第1节 热量 比热容（举一反三讲义）物理人教版2024九年级全一册

第1节 热量 比热容 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：热量 2 知识点2：比热容 7 知识点3：热量的计算 10 【方法技巧】 12 方法技巧1 比值法进行热量的相关计算 12 方法技巧2 利用图像比较比热容大小的方法 12 【巩固训练】 13 【学习目标】 1．知道热量的概念和单位，知道物质吸收热量的多少与它的质量、升高的温度和物质的种类有关。 2．通过实验探究，认识到不同物质的吸热能力一般不同，并体会控制变量法和转换法在实验中的作用。 3．了解比热容的概念，知道比热容是物质的一种特性。 4．能运用比热容解释简单的自然现象。 5．能运用物体吸热、放热的公式进行简单的计算。 重点： 1．探究物质的吸热能力实验。 2．正确理解比热容，比热容是反映物质自身性质的物理量，与物质的种类和状态有关。 3．热量的相关计算。 难点： 1．利用图像分析计算物质的比热容。 2．热平衡方程。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：热量 1．定义 在热传递过程中，传递的热的多少叫做热量，热量用符号Q表示。 2．单位 热量的国际单位是焦耳，简称焦，符号是J。1g水温度升高1℃时吸收的热量约为4.2 J。 对热量的理解 （1）热量是一个“过程量”，它存在于热传递的过程中，只有发生了热传递，有了能量的转移，才能讨论热量问题，离开热传递谈热量是没有意义的。 （2）发生热传递时，热量总是由高温物体（或物体的高温部分）传向低温物体（或物体的低温部分）。 （3）热量不能用“具有”或“含有”来描述，只能用“吸收”或“放出”来表述。 3．影响物质吸收热量多少的因素 （1）物质的质量和升高的温度 同种物质，质量越大、温度升得越高，它吸收的热量就越多。例如烧开一壶水比烧开半壶水需要的热量多；把一壶水烧开比把它烧成温水需要的热量多。 （2）物质的种类 不同的物质，在质量相等、升高的温度相同时，吸收的热量一般不同，即不同物质的吸热本领存在差异。 4．实验：比较不同物质吸收热量的情况 【实验方法】 （1）转换法：吸收热量的多少无法直接观察，但相同的电加热器每秒放出的热量是一定的，通电时间越长，放出的热量越多。不考虑热损失，放出的热量全部被水或食用油吸收，因此物质吸收热量的多少就转换为加热时间的长短。 （2）控制变量法。 【实验方案】 （1）方案一：选取质量相等的不同物质，让它们吸收相同的热量（加热相同时间），比较它们升高的温度，温度升高少的物质吸热本领强。 （2）方案二：选取质量相等的不同物质，使它们升高相同的温度，比较它们吸收热量的多少（加热时间），吸收热量多的物质吸热本领强。 【实验器材及装置】 相同规格的电加热器、相同规格的烧杯、温度计各2个、天平、秒表、水和食用油。 【实验步骤】 （1）实验装置如图甲、乙所示，在两个相同的烧杯中分别装入100g水和100g食用油； （2）用温度计分别测出它们的初温，再用相同的电加热器加热，保证相同时间放热相等； （3）方案一：对水和食用油加热相同的时间，观察并读出温度计的示数。 方案二：使水和食用油升高相同的温度，观察并记录加热所用的时间。 【实验数据】 方案一： 物质 质量m/g 初温t0/℃ 末温t/℃ 温度变化∆t/℃ 加热时间t时/min 水 100 25 55 30 3 食用油 100 25 88 63 3 方案二： 物质 质量m/g 初温t0/℃ 末温t/℃ 温度变化∆t/℃ 加热时间t时/min 水 100 25 45 30 8 食用油 100 25 45 30 4 【实验结论】 质量相等的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同；质量相等的不同物质，吸收相同的热量，升高的温度也不同，实验说明不同种类的物质吸热本领不同。 实验注意事项 （1）水和食用油是等质量的而不是等体积的。 （2）温度计的玻璃泡要全部浸入液体中，且玻璃泡不能碰到烧杯底、烧杯壁和电加热器。 （3）注意控制加热时间，不要让水和食用油过热或沸腾。 （4）为了使探究结论具有普遍性，可以选用不同的液体多次实验，以减小实验的偶然性。 （5）用电加热器加热比用酒精灯加热更能准确地控制相同时间内放出相同的热量。 【典例1】利用如图甲所示的实验装置比较不同物质吸热的情况，实验中使用相同规格的电加热器分别对水和食用油加热，得到温度随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（   ） A．两个烧杯中加入的水和食用油体积相等 B．2min，a吸收的热量和b吸收的热量一样多 C．a和b的吸热能力都随着温度的升高不断变大 D．吸热能力较强的是a，因为相同时间a温度升高更多 【答案】B 【解析】A．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，故应在两个相同的烧杯中加入质量（水和食用油密度不同，根据m=ρV，体积相同的水和食用油质量不同）和初温均相同的水和食用油，故A错误； B．实验中，使用相同的加热器通过加热时间的长短来比较吸热多少，这种方法叫转换法，，所以，2min时a吸收的热量与b一样多，故B正确； C． a和b的吸热能力即比热容是物质的特性，它不会随着温度的升高而增大，故C错误； D．由图乙知道， a、b的加热2min时间，b温度变化小，由于使相同质量的不同物质吸收相同的热量，比较温度的变化，温度变化小的吸热能力强，故b的吸热能力强，故D错误。 故选B。 【变式1】为了比较甲、乙两种不同液体的比热容的大小，小兴用相同的热源同时给质量相等的甲、乙两种液体加热，得到了一段时间内两种液体的温度和加热时间相对应的实验数据，并绘制出了液体温度T随加热时间t变化的图像，如图所示。