内容正文:
第01讲 热量 比热容
内容导航——预习三步曲
第一步:学
析教材 学知识:教材精讲精析、全方位预习
练习题 讲典例:教材习题学解题、快速掌握解题方法
练考点 强知识:十大核心题型精准练
第二步:记
串知识 识框架:思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握
第三步:测
过关测 稳提升:小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升
知识点1 热传递 热量
1、热传递
能量从温度高的太阳辐射到温度低的沙子, 又从沙子传导到温度更低的脚底,这是一种热传递现象。
要点:①“的物体(或部分)”是指温度不同的两个物体,或温度不同的两个部分(同一物体);
②热传递的三种方式:辐射、传导、*对流;
③热传递的条件:温度差;
④热传递传递的是:能量(而不是温度)。
⑤同学们再可以举一些通俗的例子分别理解热传递的三种方式。
2、热量
在物理学中,把物体在热传递过程中吸收或放出能量的多少称为热量。热量通常用Q表示。在国际单位制中,热量的单位与能量的单位相同,都是焦耳,简称焦,符号是J。
拓展:温度、热量、能量的概念的联系与区别(在热传递中)
①热量不能说含有(是一个过程量)、温度不能说传递;
②对于热传递传递的是:能量或热量(都行);物体在热传递过程中谈到吸收或放出字眼,后面一般接热量。
3、自主活动:比较比较不同物质的导热性
如图10-1-2所示,木棒和铜棒安装在金属支架上,在这两根棒的末端分别用凡士林等距离地粘上一根牙签。用酒精灯加热金属支架A端,观察哪根牙签先落下。
通过上述实验发现,粘在铜棒上的牙签落下时,木棒上的牙签还牢牢地粘在上面。这说明铜棒的导热性比木棒的导热性强。
大量实验表明,不同物质的导热性一般不同。铜、铁、铝等(金属)物质容易导热,制成拖鞋的塑料、橡胶、木材等物质则不容易导热。
举例:如图10-1-3所示,水壶的把手用塑料制成, 可以防止提起水壶时手被烫伤。壶身则用容易导热的金属制成,可以将炉火的热量更快地传递给壶中的水。
知识点2 物质的吸放热与哪些因素有关
1、引入
①烧水时,加热时间越长,水吸收的热量就越多,水温就越高。即质量相同时,温度升高得越多,水吸收的热量就越多。烧开一壶水比烧开半壶水所需时间长,说明升高相同的温度,水的质量越大,吸收的热量越多。
②相同的日照时间,海水升温少,砂石升温多,这是什么原因呢?
2、自主活动:如图10-1-4所示,利用红外加热器、温度传感器、电子天平、搅拌器、烧杯等器材,测量质量相同的水和干燥砂石吸收热量后温度变化的相关数据。加热器在相同时间放出的热量相等。
设计表格并将水和干燥砂石在加热过程中的温度与加热时间记录在表中,或者描绘两种物质的温度随加热时间变化的图像。
根据数据或图像所反映的情况讨论水和干燥砂石吸热性质的差异。
实验数据(表格):
加热时间
0
1
2
3
4
温度
沙子
20
22
24
26
28
水
20
21
22
23
24
实验数据(图像):学生自主画出图像
在上述实验中,要使相同质量的水和砂石升高相同的温度,水需要加热的时间长,说明水吸收的热量更多。同样,质量相同的水和砂石降低相同的温度,水放出的热量也比砂石多。
大量实验表明,物质吸收或放出的热量与物质的质量、升高或降低的温度,以及物质的种类有关。
知识点3 如何描述不同物质吸放热的性质?
1、比热容:为了描述不同物质吸放热的性质,物理学中引入了比热容这一物理量。
一定质量的某种物质,温度升高(或降低) 时吸收(或放出)的热量与它的质量和升高(或 降低)的温度乘积之比,叫做这种物质的比热容。比热容用c表示,单位是焦/(千克 · 摄氏度),符号是J/(kg·℃) 。与密度一样,比热容是反映物质自身性质的物理量。
如果用m表示物质的质量,△t表示物质升高或降低的温度,Q表示物质吸收或放出的热量,物质的比热容c可表示为
2、表10-1-1给出了常温下一些常见物质的比热容。
3、 水的比热容较大
①想一想:同一天上海的日温差比新疆库尔勒小(图10-1-5),你能用比热容的知识解释这一现象吗?
水的比热容相对较大,水的这一热学特性有许多实际应用。夏季,城市街道通过洒水降温,除了蒸发吸热外,水在温度上升时,可以更多地吸收地表的热量。地球表面大部分面积被海水所覆盖。白天,来自太阳的热量大多被海水吸收;
夜晚,海水放出大量的热量。因此,整个地表附 近温度变化不大,适合生命生存。
此外,汽车发动机及发电机线圈中的冷却剂通常都采用水或水溶液(图10-1-6),可以更多地吸收发动机、发电机工作过程中放出的热量。 我国自主研发的舱外航天服有六层,其中的液冷服和通风服用来帮助航天员出舱活动中散发过剩的体热。通过水在液冷服内部管道中的循环流动,航天员的体温得以及时、有效的调节,对航天员起到保护作用(图10-1-7)。
教材习题01
某袋装牛奶的标签上标明牛奶质量为200g, 整袋牛奶从10℃ 加热至50℃,需吸收多少热量?[牛奶的比热容为2.5×10³J/(kg℃)]
【答案】2000J
解题方法 熟悉比热容的定义式及其变形公式,进行有关物理计算,且注意单位的统一与换算。
教材习题02
某同学在实验室利用加热器完成了冰的熔化实验,并描绘出冰的温度随加热时间变化的关系图像(图10-1-9)。实验时,冰的质量为0.5kg, 若相同时间内水和冰吸收的热量相同,且冰熔化成水的过程中质量保持不变。已知水的比热容为4.2×10³J/(kg℃) 。 求 :
(1)水在CD 段吸收的热量。
(2)冰的比热容。
【答案】4.2×104J 2.1×10³J/(kg℃)
解题方法 在解比热容有关的图像计算问题时,需明确图像上的横、纵坐标轴所代表的物理量,图像变化时所表示的物理量的变化量是多少,再结合物理公式及变形式进行有关计算。
题型一 热量、热传递的有关概念辨析、填空
1.在国际单位制中,热量的单位是( )
A.牛(N) B.瓦特(W) C.焦耳(J) D.千克(kg)
【答案】C
【详解】在物理学中,热量与功的国际单位均为焦耳。故ABD错误,不符合题意;C正确,符合题意。
故选C。
2.在国际单位制中,下列物理量中单位不是焦耳的是( )
A.功率 B.功 C.能量 D.热量
【答案】A
【详解】功率的国际单位是瓦特,功、能量、热量的国际单位都是焦耳,故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
3.下列说法中,正确的是( )
A.物体温度高时比温度低时含的热量多
B.温度从温度高的物体向温度低的物体传递
C.热量从温度高的物体向温度低的物体传递
D.热量从热量多的物体向热量少的物体传递
【答案】C
【详解】A.热量是过程量,不能用含有来描述,故A错误;
B.热传递过程中传递的是热量,不是温度,故B错误;
CD.热传递发生的条件是物体间有温度差,热量从高温物体向低温物体传递,故C正确,D错误。
故选C。
4.放在一起的两个物体之间发生热传递是因为它们的 不同,到了 的时候,热传递就停止了。
【答案】 温度 温度相同
【详解】[1][2]发生热传递的条件是两物体之间存在温度差,如果两个物体间的温度相同,那么它们之间就不会发生热传递;当物体的温度相同时,热传递也就停止了。
5.物体在热传递过程中, 放出热量, 吸收热量,热量的符号可用 表示,它的国际单位与 的单位相同,均为 ,简称 .
【答案】 高温物体 低温物体 能量 焦耳 焦
【详解】[1][2]物体在热传递过程中,高温物体放出热量,低温物体吸收热量;
[3][4][5][6]热量的符号可用表示,它的国际单位与能量的单位相同,均为焦耳,简称焦。
6.能量从温度高的太阳 到温度低的沙子, 又从沙子 到温度更低的脚底。(两空均选填“辐射”或“传导”)
【答案】辐射 传导
7.两个物体放在一起,相互接触,但它们之间没有发生能量转移,则它们具有相同的( )
A.热量 B.温度 C.内能 D.质量
【答案】B
【详解】两个接触的物体,只要有温度差,就会发生能量的转移,即热传递,所以没有发生能量转移,一定是具有相同的温度.B符合题意.
选B.
点睛:能量可以发生转移或转化,能量的转移即热传递的方式,物体内能会增加或减少,而热传递的唯一条件就是存在温度差.
