2018初中物理竞赛教程(基础篇)：第16讲-比热容(附强化训练题及答案)

第16讲比热容16.1学习提要16.1.1燃料的热值1.热值的概念燃料燃烧时能放出热量，相同质量的不同燃料完全燃烧时放出的热量不一样。1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值，用字母q表示。2.热值的定义热值的定义式为q=Q/m3.热值的单位在国际单位制中，热值的单位是焦/千克（J/Kg），读作“焦每千克”。16.1.2比热容1.比热容的概念比热容简称比热，用字母c表示，是物质的特性之一，每种物质都有自己的比热容。比热容是指单位质量的某种物质，温度升高（或降低）1℃吸收（或者放出）的热量。2.比热容的定义式比热容的定义式为c=Q/m△t3.比热容的单位比热容的单位是一个组合单位，在国际单位制中，比热容的单位是焦/（千克.℃），读作“焦每千克摄氏度”。4.比热容的测定比热容是物质的特性之一，在许多热学问题上都要用到，所以测定物质的比热容很重要。在热传递过程中，如果没有热量的损失，那么低温物体吸收的热量应该等于高温物体放出的热量。（1）实验原理：热平衡方程式Q吸=Q放（2）实验方法：实验室一般采用混合法来测定物质的比热容。（3）实验器材：量热器、天平、温度计、待测金属块、适量的常温下的水和沸水。（4）实验步骤：①用天平分别测量小桶、搅动器、适量的常温下的水、待测金属块的质量；②将金属块放入沸水（100℃）中加热一段时间；③在量热器小筒内装入适量的常温下的水，并用温度计测出水的温度t1；④将金属块从沸水中取出，投入量热器的小筒内，合上盖子，用搅拌器上下搅动，直到量热器中温度达到稳定为止。⑤用温度计测出混合温度t2.（5）实验结果：设量热器和搅拌器是由比热容为c的同种物质做成，总质量为m；适量的常温下的水质量为m水，比热容为c水；待测金属块的质量为m金，比热容为c金。由于量热器、搅拌器、常温下的水的初温均为t1，待测金属块的初温为t2=100℃，混合后温度为t2。由热平衡方程式Q吸=Q放。可得cm(t1-t2)+c水m水（t2-t1）=c金m金（t0-t2）c金=[(cm+c水m水)（t2-t1）]/[m金(t0-t2)]16.2难点释疑16.2.1温度和热量温度表示物体的冷热程度。不论物体处于哪一种状态，总有某一个确定的温度。物体在热传递过程中温度会发生变化，物体从外界吸收热量，其温度一般会上升；物体向外界放出热量，其温度一般会下降。当吸收热量和放出热量的过程结束后，物体的温度仍然有一个确定的值。热量是物体在热传递过程中，吸收或放出热的多少。一个物体有某一个确定的温度值，并不能说一个物体就具有多少热量。所以不能说温度高的物体热量大，也不能说同一温度质量大的物体热量大。热量的多少只有在热传递过程中才具有意义。说的明确一点，热量只有在物体的温度发生变化或内能发生变化时才具有意义。物体的温度是某一个确定的值，对应于物体处于某一种状态。物体吸收（或者放出）的热量是某一个确定的值，对应于物体一定的温度变化（或物态变化）。在热传度过程中，物体吸收热量，温度会升高；放出热量，温度会降低，它反映了物体的两个不同的状态之间的一个变化过程。16.2.2量热器的使用量热器是热学实验的重要仪器。在测定物质的比热容等实验中，它能使物体与水之间进行热交换，又能减少热量损失。其结构如图16-1所示，其中A、B为大小两铜质圆筒，C为木架，D为木（或电木）盖，盖上有两个孔，中间较大的一个孔（附软木塞）插温度计用，边上较小的一个孔插铜质搅拌器。在用量热器测定物质（如铅块）的比热容时，应注意：①装入小筒内的水要适量，以能浸没金属块为宜；②金属块从沸水中取出到投入小筒内，动作要快，投入后要立即合上盖子，尽可能减小热损失，且投入的金属块不得带有沸水；③用搅拌器上下搅动，使液体的上下温度迅速均匀；④初温和混合温度的读取方法，已在“温度计的使用”中有过说明；⑤小筒和搅动器、水、金属块的质量用天平测量。