根据以上信息，回答下列问题： （1）加热时间相同时，两种液体吸收的热量 （选填“相等”或“不相等”）； （2）甲、乙两种液体相比，比热容较大的是 液体。 【答案】（1）相等 （2）甲 【解析】（1）实验中采用相同的热源，在相等时间内两种液体吸收的热量相等，其目的是用加热时间的长短反映液体吸收热量的多少。 （2）根据图像可知，加热相同时间时，吸收的热量是相同的，甲温度的变化量小于乙温度的变化量，根据可知，甲的比热容大于乙的比热容。 【变式2】为了比较水和煤油的吸热能力，小明用如图甲所示的实验装置进行探究。 （1）在组装器材时应先调整 （选填“铁圈A”或“铁棒B”）的高度； （2）在两个相同的烧杯中应加入初温相同、 相同的水和煤油，选用完全相同的加热装置加热，目的是使水和煤油在相同时间内 ； （3）水和煤油温度随时间变化的图象如图乙所示，图象a表示煤油，若从这两种液体中选取一种液体作为暖手袋的工作物质，则应选 （选填“水”或“煤油”）比较合适。 【答案】（1）铁圈A （2）质量 吸收相同的热量 （3）水 【解析】（1）因要用酒精灯的外焰加热，在组装器材时应按照自下而上的顺序，因此先调整铁圈A的高度，此时酒精灯应点燃。 （2）[1][2]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，故在两个相同的烧杯中应加入初温相同、质量相同的水和煤油；用同样的酒精灯加热，酒精灯在相同时间内放出的热量相同，由转换法可知，使水和煤油在相同时间内吸收相同热量。 （3）由图乙可知，相同质量的a和b升高相同的温度，b加热的时间长，b吸收热量更多，b的吸热能力更强，a表示煤油，b表示水，因质量相等的水和煤油，水的比热容大，在降低相同的温度时，水放热多，供热效果好，故从这两种液体中选一种液体装入暖手袋中作为供热物质，则应选择水。 【变式3】探究“比较不同物质的吸热能力”时，同学们用酒精灯同时开始均匀加热质量和初温都相等的沙子和水，装置如图。下列说法正确的是（　　） A．在本实验中，物体吸热多少是由物质的种类决定的 B．实验中，加热相同的时间，末温低的物质吸热能力强 C．实验中，沙子吸热升温较快，说明沙子吸热能力较强 D．实验中，将沙子和水加热到相同温度时，它们吸收的热量相同 【答案】B 【解析】A．该实验用同一个酒精灯加热物体，则相同时间两物体吸收的热量相同，故物体吸热多少是由加热时间决定的，故A错误； B．因沙子和水的质量和初温都相等，加热相同的时间，末温低的物质升高的温度较少，说明升高相同的温度该物质吸热较多，故该物质吸热能力强，故B正确； C．沙子吸热升温较快，说明升高相同的温度，沙子吸收的热量较少，说明沙子的吸热能力较弱，故C错误； D．将沙子和水加热到相同温度时，因为两物质吸热能力不同，它们吸收的热量不同，故D错误。 故选B。 知识点2：比热容 1．引入比热容的意义 大量实验表明：不同物质，在质量相等、升高的温度相同时，吸收的热量一般不同。为了表示不同物质这种性质上的差别，引入了比热容这个物理量。 2．定义 一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比，叫做这种物质的比热容。比热容用符号c表示。单位焦每千克摄氏度，符号J/（kg·℃）。 3．物理意义 比热容反映了不同物质吸、放热的本领，是物质的特性之一。单位质量的某种物质，温度升高1℃所吸收的热量，与它温度降低1℃所放出的热量相等，数值上也等于它的比热容。 比热容是由物质本身属性所决定的，与物质的种类、状态有关，与物体的量、温度、吸收热量或放出热量的多少无关。 4．一些物质的比热容 通过表格数据能看出： （1）不向物质的比热容一般不同。 （2）常见的物质中，水的比热容最大，是4.2J/（kg·℃）。 （3）物质的比热容与物态有关，如水和冰的比热容不同。 （4）有个别的不同种物质其比热容相同，例如：冰和煤油。 5．水的比热容较大的应用 （1）水的温度难改变（调节温度）：沿海地区昼夜温差小，内陆地区昼夜温差大；增大人工水面来缓解热岛效应；海陆风的形成原因。 （2）水的吸、放热本领强（冷却或取暖）：常用水作为散热剂或冷却剂，如汽车发动机用水作冷却剂、冬天用水作暖气设备的供热介质等。 【典例2】依据表格中的数据，下列说法正确的是（　　） 物质 比热容c/J·（kg·℃）-1 水 4.2×103 煤油 2.1×103 砂石 约0.92×103 A．一桶煤油用掉一半，桶内剩余煤油的比热容变小 B．水和砂石吸收相等的热量，水的温度升高得较多 C．水的比热容表示水的温度降低1°C放出的热量是4.2×103J D．质量相等的水和煤油，升高相同温度，煤油吸收热量少 【答案】D 【解析】A． 比热容是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，一桶煤油用掉一半， 桶内剩余煤油的质量变小但比热容不变，故A错误； B． 根据可知，质量相等的水和砂石吸收相同的热量，水的比热容大于砂石的比热容，水的温度升高得较少，由于不知道质量的大小，无法确定温度的变化关系，故B错误； C． 水的比热容是，它表示质量为1kg的水的温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量是，该选项的叙述漏掉了“质量为1kg的”故C错误； D． 由表格数据可知，水的比热容大于煤油的比热容，水和煤油质量相等、升高相同温度，根据可知，煤油吸收热量少，故D正确。 故选D。 【变式1】下表是一些物质的比热容，根据表中数据，下列判断正确的是（   ） 水 铝 煤油、冰 干泥土 砂石 铜 A．物质的比热容与物质的状态无关 B．比热容相同的一定是同种物质 C．