8.关于热传递,下列说法中正确的是( )
A.热量总是从热量多的物体传给热量少的物体
B.物体间不接触就不能进行热传递
C.通过一定方式可使热从高温物体传给低温物体
D.热传递就是温度的传递
【答案】C
【详解】A.由于热量是个过程量,所以不能说物体含有多少热量,故A错误;
B.不接触的物体之间可以通过热辐射的方式进行热传递,故B错误;
C.热传递的三种方式:热传导、热对流和热辐射,通过一定方式可使热从高温物体传给低温物体,故C正确;
D.热传递的实质就是能量的转移,故D错误。
故选C。
题型二 比热容的有关概念辨析
9.下列物理量中,能用来区分物质种类的是( )
A.质量 B.热量 C.温度 D.比热容
【答案】D
【详解】A.质量是物体所含物质的多少,不能区分物质种类,故A不符合题意;
B.热量是一个发生在两个物体间的过程量,无法区分物质种类,故B不符合题意;
C.温度描述的是物体的冷热状态,不能区分物质种类,故C不符合题意;
D.比热容指的是单位质量的某种物质在温度升高(或降低)1°C时吸收(或放出)的热量,只与物质的种类和状态有关,可以用来区分物质的种类,故D符合题意。
故选D。
10.关于物质的比热容,下列说法中正确的是( )
A.比热容与物质吸热多少有关
B.同种物质质量越大比热容就越大
C.水适合做冷却剂是因为比热容大
D.物质的状态发生变化时比热容不变
【答案】C
【详解】ABD.比热容是物质本身的一种特性,与物质的种类、状态有关,同种物质状态发生变化时,比热容会改变,比热容的大小与质量、吸收的热量无关,故ABD错误;
C.水的比热容最大,和其它物质比较,降低相同温度放出热量多,所以汽车散热器常用水作为冷却剂,故C正确。
故选C。
11.下列事实中,最能说明单位质量的物质温度升高时吸收的热量跟物质的种类有关的是( ).
A.体积相同的两杯水温度都升高,它们吸收的热量相同
B.质量相同的两块铜温度分别升高和,它们吸收的热量不相同
C.体积相同的水和煤油温度都升高,它们吸收的热量不相同
D.质量相同的水和铜温度都升高,它们吸收的热量不相同
【答案】D
【详解】根据“能说明单位质量的物体温度升高10℃时吸收的热量跟物质的种类有关”知道,应控制质量和升高的温度相同,而物质的种类不同,
A.物质的种类相同,故不符合题意;
B.物质的种类相同,故不符合题意;
C.水和煤油的质量不同,故不符合题意;
D.质量和升高的温度相同,种类不同,故D符合题意.
题型三 比热容的物理意义、基础计算等
12.水的比热容是4.2×103焦/(千克•℃),它表示的物理含义是 。人们常说“水是生命之源”,一杯水当喝掉半杯后,剩下水的比热容 (选填“变大”、“变小”、“不变”),汽车发动机用水作冷却剂,是因为水的 ,现有质量和初温相等的水和煤油,放出相等热量, 的末温较高。
【答案】 1kg的水温度每升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量是4.2×103J 不变 比热容大 水
【详解】[1]水的比热容为4.2×103J/(kg•℃),根据比热容的定义可知,它表示的物理意义是:1kg的水温度每升高1℃吸收的热量为4.2×103J。
[2]一杯水当喝掉半杯后,质量改变,但比热容与质量无关,所以水的比热容不变,仍然为4.2×103J/(kg•℃)。
[3]因为水的比热容较大,相同质量的水和其它物质比较,升高相同的温度,水吸收的热量多,所以常用水给汽车发动机降温。
[4]因为
由
得
质量m相同,Q放相同,可知
又因为二者的初温相同,所以水的末温较高。
13.水的比热容为4.2×103焦/(千克·℃),是常见物质中较大的。质量为2千克,温度为10℃的水,加热后温度升高到60℃,水吸收的热量是( )
A.8.4×104焦 B.3.36×105焦
C.4.2×105焦 D.5.04×105焦
【答案】C
【详解】水吸收的热量为
故ABD不符合题意,C符合题意。
故选C。
14.甲杯里装有200g、25℃的水,把它加热到60℃,吸收的热量是 J,乙杯中装有100g、20℃的水,使其温度升高40℃,需吸收的热量是 J,如把加热后的两杯水混合在一起,那么它们之间 热传递。这是因为 。
【答案】 2.94×104 1.68×104 没有 没有温度差
【详解】[1]甲杯里水的质量
m甲=200g=0.2kg
温度的升高值
Δt甲=60℃-25℃=35℃
水吸收的热量
Q吸甲=cm甲Δt甲=4.2×103J/(kg•℃)×0.2kg×35℃=2.94×104J
[2]乙杯里水的质量
m乙=100g=0.1kg
温度的升高值
Δt乙=40℃
水吸收的热量
Q吸乙=cm乙Δt乙=4.2×103J/(kg•℃)×0.1kg×40℃=1.68×104J
[3][4]甲杯里水的末温为60℃,乙杯内水的末温为
20℃+40℃=60℃
两杯水的末温相等;将两杯水混合在一起,因为二者之间没有温度差,所以它们之间没有热传递。
15.甲、乙两物体的比热容之比为2:3,吸收热量之比为3:1,它们升高的温度相同,则甲、乙两物体的质量之比为( )
A.9:2 B.2:9 C.1:2 D.2:1
【答案】A
【详解】由可得
升高温度相同,因此可求两质量之比为
故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
16.铝的比热容为焦/(千克·℃),其单位读作 。若质量相同的水和铝块吸收相同的热量后,水升高的温度 铝升高的温度;若质量相同的水和铝块降低相同的温度,水放出的热量 (以上两空均选填“大于”、“小于”或“等于”)铝放出的热量。
【答案】 焦每千克摄氏度 小于 大于
【详解】[1]比热容的单位是焦/(千克∙摄氏度),符号为J/(kg∙°C),读作:焦每千克摄氏度。
[2]若质量相同的水和铝块吸收相同的热量后,因为水的比热容大于铝的比热容,根据比热容的公式可知,水升高的温度小于铝升高的温度。
[3]若质量相同的水和铝块降低相同的温度,因为水的比热容大于铝的比热容,根据Q=cmΔt可知,水放出的热量大于铝放出的热量。
题型四 水的比热容较大及应用
17.丁香湖是沈阳最大的城中湖,它的水域面积达3.1平方公里,可以有效调节周围环境的气温,这主要是因为水的( )
A.流动性好 B.密度大 C.比热容大 D.沸点高
【答案】C
【详解】ABCD.湖能够调节气温,是因为水的比热容比较大,吸热能量强,与相同的质量的其他物质相比,吸收相同的热量,水升温比较慢,放出相同的热量,水下降得比较慢,故能够调节气温,故C符合题意;ABD不符合题意。
故选C。
18.水的比热容为,若将2kg的水倒掉一半,则剩余水的比热容 ;水结冰后比热容 (两空均选填“变大”、“变小”或“不变”)。
【答案】 不变 变小
【详解】[1]比热容是物质本身的一种特性,至于物质本身有关,若将2kg的水倒掉一半,则剩余水的比热容不变。
[2]冰的比热容小于水的比热容,水结冰后比热容变小。
19.生活中食物的能量常用“卡路里”。“卡路里”简称“卡”,1卡是这样规定的:在1个标准大气压下,质量为1g的水,温度每升高1℃所吸收的热量。那么1卡 J,水温升高后,水的比热容 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。烈日当空的海边,会发现沙子的温度比海水要高,这是因为沙子比水的比热容 。
【答案】 4.2 不变 小
【详解】[1]1卡等于在1个标准大气压下,质量为1g的水,温度每升高1℃所吸收的热量
[2]比热容是物质的一种特性,与质量、温度等因素无关,所以水温升高后,水的比热容不变。
[3]由于沙子比水的比热容小,根据公式可知,沙子和水质量相等、吸收的热量相同时,沙子升高的温度比海水要高。
题型五 图像、图表题
20.两个相同的容器中各盛有质量相等、初温相同的水和煤油,用功率相同的电加热器分别加热,其温度随时间的变化如图所示.由图象可以判断( )
A.甲是水,比热容较大 B.甲是煤油,比热容较大
C.乙是水,比热容较大 D.乙是煤油,比热容较大
【答案】C
【详解】如图所示,质量相等、初温相同的水和煤油,加热相同的时间,甲的温度的变化量比乙的温度变化量大;利用热量的计算公式Q=cm△t 分析,甲的比热容小,是煤油;乙的比热容大,是水,故C符合题意.
