内容正文:
专题三 热学
1研究固体熔化时温度的变化规律
1.【一题多问】领跑改编安安和康康在探究“固体熔化时温度的变化规律”时,他们所在的小组将质量相等的固体A 和固体 B 分别装在两支相同的试管中,实验装置如图1甲所示。在实验过程中,他们每隔1m in记录一次固体A 和固体 B 的温度,直到固体完全熔化成液体并升高温度后结束实验。
基础设问
(1)为了完成实验,除了图中的器材,还需要的测量工具是 。
(2)实验时,使用“水浴法”加热而不用酒精灯直接加热,这样做的好处:增大受热面积、使固体缓慢升温和 。
(3)实验所用的装置如图1甲所示,在安装上有一处明显的错误,其错误之处是 。
(4)调整好器材后,他们开始实验,如图1乙所示,读取温度计示数的方法正确的是 (选填“a”“b”或“c”)。
(5)在实验过程中,他们每隔1m in记录一次固体A 和固体B 的温度,并把数据记录在表格中。
时间/ min
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
固体A 的温度/℃
40
44
46
48
48
48
48
48
48
48
49
51
54
固体 B 的温度/℃
60
61
62
63
64
66
67
69
71
74
77
81
85
根据表中的数据可以判断 (选填“固体A”或“固体 B”)是晶体,它在4~7min 内处于 (选填“固态”“固液共存状态”或“液态”),在此过程中它的内能 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
提升设问
(6)放置温度计时,考虑到固体熔化前、后体积的变化,温度计的玻璃泡应该放置在固体颗粒中间略 (选填“靠上”或“靠下”)的位置。
(7)另一小组在利用相同的器材进行这一实验时,观察到固体A 在熔化过程中温度计的示数缓慢上升。产生这一现象的原因可能是 (填字母)。
A.烧杯中的水少 B.对试管内的固体 A 不断搅拌
C.温度计的玻璃泡碰到了试管壁 D.固体A 在熔化过程中吸热,温度升高
(8)若实验时发现该物质A 熔化时间短,不便于观察熔化时的实验现象和记录实验数据。在不改变原来实验装置的情况下,请你提出一种延长该物质熔化时间的方法: 。
(9)小刚也用固体A 和相同的实验装置完成了实验,他根据数据画出的图像如图2 所示,则小刚在实验中存在的问题可能是 (写出一条即可)。
(10)在探究“石蜡熔化特点”的实验中,将温度传感器探头插入试管中,并与计算机连接,如图3甲所示,设置好相关数据采集软件。计算机屏幕上会显示石蜡(图3乙)熔化的温度一时间图像,同时观察石蜡的状态变化情况。
①根据图3乙,描述石蜡熔化过程中温度变化的特点: 。
②如图3乙所示,由图像可知石蜡是 (选填“晶体”或“非晶体”);第400 s时的内能比第600 s时的 .
③实验结束后要及时清洗试管,防止石蜡 导致探头无法取出。
2.某小组同学探究“水凝固时温度的变化特点”,所用器材有电子数显式温度计A 和B、大试管、烧杯、水、食盐水等,实验装置如图1所示。
(1)实验中需要用一18℃的食盐水作为降温物质,那么配制的食盐水应放在冰箱 (选填“冷冻室”或“冷藏室”)一段时间后再使用。
(2)实验中,若温度计A 的探头接触试管底,则测量的温度会偏 。
(3)记录的实验数据如下表所示。
时间/ min
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
盐水的温度/℃
-16.9
-16.7
-16.6
—16.5
-15.8
-14.8
-13.9
-13.1
-12.4
-12.2
水的温度/℃
3.5
2.2
1.0
0.1
0
0
0
0
-2.5
-4.5
水的状态
液态
固液共存状态
固态
①根据实验信息,得出的探究结论是:水凝固时,温度 。
②假设盐水升温过程中,单位时间内从空气中吸收的热量相同。由实验数据可以看出:5~8 min 内与1~4m in内相比,盐水升高的温度多,说明水凝固放出的热量 水降温放出的热量。
③5~8min内,试管中的物质内能 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
【拓展】
(4)小组的同学们想制作一个医用冷藏保温盒,不知道给药品降温用纯水凝固的冰效果好,还是用一定浓度盐水凝固的冰(简称盐冰)效果好。于是决定测量不同浓度盐冰的熔点。小组同学在测量浓度为3%的盐冰的熔点时,得到了如图2所示的温度一时间图像。小组接着测量了不同浓度盐冰的熔点,得到的实验数据如下表所示:
盐冰浓度/%
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
36
熔点/℃
0
-2
-4
-6
-8
-11
-15
-18
-17
-1.8
-0.4
0
①分析表格中数据可知,当盐冰浓度增大时,其熔点变化特点是 ;
②结合表格数据,你认为给药品降温应使用 (选填“纯水凝固的冰”或“一定浓度的盐水凝固的冰”)效果好。
(5)为了提高保温盒的保温性能,同学们参考了市面上常见的三种不同的保温器具,如图3所示,为此请你帮同学们提出一个有价值、可探究的问题: ?