粗略的测量比热容时，可忽略小筒和搅动器的吸热和放热，稍精确的测量则不能忽略。16.3例题解析16.3.1比热容概念的形成例1为研究物质的某种特性，某同学选取水、煤油两种物质做实验，表16-1记录了实验测得的数据及设法求得的有关数据。请根据表16-1中所提供的数据进行分析：（1）可初步归纳出的结论是________________；（2）为进一步研究物质的特性，该同学还应设计和增加表16-1中第7列（空栏）项目的名称是__________________________，请在该空栏下的空格中填入适当的数据，并由此可归纳出的结论是__________________，在物理学中如果要用一个物理量来反应第7列中概括出物质的特性，那么这个物理量的定义为_______________________。【解析】（1）对表16-1中的数据进行仔细分析可知，在这个实验中，所运用的研究方法是控制变量法。分析比较第1行与第2行（或第4行与第5行）的数据可以发现，实验所控制的变量分别为物质的种类和质量，研究吸收的热量跟升高的温度之间的关系。水或煤油的质量相等，当升高的温度增大到2倍，它吸收的热量也增大到2倍，由此可以得出结论1：质量相等的同种物质，吸收的热量跟它升高的温度成正比。分析比较第2行与第3行（或第5行与第6行）的数据可以发现，实验控制的变量分别是物质的种类和升高的温度，研究吸收的热量跟质量之间的关系。水或煤油升高的温度相同，当质量增大到2倍，它吸收的热量也增大到2倍。由此可以得出结论2：升到温度相同的同种物质，吸收的热量跟它的质量成正比。分析比较第1行与第4行（或第2行与第5行、第3行与第6行）的数据可以发现，实验所控制的变量分别为质量和升高的温度，研究吸收热量跟物质种类之间的关系。质量相同的水或煤油，升高的温度也相同，然而吸收的热量不同。由此可以得出结论3：质量相等，升高温度相同的不同物质，吸收的热量多少跟物质的种类有关。（2）再对表16-1中的数据进行分析，发现第1行与第6行的数据中，质量、升高的温度、物质的种类都不相同，那么，如何来比较这两次水和煤油的吸热本领呢？显然，可以与密度、压强等概念形成过程所采用的方法想类比，选择一个比较的标准，这个标准为：单位质量、温度升高1℃吸热的多少。因此，表16-1中第7列（空栏）项目的名称是：单位质量、温度升高1℃吸收的热量。通过计算可知，第7列的数据分别是4.2*103J/（Kg.℃）、4.2*103J/（Kg.℃）、4.2*103J/（Kg.℃）、2.1*103J/（Kg.℃）、2.1*103J/（Kg.℃）、2.1*103J/（Kg.℃）。分析这一列数据，可得出结论：对于确定的物质来说（如水或煤油），物质吸收的热量跟它的质量、升高的温度之比是一个确定的值。它跟吸收热量、质量、升高的温度均无关，而对于不同物质，这个比值却是不同的。在物理学中如果要用一个物理量来反应物质的这种特性（吸热是本领），这个物理量的定义应为：单位质量的某种物质，温度升高1℃吸收的热量。16.3.2用热量计算公式解题例2有甲乙两个温度和质量都相同的金属球，先把甲放入盛有热水的杯中，热平衡后水温降低了11℃，把甲球取出，再把乙球放入杯中，热平衡后，水温又降低了11℃，则两球比热容的大小关系是（）Ac甲c乙Bc甲=c乙Cc甲c乙D无法判断【【解析】同一杯热水，两次降低相同的温度，说明水两次放出的热量相同，即甲乙两球吸收的热量相同，由于两球质量相等，初温相同，末温甲球较高，即△t甲△t乙，根据c甲m甲△t甲=c乙m乙△t乙，有c甲c乙.故甲球比热容较小。【答案】C16.3.3用热平衡方程解题例3将11℃的冷水鱼66℃的热水混合成550kg，36℃的温水，在混合过程中有2.31*106J的热量损失掉了，问所用冷水和热水各多少千克？【点拨】当高温物体和低温物体放在一起时，高温物体放热，低温物体吸热，由能量守恒可知Q吸+Q损=Q放上式称为热平衡方程式，在热量的计算中有着极其重要的作用。