煤油的質(zhì)量,這用到了控制變量法;
根據(jù)轉換法,水和煤油吸收熱量的多少是通過加熱時間的長短來比較吸熱多少;故實驗中需要用秒表測量加熱時間;
(2)通過分析實驗數(shù)據(jù),能夠得出的結論是:質(zhì)量相同的水和煤油升高相同溫度,吸收的熱量不同(或質(zhì)量相同的水和煤油升高相同溫度,水吸熱的熱量多);
(3)加熱時間相同,吸收的熱量相同,故AB錯誤,由表中數(shù)據(jù),由(2)知,加熱相同時間,水升溫慢,故C正確,D錯誤;
(4)使質(zhì)量相同的水升高相同的溫度,加熱時間應該相同,但1、2兩組的同學在交流實驗數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn):第1小組的加熱時間明顯偏長,其原因可能是:酒精燈的火焰大小不同;
(5)將分別裝有水和煤油的試管放在同一個燒杯中用水加熱,如圖丙所示,而不是用兩個酒精燈分別加熱,這樣做的好處是:在相同時間內(nèi)水和煤油吸收的熱量相同;
(6)用圖甲裝置加熱水,最后至氣泡上升的過程當中,體積越來越大,到水面破裂,說明水已經(jīng)沸騰,此時水的溫度應該不變,但溫度計的示數(shù)還在不斷的上升,這可能是溫度計接觸到了容器底。
故答案為:(1)秒表;加熱時間長短;(2)質(zhì)量相同的水和煤油升高相同溫度,吸收的熱量不同(或質(zhì)量相同的水和煤油升高相同溫度,水吸熱的熱量多);(3)C;(4)酒精燈的火焰大小不同;(5)在相同時間內(nèi)水和煤油吸收的熱量相同;(6)溫度計接觸到了容器底。
【變式5-1】(2023?惠山區(qū)校級二模)小明同學為了比較不同物質(zhì)的吸熱情況,在兩個相同的燒杯中分別裝有質(zhì)量相同的牛奶、豆?jié){,用相同的酒精燈和相同的溫度計同時進行了如圖所示的實驗。
(1)本實驗中,通過比較 加熱時間 來反映物質(zhì)吸收熱量的多少。
(2)分析表格數(shù)據(jù)可知,表明 牛奶 (選填“牛奶”或“豆?jié){”)的吸熱能力強;為了比較不同物質(zhì)的吸熱能力,物理學中引入 比熱容 來表示不同物質(zhì)在這種性質(zhì)上的差異。
【答案】(1)加熱時間;(2)牛奶;比熱容。
【分析】(1)我們使用相同的酒精燈通過加熱時間的長短來比較吸熱多少,這種方法叫轉換法;
(2)使相同質(zhì)量的不同物質(zhì)升高相同的溫度,比較吸收的熱量(即比較加熱時間),吸收熱量多的吸熱能力強;物理中用比熱容來表示不同物質(zhì)吸熱能力的不同。
【解答】解:(1)由轉換法,本實驗中,通過比較加熱時間來反映物質(zhì)吸收熱量的多少。
(2)分析表格數(shù)據(jù)可知,升高相同的溫度,牛奶加熱時間長,吸熱多,表明牛奶的吸熱能力強。
為了比較不同物質(zhì)的吸熱能力,物理學中引入比熱容來表示不同物質(zhì)在這種性質(zhì)上的差異。
故答案為:(1)加熱時間;(2)牛奶;比熱容。
【變式5-2】(2023?臨滄一模)為了比較水和食用油的吸熱能力,同學們設計了如圖所示的實驗裝置。
(1)在實驗中,應該往兩個燒杯中加入 質(zhì)量 (選填“質(zhì)量”或“體積”)相同的水和食用油,并用相同的電加熱器加熱。
(2)用相同規(guī)格的電加熱器給兩個燒杯中的水和食用油都加熱3min,水吸收的熱量 等于 (選填“大于”、“小于”或“等于”)食用油吸收的熱量。
(3)在實驗過程中控制加熱時間相同,通過比較 升高的溫度 (選填“升高的溫度”或“吸熱的時間”)來探究水和食用油吸熱能力的強弱;根據(jù)記錄在表格中的數(shù)據(jù)可知 水 的吸熱能力強。
【答案】(1)質(zhì)量;(2)等于;(3)升高的溫度;水。
【分析】我們使用相同的加熱器通過加熱時間的長短來比較吸熱多少,這種方法叫轉換法;
比較物質(zhì)吸熱能力的2種方法:使相同質(zhì)量的不同物質(zhì)升高相同的溫度,比較吸收的熱量(即比較加熱時間),吸收熱量多的吸熱能力強;或使相同質(zhì)量的不同物質(zhì)吸收相同的熱量(即加熱相同的時間),比較溫度的變化,溫度變化小的吸熱能力強。