质量相等的铝块和铜块吸收相同的热量，铜块温度变化较大 D．水的比热容是水的比热容的两倍 【答案】C 【解析】A．水和冰是同一种物质，状态不同，但比热容不同，说明比热容与物质的状态有关，故A错误； B．比热容相同的不一定是同种物质，如煤油、冰比热容相同，故B错误； C．质量相等的铝块和铜块吸收相同的热量，由于铜的比热容较小，由公式知，铜块温度变化较大，故C正确； D．比热容是物质本身的一种特性，同种物质状态一定时，比热容相同，与质量大小无关，100g的水和50g的水的比热容相同，故D错误。 故选C。 【变式2】正常人体中水分约占体重的60％~70％，水有助于调节体温，原因之一是其（　　） A．热值较大 B．比热容较大 C．密度较大 D．导热性较好 【答案】B 【解析】A．只有燃料才有热值，水不是燃料，没有热值，故A错误； B．水的比热容较大，则相同质量的水和其它物质，升高或降低相同温度时，水吸收或释放的热量多，能有效调节体温变化，故B正确； C．水的密度较大与调节体温无直接关联，故C错误； D．水的导热性较差，属于热的不良导体，故D错误。 故选B。 【变式3】已知水的比热容比砂石的比热容大，如图列出的是某日沿海城市和内地城市两地的气温变化情况。请根据两座城市的气温变化情况判别： （选填“甲”或“乙”）是沿海城市。 【答案】甲 【解析】因为水的比热容比砂石的比热容大，质量相同的沙子和水，吸收或放出相同的热量，根据，水温度变化较小。沿海城市水多，所以昼夜温差较小，内地城市水少，所以昼夜温差较大。图示中甲城市昼夜温差较小，乙城市昼夜温差较大，所以城市甲是沿海城市。 知识点3：热量的计算 以Q吸代表物体吸收的热量，Q放代表降温时放出的热量，c代表物质的比热容，m代表物体的质量，t0和t分别代表物体初、末状态的温度。 1．吸热公式：。 2．放热公式：。 进行热量计算时应注意的问题 （1）公式适用于物质状态不变时物体升温（或降温）过程中吸热（或放热）的计算。如果吸、放热过程中存在着物态变化则不能使用这个公式。 （2）一定要把温度变化量∆t与初温t0、末温t区別开。题目中对于它们的说法是有差别的，如“升高到”“降低到”均指的是末温t，而“升高了”“降低了”“升高”“降低”均指的是温度的变化量∆t。 （3）计算液体的末温时，要考虑液体的沸点，末温不能超过沸点。 3．热平衡方程 发生热传递时，若不计热量损失，则高温物体降温放出的热量都被低温物体吸收，最后两物体温度相同，达到热平衡，即放出的热量和吸收的热量相等，用公式表示为，利用该等式建立的方程称为热平衡方程。 【典例3】核反应堆的冷却系统采用水作为冷却剂。若某次运行中，500kg的水温度升高了20℃，则水吸收的热量为 J；与比热容为2.1×103J/（kg·℃）的另一种冷却剂相比，吸收相同的热量后，水升高的温度会更 （选填“高”或“低”）一些。[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）] 【答案】 低 【解析】[1]水吸收的热量为 [2]与比热容为2.1×103J/（kg·℃）的另一种冷却剂相比，水的比热容较大，根据，吸收相同的热量后，水升高的温度会更低一些。 【典例4】为了测定铅的比热容，把质量为200g的铅块加热到98℃，再投入到80g的12℃的水中，混合后水的温度为18℃.若不计热损失，则水吸收的热量是 J；铅的比热容是 J/（kg•℃). 【答案】2.016×103J 126J/(kg⋅℃) 【解析】水吸收的热量是： 不计热损失时，， 铅的比热容是： 故答案为 （1）.2.016×103J    （2）.126J/(kg⋅℃) 【变式1】“曲水流觞”是古代文人墨客的一种雅事。将酒盏漂浮在清冽的溪水上随溪流动，会降低酒的温度，酒盏里质量为100g的酒在漂流过程中，温度从30℃降低至25℃，会放出 J的热量。[] 【答案】 【解析】酒盏里的酒放出的热量 【变式2】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】 【解析】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 【变式3】晚饭后小明和奶奶在客厅看电视，奶奶口渴了，小明就拿出一盒牛奶准备烫热后给奶奶喝，他发现整箱牛奶的参数如图所示，已知，，。 （1）这盒牛奶的质量是多少kg？ （2）已知牛奶的初温是20℃，小明想用热水将其烫热，要达到40℃，则这个过程中牛奶吸收的热量是多少？ 【答案】（1）0.255kg （2）12750J 【解析】（1）由图可知，这盒牛奶的容积为250mL，则这盒牛奶的质量 （2）牛奶的初温是20℃，要达到40℃，则这个过程中牛奶吸收的热量 【方法技巧】 方法技巧1 比值法进行热量的相关计算 涉及到比值计算的题目时： 第一步，以比值的形式写出要求的比值：；第二步，用公式展开要求的比值；第三步，代入各物理量的数值，计算求解。 方法技巧2 利用图像比较比热容大小的方法 一般情况下横轴表示加热时间，纵轴表示温度。解答方法有两种： 1、相同时间比温度 控制吸收的热量相等，比较它们温度升高的多少。作一条垂直于时间轴的直线，相同时间内，甲的温度变化量大于乙的温度变化量，即，根据热量公式，可知。 2、相同温度比时间 控制升高的温度相同，比较它们吸收热量的多少。作一条垂直于温度轴的直线，让甲、乙升高相同的温度，对甲加热的时间小于对乙加热的时间，即，根据热量公式，可知。 【巩固训练】 1．甲、乙两个实心铜球吸热后，温度分别升高了、，已知甲球吸收的热量小于乙球吸收的热量，甲球的质量小于乙球的质量，则（　　） A．一定大于 B．一定等于 C．可能等于 D．