比熱容和熱量的計算

比熱容和熱量的計算

　　
一．重點知識分析
1.重要概念和公式
　　(1)熱量的概念及公式Q=cmΔt
　　(3)比熱容的概念

2.基本物理方法
　　控制變量法和對比法：通過質(zhì)量相同的不同物質(zhì),吸收相同熱量而升溫不同引入比熱容的概念；再復(fù)習(xí)比熱容實驗時實驗應(yīng)注意回答以下問題：
　　水和酒精的質(zhì)量什么關(guān)系？
　　水和酒精吸收的熱量是否相同？如何做到這一點？
　　水和酒精哪種物質(zhì)升高的溫度高？
　　如果讓水和酒精升高相同的溫度，哪種物質(zhì)吸收的熱量多？

3.易錯易混淆的問題
　　(1)熱量和溫度是兩個不同的物理量：溫度是指物體的冷熱程度，任何一個物體都有一定的溫度，物體吸收熱量溫度可能升高，也可能不變；而熱量是指物體在熱傳遞過程中吸收或放出能量的多少，它是內(nèi)能變化的量度之一，它與物體溫度高低無關(guān)，與溫度的變化量成正比。
　　(2)內(nèi)能和溫度。廣義來說，內(nèi)能指物體所包含的總能量。包括分子無規(guī)則熱運動動能，分子間的相互作用能，分子、原子內(nèi)的能量等。在熱學(xué)中，由于分子的動能跟溫度有關(guān)；分子間的相互作用跟分子間的距離有關(guān)，所以內(nèi)能跟溫度、體積等都有關(guān)系，因此說，物體內(nèi)能增大，溫度一定升高是錯的。對同一物體而言, 物體溫度越高，物體具有的內(nèi)能越大;物體溫度升高，物體具有的內(nèi)能就增大。
　　（3）熱量和內(nèi)能。熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能的變化量，而內(nèi)能是狀態(tài)量，因此不能說物體的熱量，只能說物體吸收或放出的熱量；熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能，因此，物體吸收熱量內(nèi)能一定增加。（初中不考慮熱傳遞和做功同時存在的情況），但物體內(nèi)能增加不一定是因為物體吸熱，還可能因為對物體做功。
　　（4）比熱容和熱量。比熱容是物質(zhì)的一種屬性，它與熱量、質(zhì)量、溫度、溫度的變化都無關(guān)。但熱量的多少由物質(zhì)的比熱容、質(zhì)量、溫度的變化三者共同決定，缺一不可。
　　（5）在利用Q=cmΔt計算熱量時，一定要弄清各物理量的含義，注意區(qū)分溫度“升高了”“升高到”“降低”“降低到”等易混淆的概念。

二．例題分析
　　熱量、比熱容在教材中所占篇幅較少，但中考試卷中必然出現(xiàn)，多以填空題和簡算題為主，計算內(nèi)容達到“理解”等級，難度以中、低檔為主，在今后中考中涉及生產(chǎn)、生活實際應(yīng)用問題(氣候、環(huán)保等方面)的題目會逐漸增多。

　　1、炎熱的盛夏，人站在水中時感到?jīng)鏊?dāng)人赤腳走在沙土上時卻感到燙腳，這主要是因為水和沙土具有不同的 ( )
　　A.熱量　　　 B.內(nèi)能　　　 C.比熱容 　　　D.溫度

　　分析：熱量、內(nèi)能、比熱都是物理學(xué)中三個重要的物理量，三者之間有區(qū)別也有聯(lián)系，學(xué)生容易混淆，在沙灘上，水和沙子同時接收陽光照射，可謂加熱條件相同，在相同時間內(nèi)，物質(zhì)所吸收到的熱量是相同的，而在水中產(chǎn)生溫度差的原因就在于水的比熱容較大。
　　答案：C

　　2、 水的比熱容比較大，人們往往利用它的這一特征為生產(chǎn)、生活服務(wù)．在下列事例中與水的這一特征無關(guān)的是 ( )
　　A.讓熱水流過散熱器來取暖
　　B.在大的河流上建水電站，用水發(fā)電
　　C.晚上向秧田里灌水
　　D.汽車發(fā)動機用水循環(huán)冷卻

　　分析：水冷系統(tǒng)、水熱系統(tǒng)和冬秧灌水都是“水的比熱容比較大”的典型應(yīng)用，而水力發(fā)電并沒有應(yīng)用這一點，它主要利用了能量轉(zhuǎn)化，水由于被舉高產(chǎn)生巨大的勢能，進而被轉(zhuǎn)化為電能。
　　答案：B

　　3、用同種物質(zhì)制成兩個質(zhì)量不等的物體，其比熱容______________(填“相同”或“不同”)．質(zhì)量均為1kg的銅塊和鉛塊，如吸收了相等的熱量，則銅塊與鉛塊升高的溫度之比為______________；若銅塊溫度升高了100℃，則它吸收了______________J的熱。(c銅=3.9×102J/(kg·℃)，c鉛=1.3×102J/(kg·℃ ))