【解答】解:(1)根據(jù)比較吸熱能力的方法,要控制不同物質(zhì)的質(zhì)量相同(不同物質(zhì)密度不同,根據(jù)m=ρV,體積相同的不同物質(zhì)質(zhì)量不同),故在實驗中,應該往兩個燒杯中加入質(zhì)量相同的水和食用油,并用相同的電加熱器加熱。
(2)用相同規(guī)格的電加熱器給兩個燒杯中的水和食用油都加熱3min,由轉換法,水吸收的熱量等于食用油吸收的熱量。
(3)在實驗過程中控制加熱時間相同,通過比較升高的溫度來探究水和食用油吸熱能力的強弱;根據(jù)記錄在表格中的數(shù)據(jù)可知,加熱相同時間,水升溫慢,故水的吸熱能力強。
故答案為:(1)質(zhì)量;(2)等于;(3)升高的溫度;水。
一、選擇題。
1.(2023?金鄉(xiāng)縣三模)如圖是某物質(zhì)凝固過程中的溫度﹣時間圖像,下列從圖像中獲得的信息不正確的是( )
A.這種物質(zhì)是晶體,其熔點是40℃
B.在AB段物質(zhì)放出熱量,內(nèi)能減少
C.在B點和C點的內(nèi)能相等
D.該物質(zhì)在固態(tài)時的比熱容比液態(tài)時的比熱容小
【答案】C
【分析】(1)晶體和非晶體的區(qū)別是晶體有一定的熔點和凝固點,而非晶體沒有;通過圖象看出物質(zhì)的溫度隨著時間的增加呈降低趨勢,是物質(zhì)的凝固過程,晶體凝固過程中放熱但溫度不變;
(2)運用公式Q=cmΔt可以知道,當質(zhì)量和吸收或放出的熱量相同時,升高的或降低的溫度Δt和比熱容c成反比。
【解答】解:通過圖象可知,物質(zhì)的溫度隨著時間的增加呈降低趨勢,是物質(zhì)的凝固過程,
A.根據(jù)圖象可知,該物質(zhì)凝固時有固定的凝固溫度(40℃),所以是晶體的凝固圖象,同種晶體的熔點和凝固點是相同的,則此物質(zhì)的熔點是40℃,故A正確;
B.在AB段物質(zhì)的溫度持續(xù)下降,放出熱量,內(nèi)能減少,故B正確;
C.BC段是晶體的凝固過程,凝固過程中物質(zhì)放熱,所以在B點的內(nèi)能大于C點的內(nèi)能,故C錯誤;
D.根據(jù)公式Q=cmΔt可以知道,當質(zhì)量和吸收或放出的熱量相同時,升高的或降低的溫度Δt和比熱容c成反比;AB段溫度下降的慢,CD段溫度下降的快,則該物質(zhì)在固態(tài)時的比熱容比液態(tài)時的比熱容小,故D正確。
故選:C。
2.(2023?南關區(qū)一模)用保溫飯盒給飯菜保溫,常在飯盒下層注入熱水,原因是水的( )
A.比熱容大B.溫度高C.沸點高D.密度大
【答案】A
【分析】水的比熱容較大,相同質(zhì)量的水與其它物質(zhì)相比,在降低相同溫度時,放出的熱量多或放出相同的熱量溫度降低的小。
【解答】解:往保溫飯盒下層注入熱水,因水的比熱容較大,降低較低的溫度就可以放出較多的熱量,可以溫熱上層飯盒內(nèi)的飯菜。
故選:A。
3.(2023?天山區(qū)校級一模)在我們?nèi)粘5纳瞽h(huán)境下,若燒開質(zhì)量為2kg、初溫為20℃的一壺水,吸收了8.4×105J的熱量后,它的溫度可能是( )
A.80℃B.100℃C.120℃D.130℃
【答案】B
【分析】已知水的質(zhì)量、水吸收的熱量、水的比熱容,利用吸熱公式求水吸熱后升高的溫度;在日常的生活環(huán)境下,外界大氣壓接近1標準大氣壓,水的沸點接近100℃,據(jù)此分析解答。
【解答】解:根據(jù)Q吸=cmΔt可知,水升高的溫度為:
Δt===100℃,
水的初溫為20℃,我們生活的環(huán)境的大氣壓接近1標準大氣壓,沸點為100℃左右,
水吸熱達到100℃后沸騰,繼續(xù)吸熱但溫度不變,吸熱后的溫度是100℃,故B正確。
故選:B。
4.(2022秋?三明期末)甲、乙兩物體的質(zhì)量之比為3:4,乙的比熱容是甲的比熱容的兩倍,若它們升高相同的溫度,則甲、乙兩物體吸收的熱量之比為( )
A.8:3B.3:8C.3:2D.2:3
【答案】B
【分析】知道質(zhì)量、比熱容之比,升高相同的溫度,根據(jù)Q=cmΔt求出甲、乙兩物體吸收的熱量之比。