21.查看下表可知:铜的比热容为 J/(kg·℃),其表示的意义是1kg铜温度每升高1℃,吸收的热量为 。质量相等的铜块和铁块升高相同的温度, 吸收的热量多。质量、温度相同的铁块和铝块吸收相同热量后,铁块的温度 (选填“大于”、“等于”或“小于”)铝块的温度。
比热容:J/(kg·℃)
铜
0.39×103
铁
0.45×103
铝
0.90×103
【答案】 0.39×103 0.39×103J 铁 大于
【详解】[1][2]由表可知铜的比热容为。其表示的物理意义是:1kg铜温度每升高1℃,吸收的热量为0.39×103J。
[3]质量相等的铜块和铁块升高相同的温度,因为铁的比热容大,由可知,铁吸收的热量多。
[4]质量、温度相同的铁块和铝块吸收相同热量后,由可知,铁的比热容小于铝的比热容,则铁块的温度大于铝块的温度。
22.质量均为1kg的三种不同的物质,当温度都升高1℃时所吸收的热量如图所示。根据图中信息可得,不同物质的比热容 (选填“有可能”或“不可能”)相同; 物质的比热容最大;若都吸收相同的热量, 物质的温度变化更小;2kg的乙物质温度升高5℃所吸收的热量为 J。
【答案】 有可能 甲 甲 20000
【详解】[1][2]根据图中信息可知,乙丙是不同物质,当它们的质量和变化的温度相同时,它们吸收的热量也相同,故它们的比热容也相同;根据图中信息可知,甲乙丙质量相同,变化的温度相同时,甲吸收的热量多,故甲物质的比热容大。
[3]吸收相同的热量,比热容大的物质温度变化小,故甲物质的温度变化小。
[4]根据公式
题型六 比热容与热传递综合题
23.两块质量相同,初温相同的铜块和铁块放入同一盆热水中,经过一段时间( )
A.铜块温度高 B.铁块温度高
C.铜块吸收的热量多 D.以上说法都不对
【答案】D
【详解】两块质量相同,初温相同的铜块和铁块放入同一盆热水中,经过一段时间后,铜块和铁块达到相同温度,由可知,m和Δt相同,c铜<c铁,故Q铜<Q铁,故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
24.把质量和温度均相同的铝球和铜球同时投入沸水中,足够长的时间后,两球的温度变化 (选填“相同”或“不相同”),其中吸收热量多的是 球。(已知c铝>c铜)
【答案】 相同 铝
【详解】[1]把质量和温度都相同的铝球和铜球同时投入沸腾的水中,它们在水中吸收热量,温度升高,当它们的温度与水的温度相同时,热传递就会停止,这时它们的末温相等,等于沸水的温度,由于它们的初温相等,末温也相等,所以它们的温度变化相同。
[2]已知c铝>c铜,m铝=m铜,温度变化量相同,根据可知,吸收热量多的是铝球。
25.把质量和温度都相同的铁球、铝球和铜球同时投入沸腾的水,足够长的时间后,三球的温度变化 (选填:“相同”或“不相同”)。其中吸收热量最多的是 球,吸收热量最少的是 球。(已知c铝>c铁>c铜)
【答案】 相同 铝 铜
【详解】[1]把质量和温度都相同的铁球、铝球和铜球同时投入沸腾的水中,一段时间后,由于热传递,铁球、铝球和铜球的温度都等干水的沸点,三球温度变化相同。
[2][3]铝的比热容最大,铜球的比热容最小,由热量公式可知,质量和温度都相同的铁球、铝球和铜球升高相同的温度,铝吸收的热量最多,铜球收的热量最少。
26.铅块质量是铜块的2倍,铜的比热容是铅的3倍。初温相同,吸收相同热量后,再相互接触,结果( )
A.铅块把热量传给铜块 B.铜块把热量传给铅块
C.不发生热传递 D.末温不知,不能肯定
【答案】A
【详解】设铜块的质量为m,则铅块的质量为2m;设铅的比热容为c,则铜的比热容为3c即
可知:铅块升高的温度比铜块升高的温度高,即,铅块的末温要比铜块的末温高,热量要从高温传给低温,将从铅块传给铜块,故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
27.质量相同的铜块和水(),铜块的初始温度比水高,经过一定的操作后,将铜块放入水中,水将热量传递给铜块,则该操作可能是将该铜块和水( )
A.降低相同的温度 B.升高相同的温度
C.吸收相同的热量 D.放出相同的热量
【答案】D
【详解】根据热量公式Q=cmΔt,质量相同的铜块和水,c水>c铜。
A.降低相同的温度,根据公式可知,水放出的热量多,铜块放出的热量少,原本铜块温度就高,那么铜块的末温还是会高于水的末温,热量会从铜块传递给水,故A不符合题意。
B.升高相同的温度,水吸收的热量多,铜块吸收的热量少,铜块初始温度高,所以铜块的末温还是高于水的末温,热量会从铜块传递给水,故B不符合题意。
C.吸收相同的热量,因为c水>c铜,则水升高的温度Δt水小于铜块升高的温度Δt铜,又因为铜块的初始温度比水高,所以铜块的末温高于水的末温,这样热量就会从铜块传递给水,故C不符合题意。
D.放出相同的热量,由于c水>c铜,则水降低的温度Δt水小于铜块降低的温度Δt铜,铜块初始温度高,所以铜块的末温可能会低于水的末温,热量会从水传递给铜块,故D符合题意。
故选D。
题型七 给出条件,比较等量或不等量关系
28.甲、乙两个物体吸收相同热量后,甲升高的温度比乙多,以下判断中正确的是( )
A.若m甲=m乙,则c甲<c乙 B.若m甲=m乙,则c甲>c乙
C.若m甲>m乙,则c甲=c乙 D.若m甲>m乙,则c甲>c乙
【答案】A
【详解】由热量的计算公式Q=cmΔt可得:甲吸收的热量Q甲=c甲m甲Δt甲,乙吸收的热量Q乙=c乙m乙Δt乙,由Q甲=Q乙可知
c甲m甲Δt甲=c乙m乙Δt乙
由题意知Δt甲>Δt乙;故
c甲m甲<c乙m乙
若m甲=m乙,则c甲<c乙;
若m甲>m乙,则c甲<c乙。
故BCD 错误,A正确。
故选A。
29.初温相等的甲、乙两物体,在放出相同的热量后,甲的温度高于乙的温度。那么,这两个物体的质量和比热容的关系不可能是( )
A.m甲<m乙,c甲<c乙 B.m甲<m乙,c甲>c乙
C.m甲>m乙,c甲>c乙 D.m甲> m乙,c甲< c乙
【答案】A
【详解】AB.甲、乙两物体初温相等,放出相同的热量后,甲的温度高于乙的温度,故
根据可知
c甲m甲>c乙m乙
若质量关系为
m甲<m乙
则
c甲>c乙
不可能
c甲<c乙
则A符合题意,B不符合题意;
CD.若质量关系为
m甲>m乙
则
c甲>c乙
或
c甲<c乙
都有可能;故CD不符合题意。
故选A。
题型八 热平衡的有关计算
30.将200g、80℃的热水和400g、20℃的水混合后,不计热量损失,达到热平衡时,混合的水的温度为 ℃。
【答案】40
【详解】假设混合的水的温度为t,冷水温度从t1升高到t,吸收的热量为Q1;热水温度从t2降低到t,放出的热量为Q2;不计热量损失,达到热平衡时
即
即
即
解得:。
31.如图所示是冷水与热水混合时,温度随时间变化的图像,假设热水放出的热量全部被冷水吸收,由图中信息可知冷水与热水的质量之比是 。
【答案】
【详解】由图可知甲放热降温,为热水,乙吸热升温,为冷水,且甲乙最后温度达到相同,根据分别计算甲放出热量,与乙吸收热量为
热水放出的热量全部被冷水吸收即则
冷水与热水的质量之比是
32.A、B两物体质量相等、温度均为20℃,甲、乙两杯水质量相等,温度均为60℃,现将放A入甲杯、B放入乙杯,热平衡后甲杯水温降低了5℃,乙杯水温降低了10℃,不考虑热量的损失,则A、B两物体的比热容之比为( )
A.1︰2 B.3︰7 C.2︰3 D.4︰7
【答案】B
【详解】物体A放入甲杯水后,Δt水=5℃,则它们的共同温度为55℃,则
ΔtA=55℃-20℃=35℃
水放出的热量
Q放=c水m水Δt水
A吸收的热量
Q吸=cAmAΔtA
根据热平衡方程
Q放=Q吸
即
c水m水Δt水=cAmAΔtA
代入相关数据得
物体B放入乙杯水后,Δt水′=10℃,它们的共同温度为变成50℃,则
ΔtB=50℃-20℃=30℃
水放出的热量
Q放=c水m水Δt水′
B吸收的热量
Q吸=cBmBΔtB
根据热平衡方程
Q放=Q吸
即
c水m水Δt水′=cBmBΔtB
代入相关数据得
A、B两物体质量相等mA=mB,所以
故选B。
33.质量和温度都相等的甲、乙两金属球,先把甲球投入水中,热传递结束后水温升高了15℃,取出甲后,又把乙投入这杯水中,热传递结束后水温又升高了15℃,则甲球放出的热量 乙球放出的热量(选填“大于”、“等于”或“小于”),因此可断定 球的比热容较大.(不计热损失)
【答案】 等于 乙
【详解】[1]根据热量的计算公式,对于两次热传导过程,水的比热容一样,质量一样,升高相同温度,那么两次过程水吸收的热量相等,不计热损失,那么甲球放出的热量等于乙球放出的热量;
[2]由题意可以知道,第一次热传导之后,甲球的温度和水一样,都是,第二次热传导之后,乙球的温度和水一样,都是,但是第二次水的温度肯定高于第一次水的温度,即,根据热量的计算公式,一样,一样,一样,,那么,乙球的比热容较大.
题型九 计算题
34.在某铝壶中装了4千克水,把这壶水从20℃加热到70℃,求:水吸收的热量Q吸。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
【答案】8.4×105J
【详解】解:水吸收的热量
答:水吸收的热量Q吸为8.4×105J。
35.一壶质量为2千克,温度为20℃的水,加热到70℃(已知c水=4.2×103焦/(千克·℃)。求:
(1)水升高的温度Δt;
(2)水吸收的热量Q;
(3)接着再继续加热,若水又吸收了1.68×105焦的热量,求水的末温t末。
【答案】(1)50℃;(2)4.2×105J;(3)90℃
【详解】解:(1)水升高的温度为
Δt=70℃-20℃=50℃
(2)水吸收的热量为
Q=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×50℃=4.2×105J
(3)接着再继续加热,若水又吸收了1.68×105焦的热量,水升高的温度为
水的末温为
t末=70℃+20℃=90℃
答:(1)水升高的温度为50℃;
(2)水吸收的热量为4.2×105J;
(3)接着再继续加热,若水又吸收了1.68×105焦的热量,水的末温为90℃。
36.质量500g、温度100℃的某金属块,当温度降低到20℃时,放出1.84×104J的热量,该金属块的比热容是多少?可能是哪种金属?
