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一、实验探究比热容
有关比热容的实验探究,同学们既要注重实验操作,又要善于挖掘实验中存在的问题,加强知识间的横向联系.
例1在“比较两种液体比热容的大小”的实验中,提供装有液体、发热电阻丝和温度计的烧瓶若干(各烧瓶完全相同;各烧瓶中的液体种类不同、质量相同;各烧瓶中发热电阻丝完全相同),其他器材任选.
(1)小明选用的两个烧瓶中分别装有A、B两种液体,选用的其他器材及实物连接图如图所示.给A、B两种液体加热时,小明“先闭合S1和S2,后闭合S3,一段时间后,断开S3”,这样操作可保证加热时间,其目的是使两种液体.通过观察,发现A液体中温度计示数的变化量大,则液体比热容大.
(2)小明将装有A液体的烧瓶换成装有C液体的烧瓶,将装有B液体的烧瓶换成装有D液体的烧瓶.其他器材及实物连接关系不变,又做了一次实验.他“先闭合S1和S2,后闭合S3,发现C液体温度升高得快,一段时间后,断开S1,同时记下C液体中温度计示数的变化量Δt.又过了一段时间,当D液体中温度计示数的变化量也等于Δt时,断开S2.”因为液体加热时间短,所以液体比热容小.
解析(1)这样操作可保证加热时间相同;目的是使两液体吸收相同的热量.第(1)问第3空和第(2)问是对实验现象的细致观察和对实验方案的深入理解.吸收相同的热量温度变化量大的比热容反而小,或者升高相同的温度吸收热量多的比热容大,所以第(1)问的第3空应填B;第(2)问因为C液体加热时间短,所以C的比热容小.
例2为了比较水和沙子吸热本领的大小,小明做了如下实验:在两个相同的烧杯中分别装入质量、初温相同的沙子和水,并用两个相同的酒精灯对其加热,实验数据如下表所示:
(1)在此实验中,用加热时间的长短来表示物质.
(2)实验中有些同学发现:刚开始加热时,水升高的温度高一些,你认为可能的原因是.
解析(1)中应填“吸收热量的多少”.第(2)问是对实验现象的细致观察与深层次思考.刚开始加热时,并不是沙子升高的温度高而是水升高的温度高,存在这一现象的原因可能是:水的导热性能比沙子好;沙子里的温度计的玻璃泡插入较浅;没有用搅拌棒搅拌等.
二、水的比热容的应用
例3汽车散热器等制冷设备常用水作为冷却剂,这是利用了水的较大的性质;如果汽车散热器中装有5kg的水,在温度升高10℃的过程中,水吸收的热量是
J.[已知c水=4.2×103J/(kg·℃)]
解析因为在质量和温度的改变量相同的情况下,比热容越大的物质吸收的热量越多,所以作为冷却剂或散热物质的比热容越大,相同条件下,带走的热量越多,冷却或散热的效果越好.所以通常用水做冷却剂.利用公式Q=cmΔt可得,水吸收的热量为2.1×105J.
例4家用电器中大功率电子元件在工作时会产生较多热量,为了尽快散热,通常在大功率元件上加装金属散热片,下表是四种材料的比热容,选做散热片最好的材料是().
A.铝B.铁C.锌D.铅
解析铝的比热容较大,是散热片的最好材料.
三、走出热量计算的“陷阱”
例5质量为10kg、温度为30℃的水温度降低20℃时将放出多少热量?
错解Q放=cm(t-t0)
=4.2×103J/(kg·℃)×10kg×(30℃-20℃)
=4.2×105J.
解析很多同学因没有抓住题中的关键词造成错解.“30℃的水温度降低20℃”这里“30℃”是初温,但“20℃”不是末温,而是水变化了的温度Δt.故
Q放=cmΔt
=4.2×103J/(kg·℃)×10kg×20℃
=8.4×105J.
例6质量为500g的铝壶中盛有质量为3kg、初温为15℃的水,在1标准大气压下将水加热至沸腾,需要吸收多少热量?[c铝
=0.88×103J/(kg·℃)]
错解Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×3kg×(100℃-15℃)
=1.071×106J.
解析水放在铝壶中加热至沸腾,不但水要吸热,铝壶也要吸热,上述错题中没有考虑铝壶也要吸收热量的问题,总共吸收的热量
Q=Q水吸+Q铝吸=c水m水(t-t0)+c铝m铝(t-t0)
=4.2×103J/(kg·℃)×3kg×(100℃-15℃)+0.88×103J/(kg·℃)×0.5kg×(100℃-15℃)
=1.1084×106J.
例7在1标准大气压下,质量为1kg、温度为85℃的水吸收了8.4×104J的热量后,水温将升高多少?
错解Δt=■=■
=20℃.
解析在1标准大气压下,水的沸点是100℃,当水温升到100℃时,水就开始沸腾,这时水吸收热量,但温度保持不变,题目中初温为85℃的水,若温度再升高20℃,末温将达到t=t0+Δt=85℃+20℃=105℃,这是不符合客观实际的,故水温将升高Δt=t-t0=100℃-85℃=15℃.