【解答】解:甲、乙兩物體的質(zhì)量之比為3:4,甲、乙的比熱容之比為1:2;
由Q=cmΔt得甲、乙兩物體吸收的熱量之比為:
==×=×=,故B正確。
故選:B。
5.(2022秋?邵東市校級期末)質(zhì)量相同的甲、乙兩物體,甲的溫度為t℃,乙的溫度為3t℃。另有一杯水溫度為2t℃,先將甲投入水中,熱平衡時水的溫度下降了Δt℃,取出甲后再將乙投入,熱平衡時水的溫度又恢復到2t℃,不計熱損失和水量損失,下列說法正確的是( )
A.甲的比熱容較大
B.乙的比熱容較大
C.甲、乙的比熱容一樣大
D.無法比較二者的比熱容大小
【答案】A
【分析】甲、乙兩物,先后投入到同一杯水中,根據(jù)甲、乙的初溫和投入甲或乙時水的溫度關系分析出甲、乙和水的吸、放熱關系,從而判斷出甲、乙和水的初溫與末溫,根據(jù)Q=cmΔt和熱平衡方程求出甲、乙的比熱容關系。
【解答】解:先將甲投入水中,由于水的初溫大于甲的初溫,所以此時甲吸收熱量,水放出熱量,
由題意可知,熱平衡時,甲和水的末溫:t1=2t℃﹣Δt℃,
此時甲吸收的熱量:Q甲吸=c甲m甲(t1﹣t甲0)=c甲m甲(2t℃﹣Δt℃﹣t℃)=c甲m甲(t℃﹣Δt℃),
水放出的熱量:Q水放=c水m水Δt1=c水m水Δt℃
由熱平衡方程可知,Q甲吸=Q水放,
即c甲m甲(t℃﹣Δt℃)=c水m水Δt℃……①
取出甲后再將乙投入,由題意可知,此時水的初溫小于乙的初溫,所以此時水吸收熱量,乙放出熱量,
熱平衡時,乙和水的末溫:t2=2t℃,
水升高的溫度:Δt2=t2﹣t1=2t℃﹣(2t℃﹣Δt℃)=Δt℃,
此時乙放出的熱量:Q乙放=c乙m乙(t2﹣t乙0)=c乙m乙(3t℃﹣2t℃)=c乙m乙t℃,
水吸收的熱量:Q水吸=c水m水Δt2=c水m水Δt℃,
由熱平衡方程可知,Q乙放=Q水吸,
即c乙m乙t℃=c水m水Δt℃……②
由①②可知,c甲m甲(t℃﹣Δt℃)=c乙m乙t℃,
由題意可知,m甲=m乙,
所以=>1,
因此c甲>c乙,即甲的比熱容較大,故A正確。
故選:A。
6.(2022秋?昭陽區(qū)月考)現(xiàn)有甲、乙兩個實心金屬球,初溫度、質(zhì)量均分別為25℃和3kg,先把甲球放入盛有熱水的杯中,熱平衡后水溫降低了30℃,把甲球取出,再將乙球放入杯中,熱平衡后水又降低了30℃,不計熱量損失,則甲球的比熱c甲和乙球的比熱c乙的大小關系是( )
A.c甲>c乙B.c甲<c乙
C.c甲=c乙D.以上三種情況都有可能
【答案】B
【分析】先判斷出在達到熱平衡時,甲、乙兩球哪個溫度變化大,再判斷物質(zhì)比熱容的大小。
【解答】解:甲、乙兩球溫度相等,設為t0,設開始時水溫為t。
甲在水中達到熱平衡后溫度變化了Δt甲=t﹣30℃﹣t0=t﹣30℃﹣25℃=t﹣55℃,
乙在水中達到熱平衡后溫度變化了Δt乙=t﹣30℃﹣30℃﹣t0=t﹣60℃﹣25℃=t﹣85℃,
所以Δt甲>Δt乙,
在這兩種情況下,水釋放出的熱量Q放=m水c水Δt水=30℃×m水c水相等,
所以熱平衡時,甲、乙吸收的熱量相等,而甲、乙吸收的熱量分別為:Q吸甲=m甲c甲Δt甲,Q吸乙=m乙c乙Δt乙,
又因為m甲=m乙,Δt甲>Δt乙,所以c甲<c乙。
故選:B。
7.(2023?青羊區(qū)模擬)在“比較不同液體比熱容大小”的實驗中,用相同酒精燈對四種液體加熱,得到了如下表所示的一些數(shù)據(jù);若四次實驗中,在相同時間內(nèi),水、甲、乙、丙吸收的熱量相等,已知水的比熱容為c水=4.2×103J/(kg?℃),則下列說法正確的是( )
A.甲液體的比熱容小于乙液體的比熱容
B.乙液體的比熱容為2.1×103J/(kg?℃)
C.第1次實驗中,水吸收的熱量一定等于酒精燃燒放出的熱量
D.第3、4次實驗中,乙液體吸收的熱量大于丙液體吸收的熱量
【答案】B
【分析】A、在相同時間內(nèi),水、甲、乙、丙吸收的熱量相等,根據(jù)已知條件可知甲乙吸熱之比;根據(jù)Q=cmΔt得出甲、乙吸熱之比,據(jù)此比較甲液體的比熱容與乙液體的比熱容大??;
B、根據(jù)Q=cmΔt可知,結合轉換法根據(jù)乙、水吸熱之比求出乙液體的比熱容;