【解析】因Q吸+Q损=Q放，则c水m1*25℃+Q损=c水m2*30℃，而m1+m2=550kg，由以上两式即可求得：m1=290kg，m2=260kg【答案】冷水的质量为290kg，热水的质量为260kg。例4将一勺温水倒入盛有冷水的量热器中，这时量热器中水的温度升高了5℃，再加以勺同样的温水，温度又上升了3℃。问：（1）继续再加7勺同样的温水，则此量热器中水温还将上升多少？（2）如果不断向量热器内加同样的温水，量热器中的温水最终比开始时升高多少？（假设量热器容积比勺的容积大得多且不计热量损失）【点拨】把再加一勺同样的温水，温度又上升了3℃理解为“连加两勺同样的水，温度上升了8℃”【解答】（1）设每勺水的质量为m，温度为t，冷水的质量为m冷，温度为t冷。由于不计热量损失，热平衡方程Q吸=Q放，可得：C水m冷*5℃=C水m（t-t冷-5℃）C水m冷*8℃=C水2m（t-t冷-8℃）解得：t-t冷=20℃，即温水与冷水的温度相差20℃。若继续加7勺同样的温水，相当于共加了9勺温水，则C水m冷△t=9m（t-t冷-△t）可得：△t=15℃，则△t’=△t-8℃=7℃（2）不断向量热器内加同样的温水，由于温水与冷水的温度差为20℃，则最终量热器中的水温度将升高20℃。【答案】7℃，20℃A卷1.用两只相同的玻璃杯，装上质量和温度都相同的水和黄沙，将它们同时放在阳光下晒，经过一段时间后，黄沙的温度比水的温度高。在这个小实验中，用两只相同的透明玻璃杯同时放在阳光下晒相同的时间，是为了使黄沙和水吸收_________________（忽略水和黄沙在热传递方面的差异）。从这个实验可知，相同质量的不同物质________________________________________。由此引入了表示物质的这一方面特性的物理量_______________，其符号是______________，单位是______________，读作______________________。2.水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），意义是______________________________。在常见物质中，水的比热容较________（选填“大”或“小”）。3.物体在热传递过程中吸收的热量，与物质的比热容、物体的质量以及物体_____有关。4.质量相等的煤油和水，吸收相等的热量、温度升高得多的是煤油，这是因为_______。由此推理，质量相等的煤油和水，若升高相等的温度，煤油吸收的热量___________水吸收的热量（选填“大于”、“等于”或“小于”）。5.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，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）6.上海市重大公共绿地建设工程之一的太平桥绿地已于2001年6月8日竣工。绿地中的人工湖具有“吸热”功能，炎夏时它能大大降低周边地区的热岛效应。若人工湖湖水的质量为1.0×107kg，水温升高2℃，则湖水吸收的热量为_____________J。（已知c水=4.2×103J/（kg·℃））7.表16-2为某同学根据中央电视台《天气预报》栏目记录的上海和兰州两地某年5月3日到5月5日三天内每日气温的最高值和最低值。从表16-2中可以看出____________现象，造成这种现象的主要原因是___________________________________________。8.关于热量和温度，下列说法正确的是（）A.物体温度越高，所含热量越多B.物体温度降低，吸收的热量越少C.物体的质量越大，放出的热量越多D.以上说法都不对9.质量、温度都相同的两块不同金属，吸收相同的热量后（）A.两金属块温度相等B.比热容较大的金属块温度高C.比热容较小的金属块温度高D.无法比较两金属块温度的高低10.汽车发动机用水作冷却剂是因为（）A.水的密度大B.水没有腐蚀作用C.取水方便D.水的比热容大11.下列说法