　　分析：這是一道有關(guān)比熱容計算的一道很好的綜合題。 比熱容是物質(zhì)的特性，因此只要物質(zhì)的狀態(tài)不變，質(zhì)量和體積等因素的改變是不會影響物質(zhì)的比熱容的，抓住“同種物質(zhì)”可以得出“相同”的答案．后兩問因為是熱傳遞現(xiàn)象，所以用公式Q=cmΔt進行解題：
　　
　　Q吸＝c銅m銅Δt＝3.9×102 J/(kg·℃)×1kg×100℃＝3.9×104J
　　答案：相同；1:3；3.9×104J

　　4、鋁壺中裝有3kg的水，放在煤氣灶上加熱，將水從20℃加熱至沸騰(在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)，煤氣灶共燃燒了48g煤氣，在此過程中
　　(1)鋁壺中的水吸收了多少熱量？(水的比熱c=4.2×103J/(kg·℃) )
　　(2)完全燃燒48g煤氣可以放出多少熱量？(煤氣的熱值q=4.2×107J/kg)
　　(3)如果認(rèn)為鋁壺中的水吸收了煤氣灶放出的全部熱量，則該煤氣灶的效率是多少？ 
　　(4)實際加熱過程中，鋁壺也會吸熱并向外界散熱，那么該煤氣灶的實際效率比你在(3)中求到的效率是高還是低？為什么？

　　分析：(1)(2)可以根據(jù)現(xiàn)象選擇公式：
　　(1)是熱傳遞，運用公式Q=cmΔt，其中Δt＝100℃－20℃＝80℃，
　　Q=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×3kg×80℃＝1.008×106J；
　　(2)是燃料燃燒放熱，運用公式Q＝mq＝0.048kg×4.2×107J/kg＝2.016×106J；
　　(3)(4)根據(jù)效率問題的實質(zhì)——有用的能量占總能量的比值，可以得出答案。
　　答案：(1)1.008×106J (2)2.016×106J 
　　(3)100％
　　(4)低；因為存在熱損失，最終水所得到的有用的能量減少了，所以效率降低。

　　5、給一定質(zhì)量的水加熱，其溫度與時間的關(guān)系如圖a圖所示，若其他條件不變，僅將水的質(zhì)量增加，則溫度與時間的關(guān)系圖線正確的是 ( )
　　　　　　　　　　 
　　A.a　　　　 B.b 　　　　C.c　　　　　D.d

　　分析：本題用數(shù)字圖線表示物理規(guī)律，既考查了同學(xué)們的學(xué)科滲透的意識，又考查了同學(xué)們解決問題的能力。抓住題目中的關(guān)鍵字詞“其他條件不變”，即加熱條件不變。那么在相同時間內(nèi)，物質(zhì)所吸收的熱量相同，所以加水前后，水在相同時刻Q吸相等，根據(jù)公式Q=cmΔt，當(dāng)Q、c一定時，m越大，Δt越小。因此加水后的曲線斜率應(yīng)小于原來的曲線a，同時應(yīng)當(dāng)考慮水沸騰時溫度保持在沸點不變，故選擇C。
　　答案：C

　　6、質(zhì)量和初溫都相等的銅和鋁(c銅＜c鋁)，放出相等的熱量后相互接觸，熱量( )
　　A.一定從銅傳給鋁
　　B.一定從鋁傳給銅
　　C.不會發(fā)生熱傳遞
　　D.不能確定是否發(fā)生熱傳遞

　　分析：熱量是由溫度高的物體向溫度低的物體傳遞，因此通過熱量的公式Q=cmΔt，當(dāng)Q、m一定時，c越大，可以得出Δt越小;又因為初溫都相等，放出熱量，所以銅的末溫高于鋁，一定從銅傳給鋁熱量。
　　答案：B

　　7、為了探究液體溫度升高時吸收熱量的多少與哪些因素有關(guān)，小剛和幾個同學(xué)做了如下實驗：在四個相同的燒杯中分別盛有水和煤油，用相同的加熱器給它們加熱。加熱器每分鐘放出的熱量相等，且放出的熱量全部被水和煤油吸收。下表是同學(xué)們記錄的實驗數(shù)據(jù)，請你根據(jù)下表中的實驗數(shù)據(jù)，回答下列問題： 

　　⑴分析比較_________號兩個燒杯的實驗數(shù)據(jù)，可以得出的初步結(jié)論是：在質(zhì)量和升高的溫度都相同時，____________________________。
　　⑵分別比較1、2號和3、4號燒杯的實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合（1）中的結(jié)論，歸納后可得出結(jié)論：物體溫度升高時吸收熱量的多少與_________這幾個因素有關(guān)。

　　分析：本題突出考查了實驗方法：控制變量法和轉(zhuǎn)化法。⑴在質(zhì)量和升高的溫度都相同時，根據(jù)熱量的計算，比熱容大的吸熱多。而熱量測不出來，但可以轉(zhuǎn)化為加熱時間來進行比較。
　　答案：（1）1、4；比熱容大的吸熱多。
　　（2）比熱容、質(zhì)量、升高的溫度。