C、酒精燃燒放出的熱量不能被水完全吸收;
第1次實驗中,水吸收的熱量一定小于酒精燃燒放出的熱量,故C錯誤;
D、根據(jù)已知條件,相同時間吸熱相同。
【解答】解:A、在相同時間內(nèi),水、甲、乙、丙吸收的熱量相等,根據(jù)已知條件,甲乙吸熱之比為10:14;根據(jù)Q=cmΔt可知甲、乙吸熱之比為:
c甲×0.2kg×20℃:c乙×0.4kg×20℃=10:14;
故c甲=c乙;
即甲液體的比熱容大于乙液體的比熱容,故A錯誤;
B、根據(jù)Q=cmΔt可知,結合轉換法,乙、水吸熱之比為:
c乙×0.4kg×20℃:c水×0.2kg×10℃=2:1
c乙=0.5c水=0.5×4.2×103J/(kg?℃)=2.1×103J/(kg?℃);
故B正確;
C、考慮到熱量損失,第1次實驗中,水吸收的熱量一定小于酒精燃燒放出的熱量,故C錯誤;
D、根據(jù)轉換法,第3、4次實驗中,因加熱時間相同,乙液體吸收的熱量等于丙液體吸收的熱量,故D錯誤。
故選:B。
8.(2023?楚雄州一模)(多選)2020年12月17日,“嫦娥五號”在月球上收集了一滿罐的月球土壤(簡稱“月壤”),科研人員稱出其質(zhì)量為173lg,與計劃的2000g存在差距,主要原因是收集罐的容積是按照月壤密度為1.6×103kg/m3而設計的。以下說法正確的是( )
A.月壤從月球帶回地球后質(zhì)量變小了
B.若將月壤分成等質(zhì)量的兩份,則每份的比熱容都變小
C.收集罐的容積為1.25×10﹣3m3
D.月壤的實際密度小于1.6×103kg/m3
【答案】CD
【分析】(1)物體所含物質(zhì)的多少叫質(zhì)量,物體的質(zhì)量與物體的形狀、狀態(tài)、空間位置和溫度無關;
(2)比熱容是物質(zhì)本身的一種特性,反映了物體的吸熱或放熱能力,大小只與物質(zhì)的種類和狀態(tài)有關,與其它因素沒有關系;
(3)利用密度公式計算出收集罐的容積;
(4)知道月壤的質(zhì)量和體積,利用密度公式計算出月壤的密度。
【解答】解:A.物體的質(zhì)量與物體的形狀、狀態(tài)、空間位置和溫度無關,月壤從月球帶回地球后位置變化,但是質(zhì)量不變,故A錯誤;
B.將月壤分成等質(zhì)量的兩份,由于物質(zhì)的種類、狀態(tài)沒有變化,所以比熱容不變,故B錯誤;
C.由可知,收集罐的容積=1.25×10﹣3m3,故C正確;
D.月壤的密度=1.3835×103kg/m3<1.6×103kg/m3,故D正確;
故選:CD。
9.(2023?翠屏區(qū)校級模擬)(多選)小明同學將某種固態(tài)物質(zhì)放入加熱功率恒定的裝置中,在一個標準大氣壓下探究某物質(zhì)熔化時溫度隨時間變化的圖象,如圖,不計熱量損失。下列說法正確的是( )
A.該物質(zhì)固態(tài)時為晶體
B.該物質(zhì)熔化過程共12min
C.該物質(zhì)在第8min時和第6min時的內(nèi)能相等
D.該物質(zhì)在CD段的比熱容比AB段比熱容的大
【答案】AD
【分析】(1)從晶體和非晶體的重要區(qū)別進行分析:晶體熔化時,不斷吸收熱量,溫度保持不變;非晶體熔化時,不斷吸收熱量,溫度逐漸升高;
晶體熔化時,不斷吸收熱量,溫度保持不變,這個不變的溫度是晶體的熔點;
(2)液體在沸騰過程中,不斷吸熱,溫度保持不變;
(3)由圖象可知,此物質(zhì)固態(tài)時在相同的時間內(nèi)吸收相同熱量,升高的溫度比液態(tài)時升高的溫度大,由此可知溫度變化越大,比熱容就越小。
【解答】解:A.由圖象知,該物質(zhì)在熔化過程中溫度保持0℃不變(即有一定的熔化溫度),所以該物質(zhì)在固態(tài)時是晶體,故A正確;
B.由圖象可知,該物質(zhì)在BC段是熔化過程,該物質(zhì)熔化過程共8min﹣4min=4min,故B錯誤;
C.晶體熔化時,仍然不斷吸收熱量,溫度不變,但內(nèi)能增加,所以該物質(zhì)在第8min時的內(nèi)能大于第6min時的內(nèi)能,故C錯誤;