物质
比热容C/J/(kg•℃)
铝
0.88×103
铁、钢
0.46×103
铜
0.39×103
铅
0.13×103
【答案】0.46×103J/(kg•℃),可能是铁、钢
【详解】解:由题可知该金属的比热容为
由表格可知该金属可能是铁、钢。
答:该金属块的比热容是0.46×103J/(kg•℃),可能是铁、钢。
37.经验表明,自制家用太阳能热水器的效率在夏天可达50%;从太阳能手册中查到,在地球表面,晴天时垂直于阳光的表面接收到的热辐射为 1.26×103J/(m2•s)。如果晒水箱内的水大约有40kg,晒水箱接收阳光垂直照射的面积始终是1.5m2,请计算,
(1)要使水温上升30℃需要多少热量?
(2)至少得吸收太阳辐射多长时间?
【答案】(1)5.04×106J;(2)5333s
【详解】解:(1)晒水箱内的水大约有40千克,要使水温上升30℃水吸收的热量
Q吸=cm∆t=4.2×103J/(kg•℃)×40kg×30℃=5.04×106J
(2)设需要的时间为t,由题知,
Q吸=1.26×103J/(m2•s)×1.5m2×t×50%
则所需的时间
答:(1)要使水温上升30℃需要5.04×106J;
(2)至少得吸收太阳辐射5333s。
38.如图所示,A、B是两个底部装有完全相同的加热器的容器,加热器产生的热量90%可以被容器中的液体吸收,已知加热器每秒钟放出热量为1000J。现将甲、乙(蓖麻油)两种液体分别倒入A、B杯中,其中甲液体的质量为200g,加热过程中甲、乙两种液体温度随加热时间的变化曲线如图所示。分析回答下列问题:
(1)加热60s时,乙吸收的热量;
(2)甲液体的比热容:
(3)蓖麻油的质量。[c蓖麻油=1.8×103J/(kg℃)]
【答案】(1)5.4×104J;(2)3×103J/(kg℃);(3)0.6kg
【详解】解:(1)加热60s,乙吸收的热量为
Q乙=1000J×60s×90%=5.4×104J
(2)由图像可知,甲液体加热20s温度从10℃升高到40℃,升高了30℃,在这20s内甲液体吸收的热量为
Q甲=1000s×20s×90%=1.8×104J
甲液体的质量
m甲=200g=0.2kg
则甲液体的比热容为
3×103J/( kg℃)
(3)由图可知,蓖麻油60s内升高的温度为50℃,蓖麻油的质量为
答:(1)加热60s时,乙吸收的热量是5.4×104J;
(2)甲液体的比热容为3×103J/( kg℃);
(3)蓖麻油的质量为0.6kg。
题型十 实验题
39.为了研究物体吸收热量跟物质种类的关系,如图用两只完全相同的烧杯 A 和 B 分别装入液体, 两个杯子中分别插入相同的温度计,用同一酒精灯在均匀铝薄板下加热。
(1)A、B 两杯中液体除初温相同外,加热前还应满足下列条件: 相同、 相同;
(2)实验时酒精灯要放在两杯中间,其目的是为了 ,这样可以通过计时器记录加热时间来判断吸热多少。
(3)若A 和B 液体升高相同的温度所需加热的时间不同,则说明: 。
【答案】 质量 升高的温度 使A、B两杯中的液体吸收的热量相等 不同物质的吸热能力不同。
【详解】(1)[1][2]为了研究物体吸收热量跟物质种类的关系,根据控制变量法可知要控制液体的质量相同、升高的温度相同(只改变物质的种类)。
(2)[3]实验时用同一酒精灯加热,把酒精灯要放在两杯中间,其目的是为了使A、B两杯中的液体吸收的热量相等。
(3)[4]质量相同的A 和B 液体升高相同的温度所需加热的时间不同,即吸热多少不同,则说明不同物质的吸热能力不同。
40.为了探究物质温度升高的幅度与哪些因素有关,某实验小组同学用相同的酒精灯分 别加热质量和初温都相同的液体(设加热时液体每分钟吸收的热量相等),实验过程及观察 到的现象如图所示。请根据实验现象及相关条件归纳得出初步结论。
①分析比较图中(a)与(b)与(c)可得出的初步结论是:质量相等的 物质, 吸收热量越多,温度升高的幅度 ;
②分析比较图中(c)与(d)可得出的初步结论是:质量相等的 物质,要使它 们温度升高幅度相同,吸收的热量 。
【答案】 同 越大 不同 不等
【详解】[1][2]由图(a)、(b)、(c)可知,都是加热相同质量的水,因为相同的酒精灯相同时间内放出的热量相同,所以加热时间越长,水吸收热量就越多,温度升高的幅度也越大。
[3] [4] 由(c)与(d)可知,加热相同质量的两种物质,一种是水,一种是煤油,两种物体升高到同一温度时,加热时间不同,因此吸收热量也不同。
41.在探究“比较不同物质吸热能力”的实验中,用铁夹将温度传感器及分别盛有水和色拉油的两个试管固定在铁架台上,温度传感器的探头部分与试管内的水和色拉油良好接触,两只温度传感器通过数据采集线与计算机相连接,如下图所示。(已知c水=4.2×103J/kg•℃)
物质
质量/g
初始温度/oC
加热时间/min
末温/oC
水
200
20
6
45
色拉油
200
20
6
75
(1)红外加热器是利用红外线具有 效应来工作的;
(2)试管中加入的水和色拉油除初温相同外,还应保证 相同;(选填“体积”或“质量”)
(3)由表可知,加热6min色拉油吸收的热量为 J;
(4)色拉油的比热容是 J/(kg·℃)。(用科学记数法表示并精确到小数点后一位)
【答案】 热 质量 2.1×104 1.9×103
【详解】(1)[1]红外加热器是利用红外线的热效应来工作的。
(2)[2]根据比较吸热能力的方法,要控制不同物质的质量相同(不同物质密度不同,根据m=ρV,体积相同的不同物质质量不同),故试管中加入的水和色拉油除了控制初温相同以外,还应控制质量相同。
(3)[3]由表可知,加热6min水吸收的热量为
由相同时间内,两种液体吸收的热量相同可知,加热6min色拉油吸收的热量为2.1×104J;
(4)[4]根据表中数据知,加热6分钟(吸热相同),水升高的温度为25℃;色拉油升高的温度为75℃-20℃=55℃;根据Q=cmΔt可知,在质量和吸热相同的情况下,比热容与升高的温度之积为一定值,升高的温度与比热容成反比,色拉油的比热容是
42.如图所示,在探究不同物质吸热升温的现象实验中。
加热时间/min
0
1
2
3
4
5
温度/℃
17
19
21
23
25
27
(1)实验要用同样多的沙子和水进行比较,同样多是指沙子和水的 相同。
(2)实验用相同的热源和加热方法,可以认为单位时间内物体吸收的热量 。
(3)测量水的温度和加热时间,所得数据如表格所示。分析数据可以发现的规律是: 。
(4)比较沙子和水升温的数据,甲组同学发现:同样多的沙子和水升高相同温度,沙子的加热时间短;乙组同学发现:同样多的沙子和水加热相同时间,沙子温度上升得多。两组发现中,能验证实验猜想的是( )。
A.只有甲组 B.只有乙组 C.两组都可以 D.两组都不可以
【答案】(1)质量
(2)相同
(3)水每加热1min,水温升高2℃
(4)C
【详解】(1)根据比较吸热能力的方法,要控制不同物质的质量相同,故同样多是指沙子和水的质量相同。
(2)实验中用相同的热源和加热方法,由转换法,可以认为单位时间内物体吸收的热量相同。
(3)分析数据可以发现,水每加热1min,水温升高2℃。
(4)比较物质吸热能力的2种方法:使相同质量的不同物质升高相同的温度,比较吸收的热量(即比较加热时间),吸收热量多的吸热能力强,或使相同质量的不同物质吸收相同的热量(即加热相同的时间),比较温度的变化,温度变化小的吸热能力强,所以两组都能验证猜想。
故选C。
43.小明用如图所示的实验装置来探究“不同物质吸热升温的现象”。
(1)实验中需要控制一些条件相同,以下选项中不需要的是 ___________。
A.酒精灯火焰的大小相同
B.酒精灯里酒精的质量相同
C.水和沙子的质量相同
D.烧杯的规格相同
(2)实验数据记录如表所示,根据数据分析。
加热时间/min
0
1
2
3
4
温度/℃
沙子
20
29
38
47
56
水
20
22
24
26
28
①加热相同的时间,沙子的温度上升得多,两者吸收的热量Q沙 Q水(</=/>);
②升高相同的温度,发现沙子用时短,说明 的吸热本领强。
(3)小明还发现刚开始加热时,沙子升温速度比水小,可能的原因是: 。
(4)夏天夜晚,小明赤脚走在海边的沙滩上与走进海水里相比,感觉 比较凉。
【答案】(1)B
(2) = 水
(3)未充分搅拌沙子
(4)沙滩