一定小于 【答案】C 【解析】甲、乙均是实心铜球，比热容c相同，甲球吸收的热量小于乙球吸收的热量，甲球的质量小于乙球的质量，由可知，的数值关系不确定，所以与的大小关系不确定，可能大于、可能相等、可能小于，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 2．新疆吐鲁番的火焰山昼夜温差大，这主要是因为沙石的（　　） A．密度较大 B．熔点较高 C．比热容较小 D．导热性好 【答案】C 【解析】由于沙子的比热容较小，白天吸收热量后，沙子的温度升高的多，气温较高；夜晚放出热量后，沙子的温度下降的多；新疆吐鲁番的火焰山属于沙漠地带，基本上都是砂石，所以吐鲁番的火焰山昼夜温差大，故C符合题意，ABC不符合题意。 故选C。 3．利用如图甲所示的实验装置比较不同物质吸热的情况，使用相同规格的电加热器分别对水和食用油加热得到温度随时间变化的图像如图乙所示。已知，不计热量损失。下列说法正确的是（    ） ①应在两个相同的烧杯中加入体积和初温均相同的水和食用油 ②加热2min时，食用油和水吸收的热量一样多 ③若给汽车发动机降温，应选b物质作冷却剂 ④分析图乙可得a是食用油的升温图像，其比热容为 A．只有①③正确 B．只有②③正确 C．只有②③④正确 D．只有①②③正确 【答案】C 【解析】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，故应在两个相同的烧杯中加入质量（水和食用油密度不同，根据m=ρV，体积相同的水和食用油质量不同）和初温均相同的水和食用油，故①错误； ②根据转换法，2min时a吸收的热量与b一样多，故②正确； ③④根据转换法，使用相同的加热器通过加热时间的长短来比较吸热多少。根据图乙可知，升高20℃，a、b的加热时间分别为2min和3min（a、b吸热之比为2：3），升高相同的温度，b加热时间长，b的吸热能力强，b为水；使用物质b作为冷却剂，根据Q=cmΔt可知，在质量和升高的温度相同的情况下，吸热与比热容成正比，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），可得食用油的比热容为 故③④正确。故C正确，ABD错误。 故选C。 4．如图是探究“比较水和煤油吸收热量时温度升高快慢”的实验装置，下列实验条件中不是必须满足的是（　　） A．水和煤油的初温必须相同 B．酒精灯火焰大小必须相同 C．水和煤油质量必须相同 D．盛放水和煤油的容器必须相同 【答案】A 【解析】A．实验中加热相同时间，吸收相同热量，根据温度计升高的示数来反映吸热能力大小的，所以不需要控制水和煤油的初温相同；故A符合题意； B．相同的热源，酒精燃烧在相同的时间内放出热量相同，用加热时间反映液体吸收热量的多少，必须控制酒精灯的火焰相同；故B不符合题意； C．探究“比较水和煤油吸收热量时温度升高快慢”的实验中，采用的是控制变量法，实验中必须要控制水和煤油的质量相同；故C不符合题意； D．实验中应该采用相同的容器，这样容器的吸热情况相同；故D不符合题意。 故选A。 5．质量相等的甲、乙两种不同液体，装在相同的容器中，用相同的电加热器加热，其温度随时间变化的图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．1min内，甲吸收的热量小于乙吸收的热量 B．1min后乙温度不变，由此判断，乙物质不再吸热 C．甲、乙的比热容之比为3∶2 D．甲、乙的比热容之比为2∶1 【答案】D 【解析】A．用相同的电加热器加热，加热相同时间液体吸收的热量相同，所以1min内，甲吸收的热量等于乙吸收的热量，故A错误； B．若 1min 后乙温度不变，可能是乙达到沸点开始沸腾。沸腾过程中仍需持续吸热（温度不变但吸收热量用于汽化）。故B错误； CD．由图像可知，加热1min乙液体升高的温度为 加热3min甲液体升高的温度为 甲加热3min吸收的热量是乙加热1min吸收热量的3倍，甲、乙质量相等，则甲、乙的比热容之比 故C错误，D正确。 故选D。 6．“华龙一号”是我国具有完整自主知识产权的三代核电技术，被誉为“国之重器”。“华龙一号”核电装置用水做冷却剂给核反应堆的堆芯降温，其原因是水的 较大。 【答案】比热容 【解析】用水做冷却剂给核反应堆的堆芯降温，其原因是水的比热容较大，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。 7．某太阳能热水器装有100kg、20℃的水，经过一天的照射后，水温升高到70℃，则水吸收的热量为 J。[c水=4.2×103J/(kg·℃)] 【答案】2.1×107 【解析】水吸收的热量 8．如图所示，规格相同的甲、乙两容器中分别装有3kg和2kg的水，用不同的加热器加热，不计热损失，最后得到如图丙所示的水温与加热时间的关系图像。则甲加热2min和乙加热3min，甲、乙两容器中的水吸收的热量之比为 。已知：（）。 【答案】3∶2 【解析】由图丙可知，水的温度从20℃升高到40℃时，甲的加热时间为2min，则甲容器中的水吸收热量 由图丙可知，水的温度从20℃升高到40℃时，乙的加热时间为3min，则乙容器中的水吸收热量 甲、乙两容器中的水吸收的热量之比为 9．“城市尚余三伏热，秋光先到野人家”，夏末秋初，水田湖泊较多的郊区比市中心凉爽是因为水的 大，用酒精灯将2kg水加热，当水温升高，水吸收的热量是 J。[水的比热容为] 【答案】比热容 【解析】[1]水的比热容较大，相同质量的水和其他物质比较，在吸收或放出相同热量时，水的温度变化较小。 夏末秋初，市中心多为水泥、沥青等建筑材料，这些物质的比热容较小，在吸收相同的太阳辐射热时，温度升高得较快，所以市中心气温较高；而水田湖泊较多的郊区，水的比热容大，在吸收相同的太阳辐射热时，温度升高得较慢，所以郊区比市中心凉爽。 [2]水吸收的热量 10．