D.由圖象知,相同時間內(nèi),吸收相同熱量,此物質(zhì)固態(tài)時升高的溫度大于液態(tài)時升高的溫度,由Q吸=cmΔt可知,當質(zhì)量和吸收的熱量都相同時,Δt越大的比熱容就越小,所以液態(tài)時的比熱容比固態(tài)時大,即該物質(zhì)在CD段的比熱容比AB段比熱容的大,故D正確。
故選:AD。
二、填空題。
10.(2022秋?兗州區(qū)期末)將質(zhì)量和初溫均相同的鋁、銅、鐵三個金屬球(c鋁>c鐵>c銅),浸沒在沸水中煮較長的一段時間,則三個球從沸水中吸收的熱量 鋁的多 (選填“相同”“鋁的多”或“銅的多”)。
【答案】鋁的多。
【分析】熱傳遞的結果是溫度相等,結合熱量公式Q=cmΔt可知三種質(zhì)量和初溫相同的物質(zhì)升高相同的溫度,比熱容大的吸收的熱量多,比熱容小的吸收的熱量少。
【解答】解:(1)由于熱傳遞的結果是溫度相等,所以煮較長的一段時間后三個金屬球的溫度都與沸水溫度相同;
(2)根據(jù)熱量公式Q=cmΔt分析可知,三種質(zhì)量和初溫相同的物質(zhì)升高相同的溫度,比熱容大的吸收的熱量多,比熱容小的吸收的熱量少,所以鋁球吸收的熱量最多,銅球吸收的熱量最少。
故答案為:鋁的多。
11.(2022秋?魯?shù)榭h期末)如圖所示,剝開粽子時會出現(xiàn)粽葉和米粒之間有“拉絲”的現(xiàn)象,說明分子間存在 引力 。蒸完粽子后鍋內(nèi)剩余水的質(zhì)量減小了,水的比熱容 不變 (選填“變大”、“變小”或“不變”)。
【答案】引力;不變。
【分析】(1)分子間存在相互作用的引力和斥力。
(2)比熱容是物質(zhì)的一種性質(zhì),與物質(zhì)的質(zhì)量、溫度等無關。
【解答】解:如圖所示,剝開粽子時會出現(xiàn)粽葉和米粒之間有“拉絲”的現(xiàn)象,說明分子間存在引力。蒸完粽子后鍋內(nèi)剩余水的質(zhì)量減小了,水的比熱容不變。
故答案為:引力;不變。
12.(2023春?漢壽縣期中)如圖是某沿海城市與某內(nèi)陸城市同一天的氣溫變化曲線。請你判斷內(nèi)陸城市一天氣溫變化所對應的曲線是 A (填A或B),這是由于砂石的比熱容 小于 (填大于、等于或小于)水的比熱容。
【答案】A;小于
【分析】比熱容大的物質(zhì)吸熱能力強,在質(zhì)量、吸收相同的熱量時,溫度變化小。
【解答】解;內(nèi)陸地區(qū)砂石多,砂石比熱容比水小,在質(zhì)量相同、吸收或放出相同的熱量時,溫度變化大,使得內(nèi)陸城市晝夜溫差變化大。
故答案為:A;小于。
13.(2023?莆田模擬)如圖是我國古代工匠發(fā)明的省油燈,燈壁內(nèi)有中空夾層,夾層內(nèi)貯水。燈點燃后,由于水的 比熱容 較大,可通過吸熱,減慢燈油的 汽化(蒸發(fā)) (填物態(tài)變化名稱),達到省油的效果。
【答案】比熱容;汽化(蒸發(fā))。
【分析】(1)水的比熱容較大,在吸收相同的熱量時,溫度變化不大。
(2)影響蒸發(fā)快慢的因素有:①液體的溫度;②液體的表面積;③液體表面的空氣流動速度。
【解答】解:在夾層中加水,因為水的比熱容較大,可以吸收更多的熱量,使油的溫度升高的較慢些,燈油汽化的慢,達到省油的目的。
故答案為:比熱容;汽化(蒸發(fā))。
14.(2023?環(huán)翠區(qū)一模)如圖所示,油汀取暖器是利用熱油循環(huán)起來給空氣或物體加熱。質(zhì)量為3.5kg的熱油經(jīng)過散熱片時,油的溫度由80℃降到60℃,則這個過程中熱油的內(nèi)能減小了 53200 J;這種改變內(nèi)能的方法其實質(zhì)是 能量的轉移 。[c油=0.76×103J/(kg?℃),不計熱損失]
【答案】53200;能量的轉移。
【分析】根據(jù)Q放=c油m(t0﹣t)算出油放出的熱量;
改變內(nèi)能的方法是做功和熱傳遞。
【解答】解:油放出的熱量為:
Q放=c油m(t0﹣t)=0.76×103J/(kg?℃)×3.5kg×(80℃﹣60℃)=53200J;
這是用熱傳遞的方法改變了熱油的內(nèi)能,其實質(zhì)是能量的轉移。
故答案為:53200;能量的轉移。