【详解】(1)该实验采用控制变量法,为了使相同时间液体吸收的热量相同,加热时要控制酒精灯火焰大小相同、火焰与烧杯底距离相等,为了便于比较不同物质吸热升温的现象,实验时使用相同的烧杯装入等质量的水和沙子,不需要控制酒精灯里的酒精相同。
故选B。
(2)[1]实验时加热相同的时间,酒精灯相同时间放出的热量相同,实验所用装置相同,两物质相同时间吸收的热量相同。
[2]升高相同的温度,发现沙子用时短,说明沙子吸收的热量少,所以沙子的吸热能力弱,水吸热能力强。
(3)实验刚开始加热时,沙子升温速度比水小,可能的原因是:未充分搅拌沙子,沙子开始受热不均匀。
(4)水的比热容较大,相同质量的水和沙子比较,夜晚时,水和沙子放出相同的热量,水的温度降低的少,沙子降低的温度多,所以沙滩比较凉。
知识导图记忆
知识目标复核
1.热传递,热量,比较不同物质的导热性;
2.探究物质的吸放热与哪些因素有关;
3.比热容及其应用。
一、单选题
1.比热容的单位正确的写法是( )
A.千焦/(克·℃) B.焦/(克·℃)
C.焦/克 D.焦/(千克·℃)
【答案】D
【详解】由
得比热容的单位正确的写法是:焦耳/(千克·℃)
故选D。
2.量热器小筒一般用金属制成,主要原因是因为( )
A.金属比较牢固 B.金属比热容小,导热性好
C.金属价格较低 D.金属容易加工
【答案】B
【详解】通常用混合法测定物质比热时,应尽量避免热损失,为此,人们设计了量热器,它的大、小筒用比热容小的金属制成,内筒用木架垫起,使内、外简间保留一些空气作为隔热层,热传导不容易发生,木盖盖好后,空气不容易流动,对流也不容易形成,故ACD不符合题意,B符合题意。
故选B。
3.由吸热公式,那么物质的比热容跟( )
A.吸收的热量Q成正比 B.质量成反比
C.温度变化Δt成反比 D.吸收热量Q、质量m及温度变化Δt均无关
【答案】D
【详解】比热容是物质的一种特性,是物质本身的固有属性,与物质的种类有关,与物质的状态有关,故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
4.有甲、乙两块同种材料制成的质量不同的金属块,已知它们吸收相同的热量后,温度的变化量之比为,可知它们的质量之比为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】甲乙材质相同,说明比热容相同,吸收相同的热量后,温度的变化量之比为,由可知,质量之比等于温度变化量之比的倒数,所以质量之比为。
故选B。
5.铜的比热容小于铁的比热容,现有质量和温度都相等的铜块和铁块吸收相同的热量后,再将它们相互接触,以下说法正确的是( )
A.不发生热传递 B.热量从铜块传给铁块
C.热量从铁块传给铜块 D.无法判断
【答案】B
【详解】因为铁块和铜块的质量、吸收的热量均相同,由c铜<c铁,根据可判断铜块升高的温度更多,又因为二者的初温相同,所以铜块的末温比铁块的末温高,根据热传递的条件可得热量将从铜块传给铁块。
故选B。
6.如图所示用相同的酒精灯分别对a、b两液体加热图甲,若两液体在相同的时间内吸收的热量相等且不计液体热量散失,根据测得数据分别描绘出两液体的温度随时间变化的图像图乙。分别用、、、表示a、b两液体的质量和比热容,下列推断正确的是( )
A.若,则 B.若,则
C.若,则 D.若,则
【答案】B
【详解】AB.若
吸收相同的热量,a的温度升高幅度大,由知,a的比热容较小,b的比热容较大,故A错误,B正确;
CD.若
吸收相同的热量,a的温度升高幅度大,由知,a的质量较小,b的质量较大,故CD错误。
故选B。
二、填空题
7.热量是指在 过程中,物体吸收或者放出能量的多少,单位是 ,物体吸收的热量与物质种类、质量和 有关。
【答案】 热传递 焦耳 温度的变化
【详解】[1][2]热量是指在热传递过程中,物体吸收或者放出能量的多少,单位是焦耳,符号为J。
[3]物体吸收热量的多少与物质种类、质量和温度的变化有关。
8.铁的比热容是0.45×103焦/(千克⋅℃),单位读作 。相同质量的水和铁块,温度都升高1℃, 吸收的热量多;如果它们吸收相同的热量, 升高温度多。
【答案】 焦每千克摄氏度 水 铁
【详解】[1]铁的比热容c铁=0.45×103焦/(千克⋅℃),单位读作焦每千克摄氏度,表示的意思是质量为1kg的铁温度每升高1℃,吸收0.45×103焦的热量。
[2][3]水的比热容大于铁的比热容,相同质量的水和铁块,温度都升高1℃,由Q=cmΔt可知,水吸收的热量多;如果它们吸收相同的热量,由可知铁升高的温度多。
9.人们常说“水是生命之源”, 水的比热容是 ,它表示 。一杯水当喝掉半杯后,剩下水的比热容 (选填“变大”、“变小”、“不变”),汽车发动机用水作冷却剂,是因为水的比热容在常见的物质中比较 。
【答案】 4.2×103J/(kg·℃) 1kg水温度每升高或降低1℃吸收或放出的热量是4.2×103J 不变 大
【详解】[1][2]水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),其物体意义是1kg水温度每升高或降低1℃吸收或放出的热量是4.2×103J。
[3]比热容是物质一种特性,比热容的大小和物质种类和状态有关,和物体质量无关;一杯水当喝掉半杯后,剩下的水质量减小,比热容不变。
[4] 汽车发动机用水作冷却剂,是因为水的比热容较大,在升高相同温度的条件下,比热容较大的水能够从发电机吸收更多的热量。
10.把质量和温度均相同的铝球和铜球同时投入沸水中,足够长的时间后,两球的温度变化 (选填“相同”或“不相同”),其中吸收热量多的是 球。(已知c铝>c铜)
【答案】 相同 铝
【详解】[1]把质量和温度都相同的铝球和铜球同时投入沸腾的水中,它们在水中吸收热量,温度升高,当它们的温度与水的温度相同时,热传递就会停止,这时它们的末温相等,等于沸水的温度,由于它们的初温相等,末温也相等,所以它们的温度变化相同。
[2]已知c铝>c铜,m铝=m铜,温度变化量相同,根据可知,吸收热量多的是铝球。
11.小华同学在复习时对所学的部分物理量进行了分类归纳.
物理量:速度v=、比热容c=、功率P=、重力G=mg、机械功W=Fs
小华的分类:重力G、速度v、功率P归为一类
(1)请你判断:小华的分类 (选填“合理”或“不合理");
(2)以上物理量中,反映物质特性的物理量是 ;
(3)可以归为一类的物理量是 ,归类的理由是 .
【答案】 不合理 比热熔 速度、功率 因为速度、功率都是表示快慢的物理量.
【详解】物体单位时间内通过的路程叫做速度;速度是表示物体运动快慢的物理量;
单位质量的物质温度每升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量叫做这种物质的比热容;比热容是表示物质吸放热能力强弱的物理量;
物体单位时间内做的功叫功率,功率是表示做功快慢的物理量;
由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力.
根据上述分析可得:
(1)[1]小华将重力G、速度v、功率P归为一类是不合理的,因为速度v、功率P二者都是表示快慢的物理量,而重力G不是;
(2)[2]比热是表示物质吸放热能力强弱的物理量,是反映物质特性的物理量;
(3)[3] [4]可以将速度、功率归为一类,因为速度、功率都是表示快慢的物理量.
三、计算题
12.质量为1千克的水,温度从10℃升高到30℃。
求:(1)水升高的温度Δt;
(2)水吸收的热量Q吸。[c水=4.2×103焦/(千克•℃)]。
【答案】(1)20℃;(2)8.4×104J
【详解】解:(1)水升高的温度
Δt=t﹣t0=30℃﹣10℃=20℃
(2)水吸收的热量
Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×20℃=8.4×104J
答:(1)水升高的温度为20℃;
(2)水吸收的热量为8.4×104J。
13.如图所示是小华同学探究“水的沸腾”实验的实验图像。已知实验时,水的质量为100g。求:
(1)从实验第10分钟到第20分钟,水吸收的热量为多少?
(2)如果这些水从第10分钟开始吸收了8.4×103J的热量,则水的温度变为多少?
(3)小明也做了这个实验,他用的水的初温是78℃,等水沸腾时温度为98℃,而水的吸收的热量是4.2×104J,则小明实验中所用水的质量是多少?