为比较A、B两保温杯的保温性能，小红在两个保温杯中分别倒入0.1kg相同温度的热水，用温度计测量其初温，示数如图1所示。绘制水温随时间的变化图像如图2所示，A杯中水放出的热量为 J。保温性能更好的是 （选填“A”或“B”）杯。[水的比热容为 【答案】 A 【解析】[1]由图1可知，温度计的分度值为1℃，此时温度计的示数为，由图2可知，A杯中水的末温为t=30℃，则A杯中水放出的热量 [2]由图2可知，A、B两保温杯中的水放出相同的热量，A保温杯所用的时间比B保温杯所用的时间更长，所以A保温杯的保温性能更好。 11．“诚信”学习小组的同学们用如图甲所示装置比较不同物质的比热容。用铁夹将温度传感器及分别盛有水和食用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食用油良好接触，两只温度传感器通过数据采集线与计算机相连接。对盛有水和食用油的试管进行加热，测得数据的对应图像如图乙所示。 （1）实验前除让两个试管内的水和食用油初温相同外，还必须控制水和食用油的 相同； （2）若 ，通过图像计算食用油的比热容为 J/(kg·℃)； （3）质量为500g；初温为20℃的水吸收了1.89×105J的热量，水的温度升高了 ℃（气压为一标准大气压）。 【答案】（1）质量 （2）2.1×103 （3）80 【解析】（1）根据比较吸热能力的方法，要控制不同物质的质量相同，实验前除让两个试管内的水和食用油初温相同外，还必须控制水和食用油的质量相同。 （2）根据乙可知，加热3分钟（吸热相同），a、b升高的温度分别为Δta=30℃-10℃=20℃，Δtb=20℃-10℃=10℃ 根据比较吸热能力的方法，b的吸热能力强，比热容较大，b为水，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，则食用油的比热容 （3）根据Q吸=cmΔt可得，水升高的温度 因为标准大气压下水的沸点为100℃， 所以水的温度只能升高到100℃，实际升高的温度Δt‘=100℃-20℃=80℃ 12．小明在“比较不同物质吸热能力”的实验中： （1）物质吸收的热量通过 来比较； （2）实验得到食用油和水的温度随时间变化的图像（丙图），其中a是 ； （3）沿海地区有一种现象与物质吸热能力有关：在沿海地区，炎热、晴朗的天气里常常出现“海陆风”，当出现如图丁所示风向时，通常（　　） A．发生在白天，且海水温度较高 B．发生在白天，且陆地温度较高 C．发生在夜晚，且海水温度较高 D．发生在夜晚，且陆地温度较高 【答案】（1）加热时间 （2）食用油 （3）C 【解析】（1）实验中，用相同的热源加热，则在相同的时间内，放出的热量相同，吸收的热量也相同，不同的时间内，放出热量不同，吸收的热量也不同，所以物质吸收的热量通过加热时间来比较。 （2）由图丙知，加热相同时间，a图线的物质升温快，b图线的物质升温慢，而水的比热容比食用油的大，所以a是食用油。 （3）水的比热容比泥土、沙石的大，白天太阳照射时，水面温度上升得慢，陆地温度上升得快，热空气上升，冷空气补充，风从海面吹向陆地，形成海风；晚上，气温下降，水面温度下降得慢，温度高一些，热空气上升，风从陆地吹向海面，形成陆风，由图丁可知，此时地面附近的空气从陆地吹向海洋，形成陆风，故出现如图所示风向时，通常发生在夜晚，且海洋温度较高，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 13．实验小组利用如图甲、图乙所示的装置做了“比较不同物质吸热情况”的实验。完成下列问题： （1）实验中，要在A、B两个相同的烧杯中分别加入 相同的水和煤油（选填“质量”或“体积”）； （2）实验小组想利用此装置和实验数据测出酒精的热值，认为液体吸收的热量等于酒精燃烧释放的热量，那么测得酒精的热值会 ，（选填“偏大”或“偏小”）原因是 ； （3）在教师的指导下，实验小组将两个酒精灯更换为两个完全相同的电加热器，原因是 ； （4）更换加热器后继续实验，记录数据并绘制了如图丙所示的温度变化图像，假如B液体是水，则煤油的比热容为 J/（kg·℃）[水的比热容为c水=4.2×103J/（kg·°C）]。 【答案】（1）质量 （2）偏小 有热量损失，液体吸收的热量小于酒精燃烧释放的热量 （3）电加热器稳定释放热量，保证液体在相同时间吸收相同热量 （4）2.1×103 【解析】（1）用水和煤油探究不同物质吸热能力的实验中，必须控制水和煤油的质量相同，要在A、B两个相同的烧杯中分别加入质量相同的水和煤油。 （2）[1]实验中用酒精灯加热，会有一部分热量散发到空气中，如果认为液体吸收的热量等于酒精燃烧释放的热量，那么测得酒精的热值会偏小。 [2]用酒精灯加热，会有一部分热量散发到空气中，有热量损失，液体吸收的热量小于酒精燃烧释放的热量。 （3）电加热器稳定释放热量，相同的电加热器能够保证液体在相同时间吸收相同热量。 （4）由图丙可知，煤油和水的温度都升高到80℃，升高相同的温度，煤油需要加热10min，水需要加热20min，相同的电加热器，水吸收的热量等于煤油吸收热量的二倍，Q水=Q煤油，，所以 14．质量为5千克的水经电热水器加热后温度升高了。求： （1）水的体积。 （2）水吸收的热量 【答案】（1）5×10-3m3 （2）4.2×105J 【解析】（1）水的体积 （2）水吸收的热量 15．珊珊同学测量天然气灶火焰中心温度时，把一枚150克的金属块放在火焰中心加热足够长的时间后，立即投入到盛有200克、20℃水的绝热容器中，水温最高升到80℃。若金属块的比热容c金属=0.5×103J/（kg•℃），不计热量损失。求： （1）水吸收的热量； （2）火焰中心的温度。 