15.(2023?東莞市二模)甲、乙液體分別置于兩個不同的恒溫封閉環(huán)境中,質(zhì)量保持不變。測得甲、乙液體的溫度隨時間變化如圖所示。
(1) 甲 (選填“甲”或“乙”)液體的分子運動隨時間越來越劇烈。
(2)甲液體所在環(huán)境的溫度 大于35℃ (選填“小于1.7℃”“等于20℃”或“大于35℃”)。
(3)乙液體在“1min﹣2min”段、“8min﹣9min”段放出的熱量分別為Q1、Q2,則Q1 > Q2(選填“>”“=”或“<”)。
【答案】(1)甲;(2)大于35℃;(3)>。
【分析】(1)分子的無規(guī)則運動跟溫度有關,溫度越高,這種運動越劇烈,因此把分子永不停息的無規(guī)則運動叫做分子的熱運動;
(2)熱傳遞:熱量從溫度高的物體傳遞到溫度低的物體,或從物體高溫部分傳遞到低溫部分的過程;
(3)根據(jù)Q放=cmΔt分析即可。
【解答】解:(1)分子的熱運動與溫度有關,溫度越高,運動越劇烈,由題圖可知,甲的溫度逐漸升高,乙的溫度逐漸降低,所以甲液體分子運動隨時間越來越劇烈;
(2)甲液體初始溫度是20℃,隨著時間可以達到35℃,從甲的圖像可以看出,溫度可能還會升高,故甲液體所在環(huán)境的溫度大于35℃,才能夠繼續(xù)把熱量傳遞給甲;
(3)由題圖可知“1min﹣2min”段乙液體溫度變化量為3℃,“8min﹣9min”段乙液體溫度變化量為1.4℃,根據(jù)物體放熱公式:Q放=cmΔt可知,“1min﹣2min”段放出熱量更多,所以Q1>Q2。
故答案為:(1)甲;(2)大于35℃;(3)>。
16.(2023?安徽一模)2022年9月,衛(wèi)星“夸父一號”使用長征二號運載火箭發(fā)射升空,開啟了對太陽的探測之旅?!翱涓敢惶枴敝饕云纂伦鳛槿剂?,其質(zhì)量為1500kg,它完全燃燒所產(chǎn)生的熱量可全部被溫度為20℃的水吸收后升高到35℃,則水的質(zhì)量為 1×103 t。[c水=4.2×103J/(kg?℃),q偏二甲肼=4.2×107J/kg]
【答案】1×103
【分析】知道偏二甲肼的熱值、質(zhì)量,利用Q放=mg求完全燃燒放出的熱量;這些能量全部被水吸收,即Q吸=Q放,再根據(jù)Q吸=cmΔt求出水的質(zhì)量。
【解答】解:偏二甲肼完全燃燒放出的熱量:Q放=m偏二甲肼q偏二甲肼=1500kg×4.2×107J/kg=6.3×1010J;
這些能量全部被水吸收,即Q吸=Q放=6.3×1010J,
水升高的溫度為:Δt=35℃﹣20℃=15℃;
由Q吸=cmΔt可得水的質(zhì)量:m水===1×106kg=1×103t。
故答案為:1×103。
三、實驗探究題。
17.(2023?石家莊一模)小明利用兩套相同的實驗裝置“探究物質(zhì)的比熱容大小”。如圖甲所示,在A、B燒杯中分別裝有質(zhì)量、溫度均相同的a、b兩種液體,將兩個完全相同的電熱器分別放入兩個燒杯中。小明經(jīng)過實驗得出系列數(shù)據(jù),并畫出a、b兩種液體的溫度隨時間變化的關系圖象,如圖乙所示。
(1)從圖乙中可看出,當兩者的溫度都升高到60℃的過程中,液體a吸收的熱量 小于 (選填“大于”“小于”或“等于”)液體b吸收的熱量,因此可判定液體a與液體b的比熱容之比為 1:2 。
(2)若實驗中提供的水和食用油的質(zhì)量均為100g,則燒杯B中的液體在20min內(nèi)吸收了 1.68×104 J的熱量。[假設沒有熱損失,c水=4.2×103J/(kg?℃),c油=2.1×103J/(kg?℃)]
【答案】(1)小于;1:2;(2)1.68×104
【分析】(1)我們使用相同的加熱器通過加熱時間的長短來比較吸熱多少;根據(jù)Q吸=W=Pt求出液體吸收的熱量;
根據(jù)c=求出比熱容之比;
(2)加熱時間相同,水吸收的熱量和食用油吸收的熱量相同;根據(jù)Q吸=cmΔt求出水吸收的熱量,即為食用油吸收的熱量。
【解答】解:(1)實驗中用相同的加熱器加熱,根據(jù)轉換法可知,加熱相同的時間,液體a吸收的熱量等于液體b吸收的熱量;