2.探究水在沸腾前后温度变化的特点
1.【一题多问】领跑改编在探究“水沸腾时温度与时间的关系”的实验中,实验装置如图1所示。
基础设问
(1)温度计放置在水中的要求是 。
(2)实验中,放置陶土网铁圈的位置和悬挂温度计铁杆的位置非常重要,在组装实验装置的时候应当先固定 (选填“铁圈”或“铁杆”)的位置。以上操作中,要点燃酒精灯,用记号笔在铁架上标注好外焰的位置后, (选填“熄灭”或“不熄灭”)酒精灯,调节 的位置,再放好陶土网和烧杯。
(3)该实验中,陶土网的作用是 。
(4)实验中水的初温是80℃。如果温度计的玻璃泡没有全部浸在水中,那么测量结果会比水的实际温度
(5)观察到水沸腾时气泡的变化情况,水中产生大量气泡,气泡不断上升且 (选填“变大”或“变小”),到达水面后破裂。
(6)正确操作记录的实验数据如下表所示,请在图2方格纸上画出温度与时间关系的图像。
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
时间/ min
0
1
2
3
4
5
6
7
8
温度/℃
80
88
95
98
99
100
100
100
100
气泡情况
少量气泡,上升过程中逐渐变小
大量气泡,上升过程中逐渐变大
(7)根据图像可得出探究结论:水沸腾时, 。
(8)根据图像还可得出水沸腾前温度与时间的关系:水沸腾前, 。
(9)实验中还发现:刚开始加热,水升温快,快要沸腾时水升温变慢了,原因之一是水的温度越高, (填字母)。
A.蒸发越快 B.蒸发越慢 C.比热容越小 D.比热容越大
提升设问
(10)甲同学根据实验信息得出水沸腾的条件:一是水的温度要达到 ;二是水要继续吸热。乙同学认为要得出“水要继续吸热”的条件,现有的实验信息不充分。那么还需要采集什么实验信息? 。
(11)为了缩短实验时间,下列做法可行的是 (填字母)。
A.适当增加水的质量 B.用冷水做实验
C.在烧杯上盖上有透气孔的盖子 D.用酒精灯的内焰加热
(12)如图3所示,该实验用大试管做比用烧杯好,请写出两点好处:
① ;② 。
(13)如图4所示,图线A、B是某班两个实验小组的同学根据实验数据画出的。由图像可知,水的沸点是 ℃,水沸腾时的温度特点是 ;他们用相同的酒精灯和烧杯进行实验,图像不同的原因可能是 。该处大气压可能 (选填“大于”“小于”或“等于”)标准大气压。
(14)在探究“水沸腾前后温度变化的特点”实验中,若将实验器材改为烧瓶,如图5所示,则使用烧瓶和使用烧杯相比,有哪些好处?