有关比热容的实验探究,同学们既要注重实验操作,又要善于挖掘实验中存在的问题,加强知识间的横向联系.
例1在“比较两种液体比热容的大小”的实验中,提供装有液体、发热电阻丝和温度计的烧瓶若干(各烧瓶完全相同;各烧瓶中的液体种类不同、质量相同;各烧瓶中发热电阻丝完全相同),其他器材任选.
(1)小明选用的两个烧瓶中分别装有A、B两种液体,选用的其他器材及实物连接图如图所示.给A、B两种液体加热时,小明“先闭合S1和S2,后闭合S3,一段时间后,断开S3”,这样操作可保证加热时间,其目的是使两种液体.通过观察,发现A液体中温度计示数的变化量大,则液体比热容大.
(2)小明将装有A液体的烧瓶换成装有C液体的烧瓶,将装有B液体的烧瓶换成装有D液体的烧瓶.其他器材及实物连接关系不变,又做了一次实验.他“先闭合S1和S2,后闭合S3,发现C液体温度升高得快,一段时间后,断开S1,同时记下C液体中温度计示数的变化量Δt.又过了一段时间,当D液体中温度计示数的变化量也等于Δt时,断开S2.”因为液体加热时间短,所以液体比热容小.
解析(1)这样操作可保证加热时间相同;目的是使两液体吸收相同的热量.第(1)问第3空和第(2)问是对实验现象的细致观察和对实验方案的深入理解.吸收相同的热量温度变化量大的比热容反而小,或者升高相同的温度吸收热量多的比热容大,所以第(1)问的第3空应填B;第(2)问因为C液体加热时间短,所以C的比热容小.
例2为了比较水和沙子吸热本领的大小,小明做了如下实验:在两个相同的烧杯中分别装入质量、初温相同的沙子和水,并用两个相同的酒精灯对其加热,实验数据如下表所示:
(1)在此实验中,用加热时间的长短来表示物质.
(2)实验中有些同学发现:刚开始加热时,水升高的温度高一些,你认为可能的原因是.
解析(1)中应填“吸收热量的多少”.第(2)问是对实验现象的细致观察与深层次思考.刚开始加热时,并不是沙子升高的温度高而是水升高的温度高,存在这一现象的原因可能是:水的导热性能比沙子好;沙子里的温度计的玻璃泡插入较浅;没有用搅拌棒搅拌等.
二、水的比热容的应用
例3汽车散热器等制冷设备常用水作为冷却剂,这是利用了水的较大的性质;如果汽车散热器中装有5kg的水,在温度升高10℃的过程中,水吸收的热量是
J.[已知c水=4.2×103J/(kg·℃)]
解析因为在质量和温度的改变量相同的情况下,比热容越大的物质吸收的热量越多,所以作为冷却剂或散热物质的比热容越大,相同条件下,带走的热量越多,冷却或散热的效果越好.所以通常用水做冷却剂.利用公式Q=cmΔt可得,水吸收的热量为2.1×105J.
例4家用电器中大功率电子元件在工作时会产生较多热量,为了尽快散热,通常在大功率元件上加装金属散热片,下表是四种材料的比热容,选做散热片最好的材料是().
A.铝B.铁C.锌D.铅
解析铝的比热容较大,是散热片的最好材料.
三、走出热量计算的“陷阱”
例5质量为10kg、温度为30℃的水温度降低20℃时将放出多少热量?
错解Q放=cm(t-t0)
=4.2×103J/(kg·℃)×10kg×(30℃-20℃)
=4.2×105J.
解析很多同学因没有抓住题中的关键词造成错解.“30℃的水温度降低20℃”这里“30℃”是初温,但“20℃”不是末温,而是水变化了的温度Δt.故
Q放=cmΔt
=4.2×103J/(kg·℃)×10kg×20℃
=8.4×105J.
例6质量为500g的铝壶中盛有质量为3kg、初温为15℃的水,在1标准大气压下将水加热至沸腾,需要吸收多少热量?[c铝
=0.88×103J/(kg·℃)]
错解Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×3kg×(100℃-15℃)
=1.071×106J.
解析水放在铝壶中加热至沸腾,不但水要吸热,铝壶也要吸热,上述错题中没有考虑铝壶也要吸收热量的问题,总共吸收的热量
Q=Q水吸+Q铝吸=c水m水(t-t0)+c铝m铝(t-t0)
=4.2×103J/(kg·℃)×3kg×(100℃-15℃)+0.88×103J/(kg·℃)×0.5kg×(100℃-15℃)
=1.1084×106J.
例7在1标准大气压下,质量为1kg、温度为85℃的水吸收了8.4×104J的热量后,水温将升高多少?
错解Δt=■=■
=20℃.
解析在1标准大气压下,水的沸点是100℃,当水温升到100℃时,水就开始沸腾,这时水吸收热量,但温度保持不变,题目中初温为85℃的水,若温度再升高20℃,末温将达到t=t0+Δt=85℃+20℃=105℃,这是不符合客观实际的,故水温将升高Δt=t-t0=100℃-85℃=15℃.