【答案】（1）5.04×104J；（2）752℃ 【解析】解：（1）水吸收的热量 Q吸=c水m水(t﹣t水0)=4.2×103J/（kg•℃）×0.2kg×(80℃﹣20℃)=5.04×104J （2）金属块放出的热量 Q放=Q吸=5.04×104J 即 c金m金(t金0﹣t)=5.04×104J 故 0.5×103J/(kg•℃)×0.15kg×(t﹣80℃)=5.04×104J 解得t金0=752℃ 答：（1）水吸收的热量为5.04×104J； （2）火焰中心的温度是752℃。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第1节 热量 比热容 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：热量 2 知识点2：比热容 5 知识点3：热量的计算 7 【方法技巧】 9 方法技巧1 比值法进行热量的相关计算 9 方法技巧2 利用图像比较比热容大小的方法 9 【巩固训练】 10 【学习目标】 1．知道热量的概念和单位，知道物质吸收热量的多少与它的质量、升高的温度和物质的种类有关。 2．通过实验探究，认识到不同物质的吸热能力一般不同，并体会控制变量法和转换法在实验中的作用。 3．了解比热容的概念，知道比热容是物质的一种特性。 4．能运用比热容解释简单的自然现象。 5．能运用物体吸热、放热的公式进行简单的计算。 重点： 1．探究物质的吸热能力实验。 2．正确理解比热容，比热容是反映物质自身性质的物理量，与物质的种类和状态有关。 3．热量的相关计算。 难点： 1．利用图像分析计算物质的比热容。 2．热平衡方程。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：热量 1．定义 在热传递过程中，传递的热的多少叫做热量，热量用符号Q表示。 2．单位 热量的国际单位是焦耳，简称焦，符号是J。1g水温度升高1℃时吸收的热量约为4.2 J。 对热量的理解 （1）热量是一个“过程量”，它存在于热传递的过程中，只有发生了热传递，有了能量的转移，才能讨论热量问题，离开热传递谈热量是没有意义的。 （2）发生热传递时，热量总是由高温物体（或物体的高温部分）传向低温物体（或物体的低温部分）。 （3）热量不能用“具有”或“含有”来描述，只能用“吸收”或“放出”来表述。 3．影响物质吸收热量多少的因素 （1）物质的质量和升高的温度 同种物质，质量越大、温度升得越高，它吸收的热量就越多。例如烧开一壶水比烧开半壶水需要的热量多；把一壶水烧开比把它烧成温水需要的热量多。 （2）物质的种类 不同的物质，在质量相等、升高的温度相同时，吸收的热量一般不同，即不同物质的吸热本领存在差异。 4．实验：比较不同物质吸收热量的情况 【实验方法】 （1）转换法：吸收热量的多少无法直接观察，但相同的电加热器每秒放出的热量是一定的，通电时间越长，放出的热量越多。不考虑热损失，放出的热量全部被水或食用油吸收，因此物质吸收热量的多少就转换为加热时间的长短。 （2）控制变量法。 【实验方案】 （1）方案一：选取质量相等的不同物质，让它们吸收相同的热量（加热相同时间），比较它们升高的温度，温度升高少的物质吸热本领强。 （2）方案二：选取质量相等的不同物质，使它们升高相同的温度，比较它们吸收热量的多少（加热时间），吸收热量多的物质吸热本领强。 【实验器材及装置】 相同规格的电加热器、相同规格的烧杯、温度计各2个、天平、秒表、水和食用油。 【实验步骤】 （1）实验装置如图甲、乙所示，在两个相同的烧杯中分别装入100g水和100g食用油； （2）用温度计分别测出它们的初温，再用相同的电加热器加热，保证相同时间放热相等； （3）方案一：对水和食用油加热相同的时间，观察并读出温度计的示数。 方案二：使水和食用油升高相同的温度，观察并记录加热所用的时间。 【实验数据】 方案一： 物质 质量m/g 初温t0/℃ 末温t/℃ 温度变化∆t/℃ 加热时间t时/min 水 100 25 55 30 3 食用油 100 25 88 63 3 方案二： 物质 质量m/g 初温t0/℃ 末温t/℃ 温度变化∆t/℃ 加热时间t时/min 水 100 25 45 30 8 食用油 100 25 45 30 4 【实验结论】 质量相等的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同；质量相等的不同物质，吸收相同的热量，升高的温度也不同，实验说明不同种类的物质吸热本领不同。 实验注意事项 （1）水和食用油是等质量的而不是等体积的。 （2）温度计的玻璃泡要全部浸入液体中，且玻璃泡不能碰到烧杯底、烧杯壁和电加热器。 （3）注意控制加热时间，不要让水和食用油过热或沸腾。 （4）为了使探究结论具有普遍性，可以选用不同的液体多次实验，以减小实验的偶然性。 （5）用电加热器加热比用酒精灯加热更能准确地控制相同时间内放出相同的热量。 【典例1】利用如图甲所示的实验装置比较不同物质吸热的情况，实验中使用相同规格的电加热器分别对水和食用油加热，得到温度随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（   ） A．两个烧杯中加入的水和食用油体积相等 B．2min，a吸收的热量和b吸收的热量一样多 C．a和b的吸热能力都随着温度的升高不断变大 D．吸热能力较强的是a，因为相同时间a温度升高更多 【变式1】为了比较甲、乙两种不同液体的比热容的大小，小兴用相同的热源同时给质量相等的甲、乙两种液体加热，得到了一段时间内两种液体的温度和加热时间相对应的实验数据，并绘制出了液体温度T随加热时间t变化的图像，如图所示。根据以上信息，回答下列问题： （1）加热时间相同时，两种液体吸收的热量 （选填“相等”或“不相等”）； （2）甲、乙两种液体相比，比热容较大的是 液体。 