好处一: 3
好处二: 。
(15)根据表中记录的信息,请你分析判断:沸腾前,烧杯中上层和下层的水温是否一致? (选填“一致”或“不一致”)。请简要写出你的分析过程。 。
2.如图1甲所示,是小明探究“水沸腾时温度变化特点”的实验装置。
(1)在安装如图1甲所示的实验装置时,应按照 (选填“自上而下”或“自下而上”)的顺序进行组装。已知标准大气压下,水银和酒精的沸点分别为357℃和78℃,本实验应选用 (选填“水银”或“酒精”)温度计。
(2)小明观察到水在加热过程中水中气泡的情况如图1乙所示,图 (选填“①”或“②”)表示水沸腾时的情况。
(3)小明记录的实验数据如下表所示,由表中数据可知,实验时的外界大气压 (选填“大于”“小于”或“等于”)标准大气压。根据实验数据和我们的生活经验可知,水沸腾时的温度变化和吸放热的特点是 。
加热时间/min
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
温度/℃
90
92
94
96
98
98
98
98
(4)小明发现水正在沸腾,移走酒精灯,水还能沸腾一段时间,表明水沸腾过程中不需要吸热,这种说法是 (选填“正确”或“错误”)的,理由是 。
(5)小明进行创新实验,如图1丙所示,大试管和小试管里都装有水,对三支大试管中的水加热使之保持沸腾,在大试管中的水不断沸腾的过程中,小试管中的水会沸腾的是 (选填“A”“B”或“C”)。
(6)现给一定量的水加热,其温度与时间的关系如图1丁中图线a 所示(实线部分),若其他各装置不变,仅将水的质量减少,则温度与时间关系的图线正确的是 (填字母)。
(7)周末小明在家烧水煮饺子,当水烧开准备下饺子时,妈妈提醒他锅里的水量少了点,于是小明又往锅里迅速加了一碗水(水量比锅里少),用同样大的火直至将水再次烧开。下列图像能说明小明整个烧水过程中水的温度随时间变化情况的是 (填字母)。
(8)细心的小明观察爸爸在家里用电水壶烧水,发现当水沸腾时,离壶口一段距离处出现“白气”,而壶口处却没有,如图2所示,请分析出现这个现象的原因: 。
3.某小组探究“水在沸腾前后温度变化的特点”。
(1)组装图(a)的器材应按照 (选填“自下而上”或“自上而下”)的顺序。
(2)除了图(a)中的实验器材,还需要的测量工具是 。
(3)用酒精灯加热,当水温接近 70℃时每隔 1m in 记录一次温度,同时观察水中的气泡情况。直至5 min后观察到水中形成大量的气泡,并不断上升、变大,说明水 (选填“尚未”或“正在”)沸腾。
(4)根据记录的数据,绘制的水温与时间关系的图像如图(b)所示。结合实验现象,分析图像可以得出水在沸腾前后温度变化的特点:
①水在沸腾前,温度 ;
②水在沸腾时,温度 。
(5)同学们在实验中发现有时看不清温度计的示数,交流后找到的原因是水蒸气在温度计表面发生了 现象。
(6)在评估实验时,小组同学讨论了如下问题,请你帮忙回答:
①实验结束,戴上隔热手套将烧杯取下来,水立即停止沸腾,而温度计示数还没变。根据这个信息可以得出:水沸腾时, ;
②如图(c)所示,用电热炉代替酒精灯做实验,可以节省能源。对于节省能源的观点,下列说法正确的是 (填字母);
A.电费比购买酒精的费用少
B.用电热炉加热水所用时间比酒精灯短
C.用电热炉加热,水吸收的热量比用酒精灯多
D.电热炉能源的利用率比酒精灯能源的利用率高
③实验中,测得水的沸点高于 100℃,有同学猜想可能是实验室气压大于标准大气压造成的,你认为还可能是 (写出一条即可)。
3.比热容实验
1.【一题多问】领跑改编 某班同学利用如图1甲所示的实验装置探究“水和煤油的吸热能力”。
基础设问
(1)实验时,选取 和初温相同的水和煤油,用相同的酒精灯加热,加热时液体的温度升高,这是通过 方式来增大内能的。
(2)上述实验中,主要用到的科学探究方法有转换法和 法。
(3)加热过程中,水和煤油吸收热量的多少是通过 来判断的。
(4)实验中第1、2两个小组记录的实验数据如表所示。
小组
液体
质量m/g
初温/℃
末温/℃
加热时间/min
1
水
200
25
40
13
煤油
200
25
40
6.5
2
水
200
25
40
11
煤油
200
25
40
5.5
通过分析实验数据,能够得出结论的信息:
;因此可知 (选填“水”或“煤油”)的吸热能力强。
提升设问
(5)若加热到相同的温度后停止加热,则冷却相同时间(较短)后 (选填“水”或“煤油”)的末温高。
(6)如果你想自制暖手袋,应选 (选填“水”或“煤油”)作为供暖物质,其效果更佳。
(7)如图2乙所示,是第1组同学绘制的“吸收热量——时间”和“温度——时间”图像,能正确描述该实验真实情况的图像是 (填字母);若水的比热容是 ,则由数据可知煤油的比热容是 .