根據(jù)圖像可知,質(zhì)量相同的兩種液體升高相同的溫度,b的加熱時間為a的加熱時間的2倍,則b吸收的熱量為a吸收熱量的2倍,根據(jù)c=可知,液體a的比熱容與液體b的比熱容之比為1:2;
(2)由于a的比熱容小,則a為食用油、b為水;加熱20min,水和食用油吸收的熱量相同,則燒杯B中的m=100g=0.1kg;
液體在20min內(nèi)吸收的熱量為:
Q水=c水mΔt水=4.2×103J/(kg?℃)×0.1kg×(60℃﹣20℃)=1.68×104J。
故答案為:(1)小于;1:2;(2)1.68×104。
四、計算題。
18.(2022秋?西城區(qū)校級期中)質(zhì)量為5kg的某種物質(zhì),溫度從﹣15℃降到﹣25℃的過程中,共放出熱量1.05×105J,通過計算和所給表格判斷它可能是什么物質(zhì)?
【答案】該物質(zhì)是冰。
【分析】知道物體的質(zhì)量、放出的熱量、初溫和末溫,根據(jù)公式Q放=cmΔt=cm(t0﹣t)求該物質(zhì)的比熱容,對應表格中的數(shù)據(jù)判斷是什么物質(zhì)。
【解答】解:因為Q放=cmΔt=cm(t0﹣t),
該物質(zhì)的比熱容為:
由表中數(shù)據(jù)可知,該物質(zhì)是冰。
19.(2023?金山區(qū)二模)質(zhì)量為5kg的水溫度升高10℃。求水吸收的熱量Q吸。[c水=4.2×103J/(kg?℃)]
【答案】水吸收的熱量為2.1×105J。
【分析】知道水的質(zhì)量、水的比熱容、水溫度升高值,利用吸熱公式Q吸=cmΔt求水吸收的熱量。
【解答】解:水吸收的熱量:
Q吸=c水mΔt
=4.2×103J/(kg?℃)×5kg×10℃
=2.1×105J。
答:水吸收的熱量為2.1×105J。
20.(2022秋?同心縣期末)用天然氣灶燒水,燃燒0.5m3的天然氣,把100kg的水從20℃加熱到70℃,則水吸收的熱量是多少?水的比熱容為4.2×103J/(kg?℃)。
【答案】水吸收的熱量是2.1×107J。
【分析】知道水的質(zhì)量、比熱容、初溫和末溫,利用Q吸=cm(t﹣t0)求出水吸收的熱量。
【解答】解:水吸收的熱量:Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg?℃)×100kg×(70℃﹣20℃)=2.1×107J。
答:水吸收的熱量是2.1×107J。
五、解答題。
21.(2023?黃埔區(qū)一模)桌子上有A、B、C、D四個質(zhì)量均為0.1kg的實心鐵塊。小明用紅外成像測溫儀拍攝鐵塊的溫度如圖所示(四個鐵塊未按順序排列)。接著他在A鐵塊上放上冰塊,在B鐵塊噴上溫度為19.2℃的乙醇消毒液,用手快速摩擦D鐵塊,再用紅外成像測溫儀拍得畫面如圖所示(冰塊未畫出)。鐵的比熱容為0.46×103J/(kg?℃)。
(1)相比放冰塊之前,鐵塊A的內(nèi)能 變小 (填“變大”、“變小”或“不變”)。
(2)圖中,哪塊鐵塊是D鐵塊?請你在該鐵塊中標上“D”。
(3)噴在B鐵塊上的乙醇消毒液發(fā)生了哪種物態(tài)變化? 汽化 ;該物態(tài)變化過程要 吸熱 (填“吸熱”或“放熱”)。
(4)由圖1到圖2,左邊第一塊鐵塊放出的熱量為 92 J。
【答案】(1)變??;(2)圖見解答;(3)汽化;吸熱;(4)92。
【分析】(1)熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能,吸收熱量,內(nèi)能增加,放出熱量,內(nèi)能減??;
(2)做功可以改變物體的內(nèi)能,對物體做功,物體的內(nèi)能增加,溫度升高;物體對外界做功,物體的內(nèi)能減小,溫度降低,據(jù)此作圖;
(3)物體由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程叫做汽化,汽化要吸收熱量;
(4)知道鐵塊的質(zhì)量、比熱容、初溫和末溫,利用Q放=cm(t0﹣t)求出鐵塊放出的熱量。
【解答】解:(1)鐵塊的溫度高,冰塊的溫度低,在A鐵塊上放上冰塊,冰塊會從鐵塊上吸收熱量,使鐵塊的溫度降低,內(nèi)能變??;