【变式2】为了比较水和煤油的吸热能力，小明用如图甲所示的实验装置进行探究。 （1）在组装器材时应先调整 （选填“铁圈A”或“铁棒B”）的高度； （2）在两个相同的烧杯中应加入初温相同、 相同的水和煤油，选用完全相同的加热装置加热，目的是使水和煤油在相同时间内 ； （3）水和煤油温度随时间变化的图象如图乙所示，图象a表示煤油，若从这两种液体中选取一种液体作为暖手袋的工作物质，则应选 （选填“水”或“煤油”）比较合适。 【变式3】探究“比较不同物质的吸热能力”时，同学们用酒精灯同时开始均匀加热质量和初温都相等的沙子和水，装置如图。下列说法正确的是（　　） A．在本实验中，物体吸热多少是由物质的种类决定的 B．实验中，加热相同的时间，末温低的物质吸热能力强 C．实验中，沙子吸热升温较快，说明沙子吸热能力较强 D．实验中，将沙子和水加热到相同温度时，它们吸收的热量相同 知识点2：比热容 1．引入比热容的意义 大量实验表明：不同物质，在质量相等、升高的温度相同时，吸收的热量一般不同。为了表示不同物质这种性质上的差别，引入了比热容这个物理量。 2．定义 一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比，叫做这种物质的比热容。比热容用符号c表示。单位焦每千克摄氏度，符号J/（kg·℃）。 3．物理意义 比热容反映了不同物质吸、放热的本领，是物质的特性之一。单位质量的某种物质，温度升高1℃所吸收的热量，与它温度降低1℃所放出的热量相等，数值上也等于它的比热容。 比热容是由物质本身属性所决定的，与物质的种类、状态有关，与物体的量、温度、吸收热量或放出热量的多少无关。 4．一些物质的比热容 通过表格数据能看出： （1）不向物质的比热容一般不同。 （2）常见的物质中，水的比热容最大，是4.2J/（kg·℃）。 （3）物质的比热容与物态有关，如水和冰的比热容不同。 （4）有个别的不同种物质其比热容相同，例如：冰和煤油。 5．水的比热容较大的应用 （1）水的温度难改变（调节温度）：沿海地区昼夜温差小，内陆地区昼夜温差大；增大人工水面来缓解热岛效应；海陆风的形成原因。 （2）水的吸、放热本领强（冷却或取暖）：常用水作为散热剂或冷却剂，如汽车发动机用水作冷却剂、冬天用水作暖气设备的供热介质等。 【典例2】依据表格中的数据，下列说法正确的是（　　） 物质 比热容c/J·（kg·℃）-1 水 4.2×103 煤油 2.1×103 砂石 约0.92×103 A．一桶煤油用掉一半，桶内剩余煤油的比热容变小 B．水和砂石吸收相等的热量，水的温度升高得较多 C．水的比热容表示水的温度降低1°C放出的热量是4.2×103J D．质量相等的水和煤油，升高相同温度，煤油吸收热量少 【变式1】下表是一些物质的比热容，根据表中数据，下列判断正确的是（   ） 水 铝 煤油、冰 干泥土 砂石 铜 A．物质的比热容与物质的状态无关 B．比热容相同的一定是同种物质 C．质量相等的铝块和铜块吸收相同的热量，铜块温度变化较大 D．水的比热容是水的比热容的两倍 【变式2】正常人体中水分约占体重的60％~70％，水有助于调节体温，原因之一是其（　　） A．热值较大 B．比热容较大 C．密度较大 D．导热性较好 【变式3】已知水的比热容比砂石的比热容大，如图列出的是某日沿海城市和内地城市两地的气温变化情况。请根据两座城市的气温变化情况判别： （选填“甲”或“乙”）是沿海城市。 知识点3：热量的计算 以Q吸代表物体吸收的热量，Q放代表降温时放出的热量，c代表物质的比热容，m代表物体的质量，t0和t分别代表物体初、末状态的温度。 1．吸热公式：。 2．放热公式：。 进行热量计算时应注意的问题 （1）公式适用于物质状态不变时物体升温（或降温）过程中吸热（或放热）的计算。如果吸、放热过程中存在着物态变化则不能使用这个公式。 （2）一定要把温度变化量∆t与初温t0、末温t区別开。题目中对于它们的说法是有差别的，如“升高到”“降低到”均指的是末温t，而“升高了”“降低了”“升高”“降低”均指的是温度的变化量∆t。 （3）计算液体的末温时，要考虑液体的沸点，末温不能超过沸点。 3．热平衡方程 发生热传递时，若不计热量损失，则高温物体降温放出的热量都被低温物体吸收，最后两物体温度相同，达到热平衡，即放出的热量和吸收的热量相等，用公式表示为，利用该等式建立的方程称为热平衡方程。 【典例3】核反应堆的冷却系统采用水作为冷却剂。若某次运行中，500kg的水温度升高了20℃，则水吸收的热量为 J；与比热容为2.1×103J/（kg·℃）的另一种冷却剂相比，吸收相同的热量后，水升高的温度会更 （选填“高”或“低”）一些。[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）] 【典例4】为了测定铅的比热容，把质量为200g的铅块加热到98℃，再投入到80g的12℃的水中，混合后水的温度为18℃.若不计热损失，则水吸收的热量是 J；铅的比热容是 J/（kg•℃). 【变式1】“曲水流觞”是古代文人墨客的一种雅事。将酒盏漂浮在清冽的溪水上随溪流动，会降低酒的温度，酒盏里质量为100g的酒在漂流过程中，温度从30℃降低至25℃，会放出 J的热量。[] 【变式2】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 。 【变式3】晚饭后小明和奶奶在客厅看电视，奶奶口渴了，小明就拿出一盒牛奶准备烫热后给奶奶喝，他发现整箱牛奶的参数如图所示，已知，，。 （1）这盒牛奶的质量是多少kg？ （2）已知牛奶的初温是20℃，小明想用热水将其烫热，要达到40℃，则这个过程中牛奶吸收的热量是多少？ 