(8)使质量相同的水升高相同的温度,加热时间应该相同,但1、2两组的同学在交流实验数据时发现:第1组的加热时间明显比第2组长,其原因可能是 。
(9)这两组同学对图1甲的装置进行了改进,将分别装有水和煤油的试管放在同一个烧杯中用水加热,如图2丙所示,而不是用两个酒精灯分别加热,这样做的好处是 。
(10)完成上述实验后,为了进一步探究,小组同学给一定质量的冰加热,利用实验数据描绘出冰的温度随时间变化的图像如图3所示,其中描绘正确的是图 。
2.⑨25辽宁中考如图(a)所示,某小组在两个相同的烧杯中分别装入质量相同的水和食用油,比较它们的吸热能力。
(1)为使两个电加热器在单位时间内放出的热量相同,电加热器的规格应 。
(2)本实验中使用的液体温度计是根据液体 的规律制成的。
(3)每隔0.5min记录一次温度,并将数据记录在下表中。第2.5m in时,食用油中的温度计示数如图(b)所示,为 ℃。
加热时间/min
0
0.5
1
1.5
2
2.5
水的温度/℃
25
27
29
31
33
35
食用油的温度/℃
25
30
34
37
42
分析表中数据,发现 吸热能力强。
(4)为使内部充有液态介质的电暖器通电后能迅速升温,内部应充入吸热能力较 (选填“强”或“弱”)的介质。(仅从吸热能力的角度分析)
3.如图所示,小潇准备了甲、乙、丙三个相同的装置,来探究不同物质的吸热能力和不同燃料的放热能力,其中液体质量、燃料质量均相等。
(1)探究不同物质的吸热能力时,应选择 两图进行实验。
①实验中,用 间接反映液体吸收热量的多少;吸收相同热量时,通过比较 来判断物质吸热能力的强弱;(均填字母)A.加热时间 B.温度计示数的变化领跑
②小潇根据测得的实验数据,画出了a、b两种液体温度随时间变化的图像,如图丁所示,由图可判断哪种液体的吸热能力强。若a 的比热容是cₐ,b的比热容是 cb,则
(2)探究不同燃料的放热能力时:
①选择甲、乙两图进行实验,实验时不同燃料放热的多少是通过 (选填“温度计示数”或“加热时间”)来反映的;燃料1在燃烧过程中,其热值 (选填“变大”“变小”或“不变”);
②若图甲烧杯中为50mL 的水,且10g酒精完全燃烧后放出的热量被水吸收,温度计示数升高了20℃,则可以计算出酒精的热值为 J/kg。这种方法测算的热值和热值表中的“标准值”相比 (选填“偏大”“偏小”或“一样”)。
(3)小潇通过查阅资料了解到沙子的比热容小于水的比热容,能正确解释白天的海、陆风成因的示意图是 (填字母)。
1.研究固体熔化时温度的变化规律
1.(1)秒表 (2)使固体受热均匀 (3)试管 B 碰到了烧杯底 (4)b (5)固体 A;固液共存状态;增大 (6)靠下 (7)C (8)增加固体 A 的质量(答案合理即可) (9)记录温度的时间间隔过长(答案合理即可) (10)①温度不断升高 ②非晶体;少 ③凝固
解析(5)非晶体熔化时,不断吸收热量,温度不断升高。晶体熔化时,不断吸收热量,温度保持不变,这个不变的温度是晶体的熔点;晶体的温度达到熔点时,晶体可以处于固态,也可以处于液态,还可以处于固液共存状态;晶体的温度低于熔点时,晶体处于固态;晶体的温度高于熔点时,晶体熔化成液态。物体吸收热量,内能增加;物体放出热量,内能减少。(8)由于采用水浴法加热晶体,可以增大烧杯中水的质量或增大晶体质量或将酒精灯火焰调小,来延长熔化时间。(9)实验中固体A升温比较快,固体A 熔化时的温度记录得较少,出现此情况的原因有:记录温度的时间间隔过长;温度计的玻璃泡碰到试管底部或侧壁;固体与烧杯中的水温差大;水的温度过高;固体质量少等。