【答案】(1)4.2×103J;(2)100℃;(3)0.5kg
【详解】解:(1)水吸收的热量为
(2)由可得,水温变化量
因此
故水的温度变为100℃。
(3)由可知,水的质量为
答:(1)从实验第10分钟到第20分钟,水吸收的热量为;
(2)如果这些水从第10分钟开始吸收了8.4×103J的热量,则水的温度变为100℃;
(3)小明实验中所用水的质量是0.5kg。
四、实验题
14.为了比较水和食用油的吸热能力,小明用两个完全相同的装置做了如图所示的实验。
物质
质量/g
初始
温度/℃
加热
时间/min
最后
温度/℃
水
100
20
6
35
食用油
___________
20
6
48
(1)根据实验要求表格中食用油的质量应为 g。
(2)在实验中,用 来表示物质吸收热量的多少。
(3)分析表格中的实验数据可知,在此实验中 的吸热能力更强。
【答案】 100 加热时间 水
【详解】(1)[1]根据比较不同物质吸热能力的方法,要控制不同物质的质量相同,故表格中食用油的质量应为100g。
(2)[2]根据转换法,使用相同的热源加热物体,单位时间内物体吸收的热量是相等的,在实验中,用加热时间来表示物质吸收热量的多少。
(3)[3]分析表格中的实验数据可知,相同质量,加热相同时间,吸收相同的热量,水升温慢,在此实验中水的吸热能力更强。
15.某小组同学通过实验探究物质吸收热量的多少与哪些因素有关,他们用相同的酒精灯对一定质量的水进行加热,并测出水升高的温度和相应的加热时间,实验结果如表一所示。然后他们改变水的质量继续进行探究,水升高的温度和相应的加热时间结果如表二、表三所示。(设水在相等时间内吸收的热量相等)
表一100克水
实验序号
升高温度(℃)
加热时间(分钟)
1
5
1
2
10
2
3
15
3
表二200克水
实验序号
升高温度(℃)
加热时间(分钟)
4
2.5
1
5
5
2
6
7.5
3
表三500克水
实验序号
升高温度(℃)
加热时间(分钟)
7
5
5
8
10
10
9
15
15
(1)分析比较实验序号1、2、3或4、5、6或7、8、9中的相关实验数据,可得出的初步结论是:质量相等的同种物质, 成正比;
(2)分析比较实验序号 中相关实验数据,可以得出的初步结论是:质量不等的同种物质,升高相同的温度,质量越大,吸收的热量越多;
(3)进一步综合分析比较表一、表二、表三中的相关数据,并归纳得出结论。
(a)分析比较实验序号1、4或2、5或3、6中的相关实验数据,可得:同种物质,当 ,吸收的热量相等;
(b)分析比较表一、表二和表三中的相关数据可得: ;
(4)为了使得实验的结论更完整,该同学还应该用 继续进行实验探究(选填“同种液体”或“其它液体”)。
【答案】(1)吸收的热量与升高的温度
(2)1、5、7
(3) 质量与升高温度的乘积相等时 物体吸收热量的多少与质量、温度的变化量有关
(4)其它液体
【详解】(1)分析比较实验序号1、2、3或4、5、6或7、8、9中的相关实验数据可知,升高的温度扩大几倍,加热时间扩大几倍,据此可得:质量相等的同种物质,吸收的热量与升高的温度成正比。
(2)分析比较实验序号1、5、7,中的相关实验数据可知,质量不同的水,加热时间越长,升高的温度越高,即质量不等的同种物质,升高相同的温度,质量越大,吸收的热量越多。
(3)[1]进一步综合分析比较实验序号1、4或2、5或3、6中的相关实验数据可知,加热时间相同,质量与升高温度的乘积相等,因此可得出的结论为:同种物质,当质量与升高温度的乘积相等时,吸收的热量相等。
[2]由以上分析可知,物体吸收热量的多少与质量、温度的变化量有关。
(4)为了结论更具有普遍性,还需要探究吸收热量的多少与物质种类的关系,因此还需要其它液体继续进行实验探究。
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第01讲 热量 比热容
内容导航——预习三步曲
第一步:学
析教材 学知识:教材精讲精析、全方位预习
练习题 讲典例:教材习题学解题、快速掌握解题方法
练考点 强知识:十大核心题型精准练
第二步:记
串知识 识框架:思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握
第三步:测
过关测 稳提升:小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升
知识点1 热传递 热量
1、热传递
能量从温度高的太阳辐射到温度低的沙子, 又从沙子传导到温度更低的脚底,这是一种热传递现象。
要点:①“的物体(或部分)”是指温度不同的两个物体,或温度不同的两个部分(同一物体);
②热传递的三种方式:辐射、传导、*对流;
③热传递的条件:温度差;
④热传递传递的是:能量(而不是温度)。
⑤同学们再可以举一些通俗的例子分别理解热传递的三种方式。
2、热量
在物理学中,把物体在热传递过程中吸收或放出能量的多少称为热量。热量通常用Q表示。在国际单位制中,热量的单位与能量的单位相同,都是焦耳,简称焦,符号是J。
拓展:温度、热量、能量的概念的联系与区别(在热传递中)
①热量不能说含有(是一个过程量)、温度不能说传递;
②对于热传递传递的是:能量或热量(都行);物体在热传递过程中谈到吸收或放出字眼,后面一般接热量。
3、自主活动:比较比较不同物质的导热性
如图10-1-2所示,木棒和铜棒安装在金属支架上,在这两根棒的末端分别用凡士林等距离地粘上一根牙签。用酒精灯加热金属支架A端,观察哪根牙签先落下。
通过上述实验发现,粘在铜棒上的牙签落下时,木棒上的牙签还牢牢地粘在上面。这说明铜棒的导热性比木棒的导热性强。
大量实验表明,不同物质的导热性一般不同。铜、铁、铝等(金属)物质容易导热,制成拖鞋的塑料、橡胶、木材等物质则不容易导热。
举例:如图10-1-3所示,水壶的把手用塑料制成, 可以防止提起水壶时手被烫伤。壶身则用容易导热的金属制成,可以将炉火的热量更快地传递给壶中的水。
知识点2 物质的吸放热与哪些因素有关
1、引入
①烧水时,加热时间越长,水吸收的热量就越多,水温就越高。即质量相同时,温度升高得越多,水吸收的热量就越多。烧开一壶水比烧开半壶水所需时间长,说明升高相同的温度,水的质量越大,吸收的热量越多。
②相同的日照时间,海水升温少,砂石升温多,这是什么原因呢?
2、自主活动:如图10-1-4所示,利用红外加热器、温度传感器、电子天平、搅拌器、烧杯等器材,测量质量相同的水和干燥砂石吸收热量后温度变化的相关数据。加热器在相同时间放出的热量相等。
设计表格并将水和干燥砂石在加热过程中的温度与加热时间记录在表中,或者描绘两种物质的温度随加热时间变化的图像。
根据数据或图像所反映的情况讨论水和干燥砂石吸热性质的差异。
实验数据(表格):
加热时间
0
1
2
3
4
温度
沙子
20
22
24
26
28
水
20
21
22
23
24
实验数据(图像):学生自主画出图像
在上述实验中,要使相同质量的水和砂石升高相同的温度,水需要加热的时间长,说明水吸收的热量更多。同样,质量相同的水和砂石降低相同的温度,水放出的热量也比砂石多。
大量实验表明,物质吸收或放出的热量与物质的质量、升高或降低的温度,以及物质的种类有关。
知识点3 如何描述不同物质吸放热的性质?
1、比热容:为了描述不同物质吸放热的性质,物理学中引入了比热容这一物理量。
一定质量的某种物质,温度升高(或降低) 时吸收(或放出)的热量与它的质量和升高(或 降低)的温度乘积之比,叫做这种物质的比热容。比热容用c表示,单位是焦/(千克 · 摄氏度),符号是J/(kg·℃) 。与密度一样,比热容是反映物质自身性质的物理量。
如果用m表示物质的质量,△t表示物质升高或降低的温度,Q表示物质吸收或放出的热量,物质的比热容c可表示为
2、表10-1-1给出了常温下一些常见物质的比热容。
3、 水的比热容较大
①想一想:同一天上海的日温差比新疆库尔勒小(图10-1-5),你能用比热容的知识解释这一现象吗?
水的比热容相对较大,水的这一热学特性有许多实际应用。夏季,城市街道通过洒水降温,除了蒸发吸热外,水在温度上升时,可以更多地吸收地表的热量。地球表面大部分面积被海水所覆盖。白天,来自太阳的热量大多被海水吸收;
夜晚,海水放出大量的热量。因此,整个地表附 近温度变化不大,适合生命生存。
此外,汽车发动机及发电机线圈中的冷却剂通常都采用水或水溶液(图10-1-6),可以更多地吸收发动机、发电机工作过程中放出的热量。 我国自主研发的舱外航天服有六层,其中的液冷服和通风服用来帮助航天员出舱活动中散发过剩的体热。通过水在液冷服内部管道中的循环流动,航天员的体温得以及时、有效的调节,对航天员起到保护作用(图10-1-7)。
教材习题01
某袋装牛奶的标签上标明牛奶质量为200g, 整袋牛奶从10℃ 加热至50℃,需吸收多少热量?[牛奶的比热容为2.5×10³J/(kg℃)]
教材习题02
某同学在实验室利用加热器完成了冰的熔化实验,并描绘出冰的温度随加热时间变化的关系图像(图10-1-9)。实验时,冰的质量为0.5kg, 若相同时间内水和冰吸收的热量相同,且冰熔化成水的过程中质量保持不变。已知水的比热容为4.2×10³J/(kg℃) 。 求 :
(1)水在CD 段吸收的热量。
(2)冰的比热容。
题型一 热量、热传递的有关概念辨析、填空
1.在国际单位制中,热量的单位是( )
A.牛(N) B.瓦特(W) C.焦耳(J) D.千克(kg)
2.在国际单位制中,下列物理量中单位不是焦耳的是( )
A.功率 B.功 C.能量 D.热量
3.下列说法中,正确的是( )
A.物体温度高时比温度低时含的热量多
B.温度从温度高的物体向温度低的物体传递
C.热量从温度高的物体向温度低的物体传递
D.热量从热量多的物体向热量少的物体传递
4.放在一起的两个物体之间发生热传递是因为它们的 不同,到了 的时候,热传递就停止了。
5.物体在热传递过程中, 放出热量, 吸收热量,热量的符号可用 表示,它的国际单位与 的单位相同,均为 ,简称 .