【方法技巧】 方法技巧1 比值法进行热量的相关计算 涉及到比值计算的题目时： 第一步，以比值的形式写出要求的比值：；第二步，用公式展开要求的比值；第三步，代入各物理量的数值，计算求解。 方法技巧2 利用图像比较比热容大小的方法 一般情况下横轴表示加热时间，纵轴表示温度。解答方法有两种： 1、相同时间比温度 控制吸收的热量相等，比较它们温度升高的多少。作一条垂直于时间轴的直线，相同时间内，甲的温度变化量大于乙的温度变化量，即，根据热量公式，可知。 2、相同温度比时间 控制升高的温度相同，比较它们吸收热量的多少。作一条垂直于温度轴的直线，让甲、乙升高相同的温度，对甲加热的时间小于对乙加热的时间，即，根据热量公式，可知。 【巩固训练】 1．甲、乙两个实心铜球吸热后，温度分别升高了、，已知甲球吸收的热量小于乙球吸收的热量，甲球的质量小于乙球的质量，则（　　） A．一定大于 B．一定等于 C．可能等于 D．一定小于 2．新疆吐鲁番的火焰山昼夜温差大，这主要是因为沙石的（　　） A．密度较大 B．熔点较高 C．比热容较小 D．导热性好 3．利用如图甲所示的实验装置比较不同物质吸热的情况，使用相同规格的电加热器分别对水和食用油加热得到温度随时间变化的图像如图乙所示。已知，不计热量损失。下列说法正确的是（    ） ①应在两个相同的烧杯中加入体积和初温均相同的水和食用油 ②加热2min时，食用油和水吸收的热量一样多 ③若给汽车发动机降温，应选b物质作冷却剂 ④分析图乙可得a是食用油的升温图像，其比热容为 A．只有①③正确 B．只有②③正确 C．只有②③④正确 D．只有①②③正确 4．如图是探究“比较水和煤油吸收热量时温度升高快慢”的实验装置，下列实验条件中不是必须满足的是（　　） A．水和煤油的初温必须相同 B．酒精灯火焰大小必须相同 C．水和煤油质量必须相同 D．盛放水和煤油的容器必须相同 5．质量相等的甲、乙两种不同液体，装在相同的容器中，用相同的电加热器加热，其温度随时间变化的图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．1min内，甲吸收的热量小于乙吸收的热量 B．1min后乙温度不变，由此判断，乙物质不再吸热 C．甲、乙的比热容之比为3∶2 D．甲、乙的比热容之比为2∶1 6．“华龙一号”是我国具有完整自主知识产权的三代核电技术，被誉为“国之重器”。“华龙一号”核电装置用水做冷却剂给核反应堆的堆芯降温，其原因是水的 较大。 7．某太阳能热水器装有100kg、20℃的水，经过一天的照射后，水温升高到70℃，则水吸收的热量为 J。[c水=4.2×103J/(kg·℃)] 8．如图所示，规格相同的甲、乙两容器中分别装有3kg和2kg的水，用不同的加热器加热，不计热损失，最后得到如图丙所示的水温与加热时间的关系图像。则甲加热2min和乙加热3min，甲、乙两容器中的水吸收的热量之比为 。已知：（）。 9．“城市尚余三伏热，秋光先到野人家”，夏末秋初，水田湖泊较多的郊区比市中心凉爽是因为水的 大，用酒精灯将2kg水加热，当水温升高，水吸收的热量是 J。[水的比热容为] 10．为比较A、B两保温杯的保温性能，小红在两个保温杯中分别倒入0.1kg相同温度的热水，用温度计测量其初温，示数如图1所示。绘制水温随时间的变化图像如图2所示，A杯中水放出的热量为 J。保温性能更好的是 （选填“A”或“B”）杯。[水的比热容为 11．“诚信”学习小组的同学们用如图甲所示装置比较不同物质的比热容。用铁夹将温度传感器及分别盛有水和食用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食用油良好接触，两只温度传感器通过数据采集线与计算机相连接。对盛有水和食用油的试管进行加热，测得数据的对应图像如图乙所示。 （1）实验前除让两个试管内的水和食用油初温相同外，还必须控制水和食用油的 相同； （2）若 ，通过图像计算食用油的比热容为 J/(kg·℃)； （3）质量为500g；初温为20℃的水吸收了1.89×105J的热量，水的温度升高了 ℃（气压为一标准大气压）。 12．小明在“比较不同物质吸热能力”的实验中： （1）物质吸收的热量通过 来比较； （2）实验得到食用油和水的温度随时间变化的图像（丙图），其中a是 ； （3）沿海地区有一种现象与物质吸热能力有关：在沿海地区，炎热、晴朗的天气里常常出现“海陆风”，当出现如图丁所示风向时，通常（　　） A．发生在白天，且海水温度较高 B．发生在白天，且陆地温度较高 C．发生在夜晚，且海水温度较高 D．发生在夜晚，且陆地温度较高 13．实验小组利用如图甲、图乙所示的装置做了“比较不同物质吸热情况”的实验。完成下列问题： （1）实验中，要在A、B两个相同的烧杯中分别加入 相同的水和煤油（选填“质量”或“体积”）； （2）实验小组想利用此装置和实验数据测出酒精的热值，认为液体吸收的热量等于酒精燃烧释放的热量，那么测得酒精的热值会 ，（选填“偏大”或“偏小”）原因是 ； （3）在教师的指导下，实验小组将两个酒精灯更换为两个完全相同的电加热器，原因是 ； （4）更换加热器后继续实验，记录数据并绘制了如图丙所示的温度变化图像，假如B液体是水，则煤油的比热容为 J/（kg·℃）[水的比热容为c水=4.2×103J/（kg·°C）]。 14．质量为5千克的水经电热水器加热后温度升高了。求： （1）水的体积。 （2）水吸收的热量 15．珊珊同学测量天然气灶火焰中心温度时，把一枚150克的金属块放在火焰中心加热足够长的时间后，立即投入到盛有200克、20℃水的绝热容器中，水温最高升到80℃。若金属块的比热容c金属=0.5×103J/（kg•℃），不计热量损失。求： （1）水吸收的热量； （2）火焰中心的温度。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$