2.(1)冷冻室 (2)低 (3)①保持不变 ②大于③变小
【拓展】(4)①先降低后升高 ②一定浓度的盐水凝固的冰 (5)保温盒的保温性能与材质是否有关(答案合理即可)
2.探究水在沸腾前后温度变化的特点
1.(1)温度计的玻璃泡浸没在水中,不能碰到烧杯底和烧杯壁 (2)铁圈;熄灭;铁圈(3)使烧杯底部受热均匀 (4)低(5)变大
(6)如图所示。
选题数据
(7)随着时间的增加水的温度保持不变 (8)温度随时间的增加而增加得越来越慢 (9)A(10)沸点;停止加热时水是否沸腾(11)C (12)①装水较少,从加热到沸腾的时间短②水的深度大,气泡上升时的体积变化现象明显,便于观察(13)96;温度不变;B小组同学所用水量较多;小于(14)烧瓶开口小,液体的表面积小,加热时热量损失少,水更快沸腾,节省实验时间;烧瓶中水的液面更高,便于观察气泡上升时体积的变化(答案合理即可)(15)不一致;气泡在上升过程中体积不断变小,说明气泡内的气体上升时遇冷收缩,因此水的上、下层温度不同(或气泡内的水蒸气在上升过程中不断遇冷液化成水,气泡变小)
解析(4)使用温度计时,温度计的玻璃泡要全部浸入被测的液体中,不要碰到容器底或容器壁,若碰到容器底,测量的是容器和水的混合温度,则测量结果偏高;若温度计的玻璃泡没有全部浸在水中,测量的是水和室温的混合温度,则测量结果会比水的实际温度低。
2.(1)自下而上;水银 (2)①(3)小于; 持续吸热,温度不变 (4)错误;由于撤去酒精灯后,陶土网的温度仍高于水的沸点,水仍能吸热,故仍能继续沸腾一小段时间 (5)C (6)c (7)A
(8)壶口处温度高,壶口喷出的水蒸气不能遇冷放热液化成小水珠;而离壶口一段距离处温度较低,壶口喷出的水蒸气能遇冷放热降温液化成小水珠,形成“白气”
解析(6)若其他条件不变,仅将水的质量减少,则会缩短水从加热到沸腾的时间,而水的沸点不变,因此温度与时间关系的图线应是c。(7)水沸腾之后,温度保持不变,小明又往锅里迅速加了一碗水(水量比锅里少),锅内水的温度迅速降低,然后在加热过程中,水吸热温度升高,达到沸点继续沸腾,在此过程中,水面上的气压不变,所以水的沸点不变。故选 A。
3.(1)自下而上 (2)秒表 (3)正在 (4)①不断升高 ②不变 (5)液化 (6)①需要吸热 ②D③水中有杂质
3.比热容实验
1.(1)质量;热传递 (2)控制变量 (3)加热时间
(4)质量相同的水和煤油升高相同的温度,水吸收的热量多(答案合理即可);水(5)水(6)水(7)C;2.1×10³ (8)酒精灯火焰的大小不同(9)在相同时间内水和煤油吸收的热量相同(10)(b)
解析(10)由图像可知,0~2m in是冰的升温过程,5~7min 是水的升温过程,相同时间的吸热相同;因为冰的比热容小于水的比热容,吸收相同的热量(加热相同的时间),冰的温度变化更大,所以图(a)错误,图(b)正确。
2.(1)相同 (2)热胀冷缩 (3)46;水 (4)弱
3.(1)甲、丙①A;B ②1:2 (2)①温度计示数;不变 ②4.2×10⁵;偏小 (3)A
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