6.能量从温度高的太阳 到温度低的沙子, 又从沙子 到温度更低的脚底。(两空均选填“辐射”或“传导”)
7.两个物体放在一起,相互接触,但它们之间没有发生能量转移,则它们具有相同的( )
A.热量 B.温度 C.内能 D.质量
8.关于热传递,下列说法中正确的是( )
A.热量总是从热量多的物体传给热量少的物体
B.物体间不接触就不能进行热传递
C.通过一定方式可使热从高温物体传给低温物体
D.热传递就是温度的传递
题型二 比热容的有关概念辨析
9.下列物理量中,能用来区分物质种类的是( )
A.质量 B.热量 C.温度 D.比热容
10.关于物质的比热容,下列说法中正确的是( )
A.比热容与物质吸热多少有关
B.同种物质质量越大比热容就越大
C.水适合做冷却剂是因为比热容大
D.物质的状态发生变化时比热容不变
11.下列事实中,最能说明单位质量的物质温度升高时吸收的热量跟物质的种类有关的是( ).
A.体积相同的两杯水温度都升高,它们吸收的热量相同
B.质量相同的两块铜温度分别升高和,它们吸收的热量不相同
C.体积相同的水和煤油温度都升高,它们吸收的热量不相同
D.质量相同的水和铜温度都升高,它们吸收的热量不相同
题型三 比热容的物理意义、基础计算等
12.水的比热容是4.2×103焦/(千克•℃),它表示的物理含义是 。人们常说“水是生命之源”,一杯水当喝掉半杯后,剩下水的比热容 (选填“变大”、“变小”、“不变”),汽车发动机用水作冷却剂,是因为水的 ,现有质量和初温相等的水和煤油,放出相等热量, 的末温较高。
13.水的比热容为4.2×103焦/(千克·℃),是常见物质中较大的。质量为2千克,温度为10℃的水,加热后温度升高到60℃,水吸收的热量是( )
A.8.4×104焦 B.3.36×105焦
C.4.2×105焦 D.5.04×105焦
14.甲杯里装有200g、25℃的水,把它加热到60℃,吸收的热量是 J,乙杯中装有100g、20℃的水,使其温度升高40℃,需吸收的热量是 J,如把加热后的两杯水混合在一起,那么它们之间 热传递。这是因为 。
15.甲、乙两物体的比热容之比为2:3,吸收热量之比为3:1,它们升高的温度相同,则甲、乙两物体的质量之比为( )
A.9:2 B.2:9 C.1:2 D.2:1
16.铝的比热容为焦/(千克·℃),其单位读作 。若质量相同的水和铝块吸收相同的热量后,水升高的温度 铝升高的温度;若质量相同的水和铝块降低相同的温度,水放出的热量 (以上两空均选填“大于”、“小于”或“等于”)铝放出的热量。
题型四 水的比热容较大及应用
17.丁香湖是沈阳最大的城中湖,它的水域面积达3.1平方公里,可以有效调节周围环境的气温,这主要是因为水的( )
A.流动性好 B.密度大 C.比热容大 D.沸点高
18.水的比热容为,若将2kg的水倒掉一半,则剩余水的比热容 ;水结冰后比热容 (两空均选填“变大”、“变小”或“不变”)。
19.生活中食物的能量常用“卡路里”。“卡路里”简称“卡”,1卡是这样规定的:在1个标准大气压下,质量为1g的水,温度每升高1℃所吸收的热量。那么1卡 J,水温升高后,水的比热容 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。烈日当空的海边,会发现沙子的温度比海水要高,这是因为沙子比水的比热容 。
题型五 图像、图表题
20.两个相同的容器中各盛有质量相等、初温相同的水和煤油,用功率相同的电加热器分别加热,其温度随时间的变化如图所示.由图象可以判断( )
A.甲是水,比热容较大 B.甲是煤油,比热容较大
C.乙是水,比热容较大 D.乙是煤油,比热容较大
21.查看下表可知:铜的比热容为 J/(kg·℃),其表示的意义是1kg铜温度每升高1℃,吸收的热量为 。质量相等的铜块和铁块升高相同的温度, 吸收的热量多。质量、温度相同的铁块和铝块吸收相同热量后,铁块的温度 (选填“大于”、“等于”或“小于”)铝块的温度。
比热容:J/(kg·℃)
铜
0.39×103
铁
0.45×103
铝
0.90×103
22.质量均为1kg的三种不同的物质,当温度都升高1℃时所吸收的热量如图所示。根据图中信息可得,不同物质的比热容 (选填“有可能”或“不可能”)相同; 物质的比热容最大;若都吸收相同的热量, 物质的温度变化更小;2kg的乙物质温度升高5℃所吸收的热量为 J。
题型六 比热容与热传递综合题
23.两块质量相同,初温相同的铜块和铁块放入同一盆热水中,经过一段时间( )
A.铜块温度高 B.铁块温度高
C.铜块吸收的热量多 D.以上说法都不对
24.把质量和温度均相同的铝球和铜球同时投入沸水中,足够长的时间后,两球的温度变化 (选填“相同”或“不相同”),其中吸收热量多的是 球。(已知c铝>c铜)
25.把质量和温度都相同的铁球、铝球和铜球同时投入沸腾的水,足够长的时间后,三球的温度变化 (选填:“相同”或“不相同”)。其中吸收热量最多的是 球,吸收热量最少的是 球。(已知c铝>c铁>c铜)
26.铅块质量是铜块的2倍,铜的比热容是铅的3倍。初温相同,吸收相同热量后,再相互接触,结果( )
A.铅块把热量传给铜块 B.铜块把热量传给铅块
C.不发生热传递 D.末温不知,不能肯定
27.质量相同的铜块和水(),铜块的初始温度比水高,经过一定的操作后,将铜块放入水中,水将热量传递给铜块,则该操作可能是将该铜块和水( )
A.降低相同的温度 B.升高相同的温度
C.吸收相同的热量 D.放出相同的热量
题型七 给出条件,比较等量或不等量关系
28.甲、乙两个物体吸收相同热量后,甲升高的温度比乙多,以下判断中正确的是( )
A.若m甲=m乙,则c甲<c乙 B.若m甲=m乙,则c甲>c乙
C.若m甲>m乙,则c甲=c乙 D.若m甲>m乙,则c甲>c乙
29.初温相等的甲、乙两物体,在放出相同的热量后,甲的温度高于乙的温度。那么,这两个物体的质量和比热容的关系不可能是( )
A.m甲<m乙,c甲<c乙 B.m甲<m乙,c甲>c乙
C.m甲>m乙,c甲>c乙 D.m甲> m乙,c甲< c乙
题型八 热平衡的有关计算
30.将200g、80℃的热水和400g、20℃的水混合后,不计热量损失,达到热平衡时,混合的水的温度为 ℃。
31.如图所示是冷水与热水混合时,温度随时间变化的图像,假设热水放出的热量全部被冷水吸收,由图中信息可知冷水与热水的质量之比是 。
32.A、B两物体质量相等、温度均为20℃,甲、乙两杯水质量相等,温度均为60℃,现将放A入甲杯、B放入乙杯,热平衡后甲杯水温降低了5℃,乙杯水温降低了10℃,不考虑热量的损失,则A、B两物体的比热容之比为( )
A.1︰2 B.3︰7 C.2︰3 D.4︰7
33.质量和温度都相等的甲、乙两金属球,先把甲球投入水中,热传递结束后水温升高了15℃,取出甲后,又把乙投入这杯水中,热传递结束后水温又升高了15℃,则甲球放出的热量 乙球放出的热量(选填“大于”、“等于”或“小于”),因此可断定 球的比热容较大.(不计热损失)
题型九 计算题
34.在某铝壶中装了4千克水,把这壶水从20℃加热到70℃,求:水吸收的热量Q吸。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
35.一壶质量为2千克,温度为20℃的水,加热到70℃(已知c水=4.2×103焦/(千克·℃)。求:
(1)水升高的温度Δt;
(2)水吸收的热量Q;
(3)接着再继续加热,若水又吸收了1.68×105焦的热量,求水的末温t末。
36.质量500g、温度100℃的某金属块,当温度降低到20℃时,放出1.84×104J的热量,该金属块的比热容是多少?可能是哪种金属?
物质
比热容C/J/(kg•℃)
铝
0.88×103
铁、钢
0.46×103
铜
0.39×103
铅
0.13×103
37.经验表明,自制家用太阳能热水器的效率在夏天可达50%;从太阳能手册中查到,在地球表面,晴天时垂直于阳光的表面接收到的热辐射为 1.26×103J/(m2•s)。如果晒水箱内的水大约有40kg,晒水箱接收阳光垂直照射的面积始终是1.5m2,请计算,
(1)要使水温上升30℃需要多少热量?
(2)至少得吸收太阳辐射多长时间?