(2)用手快速摩擦D鐵塊,通過做功的方式把手的機械能轉化為內(nèi)能,使鐵塊的內(nèi)能增加,溫度升高,圖2中左邊第二塊鐵塊是D鐵塊;
如圖所示:
(3)噴在B鐵塊上的乙醇消毒液吸收熱量變?yōu)闅鈶B(tài)的乙醇氣體,物體由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程叫做汽化;汽化過程要吸收熱量;
(4)左邊第一塊鐵塊放出的熱量:Q放=cm(t0﹣t)=0.46×103J/(kg?℃)×0.1kg×(19.2℃﹣17.2℃)=92J。
故答案為:(1)變??;(2)圖見解答;(3)汽化;吸熱;(4)92。
22.(2023?張家港市校級模擬)某物理興趣小組的同學,用天然氣給10kg的水加熱,同時繪制了如圖所示的加熱過程中水溫隨時間變化的圖線,若在6min內(nèi)完全燃燒了0.12kg的天然氣(每分鐘放熱相同)。水的比熱容為4.2×103J/(kg?℃),天然氣的熱值為5×107J/kg。
(1)完全燃燒0.12kg天然氣釋放的熱量為多少?
(2)“2~4min”水吸收的熱量為多少?
(3)在燒水過程中,“0~2min”、“2~4min”、“4~6min”哪個時間段熱效率最高?最高熱效率為多少?
【答案】見試題解答內(nèi)容
【分析】(1)已知天然氣的質(zhì)量和熱值,利用Q=mq可求得天然氣完全燃燒產(chǎn)生的熱量;
(2)由圖知,經(jīng)過2~4min,水升高的溫度值,利用吸熱公式求水吸收的熱量;
(3)燒水時的熱效率等于水吸收的熱量與燃料完全燃燒放出的熱量之比;發(fā)生熱傳遞的條件是存在溫度差,溫度差越大,熱傳遞越快。
【解答】解:(1)燃燒天然氣的質(zhì)量m天然氣=0.12kg,天然氣的熱值q天然氣=5×107J/kg,
天然氣完全燃燒產(chǎn)生的熱量:Q放=m天然氣q天然氣=0.12kg×5×107J/kg=0.6×107J;
(3)水的質(zhì)量m水=10kg,2~4min,水溫度升高度數(shù)Δt=70℃﹣50℃=20℃,
水吸收的熱量:Q吸=cm水Δt=4.2×103J/(kg?℃)×10kg×20℃=8.4×105J;
(3)由圖可知,隨著水溫的不斷升高,溫度變化越來越慢,故0~2min時間內(nèi),在吸收熱量相同的情況下,升高的溫度最高,熱效率最大;
0~2min內(nèi),水溫度升高度數(shù)Δt′=50℃﹣20℃=30℃,
水吸收的熱量:Q吸′=cm水Δt′=4.2×103J/(kg?℃)×10kg×30℃=1.26×106J,
0~2min內(nèi),天然氣釋放的熱量Q吸′=Q放=×0.6×107J=0.2×107J,
燒水時的熱效率:η=×100%=×100%=63%。
答:(1)天然氣完全燃燒產(chǎn)生的熱量為0.6×107J;
(2)2~4min時間,水所吸收的熱量是8.4×105J;
(3)“0~2min”燒水的效率最高;燒水時的最高熱效率為63%。比熱容[J/(kg?℃)]
煤油2.1×103
鋁0.90×103
水4.2×103
銅0.39×103
實驗組別
液體
質(zhì)量/g
初溫/℃
末溫/℃
加熱時間/min
1

200
25
40
13.5
煤油
200
25
40
6.5
2

200
25
40
12
煤油
200
25
40
5.5
名稱
質(zhì)量/g
溫度升高10℃加熱時間/s
溫度升高20℃加熱時間/s
溫度升高30℃加熱時間/s
豆?jié){
350
220
330
550
牛奶
350
260
520
650
初始溫度/℃
加熱時間/min
最后溫度/℃

20
6
45
食用油
20
6
68
次數(shù)
液體
質(zhì)量/g
升高的溫度/℃
加熱時間/min
1

200
10
7
2

200
20
10
3

400
20
14
4

400
15
14
物體比熱容
比熱容c/[J?(kg?℃)﹣1]

2.1×103
砂石
0.92×103

0.88×103

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