38.如图所示,A、B是两个底部装有完全相同的加热器的容器,加热器产生的热量90%可以被容器中的液体吸收,已知加热器每秒钟放出热量为1000J。现将甲、乙(蓖麻油)两种液体分别倒入A、B杯中,其中甲液体的质量为200g,加热过程中甲、乙两种液体温度随加热时间的变化曲线如图所示。分析回答下列问题:
(1)加热60s时,乙吸收的热量;
(2)甲液体的比热容:
(3)蓖麻油的质量。[c蓖麻油=1.8×103J/(kg℃)]
题型十 实验题
39.为了研究物体吸收热量跟物质种类的关系,如图用两只完全相同的烧杯 A 和 B 分别装入液体, 两个杯子中分别插入相同的温度计,用同一酒精灯在均匀铝薄板下加热。
(1)A、B 两杯中液体除初温相同外,加热前还应满足下列条件: 相同、 相同;
(2)实验时酒精灯要放在两杯中间,其目的是为了 ,这样可以通过计时器记录加热时间来判断吸热多少。
(3)若A 和B 液体升高相同的温度所需加热的时间不同,则说明: 。
40.为了探究物质温度升高的幅度与哪些因素有关,某实验小组同学用相同的酒精灯分 别加热质量和初温都相同的液体(设加热时液体每分钟吸收的热量相等),实验过程及观察 到的现象如图所示。请根据实验现象及相关条件归纳得出初步结论。
①分析比较图中(a)与(b)与(c)可得出的初步结论是:质量相等的 物质, 吸收热量越多,温度升高的幅度 ;
②分析比较图中(c)与(d)可得出的初步结论是:质量相等的 物质,要使它 们温度升高幅度相同,吸收的热量 。
41.在探究“比较不同物质吸热能力”的实验中,用铁夹将温度传感器及分别盛有水和色拉油的两个试管固定在铁架台上,温度传感器的探头部分与试管内的水和色拉油良好接触,两只温度传感器通过数据采集线与计算机相连接,如下图所示。(已知c水=4.2×103J/kg•℃)
物质
质量/g
初始温度/oC
加热时间/min
末温/oC
水
200
20
6
45
色拉油
200
20
6
75
(1)红外加热器是利用红外线具有 效应来工作的;
(2)试管中加入的水和色拉油除初温相同外,还应保证 相同;(选填“体积”或“质量”)
(3)由表可知,加热6min色拉油吸收的热量为 J;
(4)色拉油的比热容是 J/(kg·℃)。(用科学记数法表示并精确到小数点后一位)
42.如图所示,在探究不同物质吸热升温的现象实验中。
加热时间/min
0
1
2
3
4
5
温度/℃
17
19
21
23
25
27
(1)实验要用同样多的沙子和水进行比较,同样多是指沙子和水的 相同。
(2)实验用相同的热源和加热方法,可以认为单位时间内物体吸收的热量 。
(3)测量水的温度和加热时间,所得数据如表格所示。分析数据可以发现的规律是: 。
(4)比较沙子和水升温的数据,甲组同学发现:同样多的沙子和水升高相同温度,沙子的加热时间短;乙组同学发现:同样多的沙子和水加热相同时间,沙子温度上升得多。两组发现中,能验证实验猜想的是( )。
A.只有甲组 B.只有乙组 C.两组都可以 D.两组都不可以
43.小明用如图所示的实验装置来探究“不同物质吸热升温的现象”。
(1)实验中需要控制一些条件相同,以下选项中不需要的是 ___________。
A.酒精灯火焰的大小相同
B.酒精灯里酒精的质量相同
C.水和沙子的质量相同
D.烧杯的规格相同
(2)实验数据记录如表所示,根据数据分析。
加热时间/min
0
1
2
3
4
温度/℃
沙子
20
29
38
47
56
水
20
22
24
26
28
①加热相同的时间,沙子的温度上升得多,两者吸收的热量Q沙 Q水(</=/>);
②升高相同的温度,发现沙子用时短,说明 的吸热本领强。
(3)小明还发现刚开始加热时,沙子升温速度比水小,可能的原因是: 。
(4)夏天夜晚,小明赤脚走在海边的沙滩上与走进海水里相比,感觉 比较凉。
知识导图记忆
知识目标复核
1.热传递,热量,比较不同物质的导热性;
2.探究物质的吸放热与哪些因素有关;
3.比热容及其应用。
一、单选题
1.比热容的单位正确的写法是( )
A.千焦/(克·℃) B.焦/(克·℃)
C.焦/克 D.焦/(千克·℃)
2.量热器小筒一般用金属制成,主要原因是因为( )
A.金属比较牢固 B.金属比热容小,导热性好
C.金属价格较低 D.金属容易加工
3.由吸热公式,那么物质的比热容跟( )
A.吸收的热量Q成正比 B.质量成反比
C.温度变化Δt成反比 D.吸收热量Q、质量m及温度变化Δt均无关
4.有甲、乙两块同种材料制成的质量不同的金属块,已知它们吸收相同的热量后,温度的变化量之比为,可知它们的质量之比为( )
A. B. C. D.
5.铜的比热容小于铁的比热容,现有质量和温度都相等的铜块和铁块吸收相同的热量后,再将它们相互接触,以下说法正确的是( )
A.不发生热传递 B.热量从铜块传给铁块
C.热量从铁块传给铜块 D.无法判断
6.如图所示用相同的酒精灯分别对a、b两液体加热图甲,若两液体在相同的时间内吸收的热量相等且不计液体热量散失,根据测得数据分别描绘出两液体的温度随时间变化的图像图乙。分别用、、、表示a、b两液体的质量和比热容,下列推断正确的是( )
A.若,则 B.若,则
C.若,则 D.若,则
二、填空题
7.热量是指在 过程中,物体吸收或者放出能量的多少,单位是 ,物体吸收的热量与物质种类、质量和 有关。
8.铁的比热容是0.45×103焦/(千克⋅℃),单位读作 。相同质量的水和铁块,温度都升高1℃, 吸收的热量多;如果它们吸收相同的热量, 升高温度多。
9.人们常说“水是生命之源”, 水的比热容是 ,它表示 。一杯水当喝掉半杯后,剩下水的比热容 (选填“变大”、“变小”、“不变”),汽车发动机用水作冷却剂,是因为水的比热容在常见的物质中比较 。
10.把质量和温度均相同的铝球和铜球同时投入沸水中,足够长的时间后,两球的温度变化 (选填“相同”或“不相同”),其中吸收热量多的是 球。(已知c铝>c铜)
11.小华同学在复习时对所学的部分物理量进行了分类归纳.
物理量:速度v=、比热容c=、功率P=、重力G=mg、机械功W=Fs
小华的分类:重力G、速度v、功率P归为一类
(1)请你判断:小华的分类 (选填“合理”或“不合理");
(2)以上物理量中,反映物质特性的物理量是 ;
(3)可以归为一类的物理量是 ,归类的理由是 .
三、计算题
12.质量为1千克的水,温度从10℃升高到30℃。
求:(1)水升高的温度Δt;
(2)水吸收的热量Q吸。[c水=4.2×103焦/(千克•℃)]。
13.如图所示是小华同学探究“水的沸腾”实验的实验图像。已知实验时,水的质量为100g。求:
(1)从实验第10分钟到第20分钟,水吸收的热量为多少?
(2)如果这些水从第10分钟开始吸收了8.4×103J的热量,则水的温度变为多少?
(3)小明也做了这个实验,他用的水的初温是78℃,等水沸腾时温度为98℃,而水的吸收的热量是4.2×104J,则小明实验中所用水的质量是多少?
四、实验题
14.为了比较水和食用油的吸热能力,小明用两个完全相同的装置做了如图所示的实验。
物质
质量/g
初始
温度/℃
加热
时间/min
最后
温度/℃
水
100
20
6
35
食用油
___________
20
6
48
(1)根据实验要求表格中食用油的质量应为 g。
(2)在实验中,用 来表示物质吸收热量的多少。
(3)分析表格中的实验数据可知,在此实验中 的吸热能力更强。
15.某小组同学通过实验探究物质吸收热量的多少与哪些因素有关,他们用相同的酒精灯对一定质量的水进行加热,并测出水升高的温度和相应的加热时间,实验结果如表一所示。然后他们改变水的质量继续进行探究,水升高的温度和相应的加热时间结果如表二、表三所示。(设水在相等时间内吸收的热量相等)
表一100克水
实验序号
升高温度(℃)
加热时间(分钟)
1
5
1
2
10
2
3
15
3
表二200克水
实验序号
升高温度(℃)
加热时间(分钟)
4
2.5
1
5
5
2
6
7.5
3
表三500克水
实验序号
升高温度(℃)
加热时间(分钟)
7
5
5
8
10
10
9
15
15
(1)分析比较实验序号1、2、3或4、5、6或7、8、9中的相关实验数据,可得出的初步结论是:质量相等的同种物质, 成正比;
(2)分析比较实验序号 中相关实验数据,可以得出的初步结论是:质量不等的同种物质,升高相同的温度,质量越大,吸收的热量越多;
(3)进一步综合分析比较表一、表二、表三中的相关数据,并归纳得出结论。
(a)分析比较实验序号1、4或2、5或3、6中的相关实验数据,可得:同种物质,当 ,吸收的热量相等;
(b)分析比较表一、表二和表三中的相关数据可得: ;
(4)为了使得实验的结论更完整,该同学还应该用 继续进行实验探究(选填“同种液体”或“其它液体”)。
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