2018年九年级物理上册第十二章内能与热机挖掘图象信息求解比热容问题新版粤教沪版
- 格式:docx
- 大小:38.05 KB
- 文档页数:4
解读“热和能”图象题一、利用图像求比热容大小 例1用两个相同的电热器给质量相同的物质甲和水加热,它们的温度随加热时间的变化关系如图1所示,据此判断物质甲的比热容为( )A .2.1×103J/(kg ·℃)B .4.2×103J/(kg ·℃)C .1.2×103J/(kg ·℃)D .条件不足,不能确定解析 由图1知质量相同的物质甲和水升高相同的温度(都从0℃升高到60℃)所需加热时间之比为10min ∶20min=1∶2即吸热之比Q 吸甲∶ Q 吸水= 1∶2。
又由Q 吸=cm △t知,在m 和△t 都相同时,Q 吸与c 成正比,易知c 甲∶c 水= 1∶2,而c 水=4.2×103J/(kg·℃),故c 甲=2.1×103J/(kg·℃)。
答案 A二、根据图像比较物质比热容大小 ① 根据图像比较不同物质比热容大小 例2 如图2是甲、乙两个相同质量的物体吸热后温度升高的情况,图中横坐标是物体温度的变化,纵坐标是物体吸收的热量。
关于甲乙两种物质的比热容的大小,下列判断正确的是( )A .c 甲>c 乙B .c 甲<c 乙C .c 甲=c 乙D .无法判断 解析 方法一:由图2可知,在吸热相同的情况下,液体甲温度变化量小。
由Q 吸=cm △t 可知,在质量相同、吸热相同的情况下,温度变化与比热容大小成反比即温度变化量小的液体比热容大,故甲的比热容大。
方法二:由图2可知,在温度变化相同的情况下,甲液体吸热多。
由Q 吸=cm △t 可知,在质量相同、温度变化相同的情况下,吸热多少与比热容大小成正比,即同等条件下,吸收热量多的液体比热容大,故甲的比热容大。
答案 A说明: ①对于初温不相同的液体也可按上述思路求解:在质量和吸热相同的情况下,通过比较温度变化来比较比热容的大小或在质量和温度变化相同的情况下,通过比较吸热多少来比较比热容的大小;②若已知条件中没有明确质量大小关系,是无法判断比热容的大小的。
12.3.1比热容一、教学目的:1、尝试用比热容解释简单的自然现象.2、能根据比热容进行简单的热量计算.3、了解比热容的概念,知道比热容是物质的一种属性.二、教学重点和难点:1、比热容的概念和热量有关计算.2、理解比热容概念并能利用它解释有关现象.三、教具准备:电加热器四、教学过程:(一)、引入新课在学生理解“水温度升高时吸收的热量和水的质量、温度升高的度数有关,水的质量越大,温度升高的度数越多,吸收的热量越多”的基础上,让学生讨论所有的物质,在质量相等、温度升高的度数也相等时,吸收的热量之间的关系。
(二)、进行新课(1)演示实验:出示盛有等质量的水和煤油的两只烧杯,但我们明显地看出两者的体积不相同,这是为什么?(请学生回答)不同的物质其密度不同,密度是物质的属性。
介绍电加热器(俗称:“热得快”),强调电加热器每一秒钟放出的热量是一定的,两个电加热器是相同的,在相同的时间里它们放出的热量也是相等的。
请两名同学帮助观察温度计,并随时报告温度。
实验结果:煤油温度升得快。
这表明质量相等的水和煤油在温度升高的度数相同时,水吸的热量比煤油多。
(2)比热容:换用其他物质,重复实验,得到的结果是类似的。
就是说,质量相等的不同物质,在温度升高的度数相同时,吸收的热量是不同的。
那么,我们应该怎样表示上述实验所反映的物质特性呢?单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量叫做这种物质的比热容,简称比热。
比热是通过比较单位质量的某种物质温升1℃时吸收的热量,来表示各种物质的不同性质。
(3)比热的单位:在国际单位制中,比热的单位是焦/(千克•℃),读作焦每千克摄氏度。
(4)比热表比热是物质的一种特性,各种物质都有自己的比热。
物理学中,常把由实验测定的物质的比热,列成表格,便于查找。
课本中列出了几种物质的比热,请同学们查出铝的比热及它的单位。
你能具体地说明铝的比热的物理意义吗?(提问)从表中可以看出,各物质中水的比热最大。
在同样受热或冷却的情况下,水的温度变化要小些。
比较法复习内能《内能》一章内容中有很多易混概念,比如做功和热传递,温度、热量和内能,这些概念之间既相互联系,又有明显的区别,下面采用列表对比法比较这些概念,以帮助同学们学习。
一、改变物体内能的两种方式比较加了,可能是利用了做功的方法,也可能是利用了热传递的方法。
例1 下列现象中,不是通过做功改变内能的是()A.两手相互搓搓,手感到热B.用打气筒打气时,筒壁发热C.用热水袋暖手,手感到热D.用砂轮磨刀,刀的温度升高解析两手相互摩擦,机械能转化为内能,使手的内能增加,温度升高,属于做功改变物体的内能;用打气筒打气时,活塞压缩空气做功,活塞克服与筒壁间的摩擦做功,机械能转化为内能,内能增加,使打气筒壁变热,属于做功改变物体的内能;用热水袋暖手,是热水袋的内能一部分转移到手上,是用热传递方式改变了物体的内能;用砂轮磨刀,砂轮与刀互相摩擦,机械能转化为内能,使刀的内能增加,温度升高,属于做功改变物体的内能。
答案 C或“不变”只能能减小(晶体熔化或液体沸腾吸热,内(或放出)热量,因为做功也可以改变物体的内能;2.物体温度变化了,不一定吸收(或放出)热量,如摩擦生热;物体吸收(或放出)了热量,物体温度不一定改变,如晶体的熔化过程吸热但温度不变。
例2 关于温度、内能、热量和做功,下列说法正确的是()A.物体的内能增加,一定是从外界吸收了热量B.0℃的冰没有内能C.做功可以改变物体的内能D.物体放出热量时,温度一定降低解析物体温度升高可能是外界对它做了功,也可能是通过热传递从外界吸收了热量,故A说法错误;一切物体都有内能,0℃的冰块具有内能,故B选项说法错误;改变物体内能的两种方式:做功和热传递,所以C说法正确;物体放热时,温度不一定下降,比如:液体凝固形成晶体的过程中虽然继续放热,但温度是不变的;故D说法错误。
答案 C2。
图说“认识内能”一、内能图片课本P22 图12-1图12-1图片解读运动着的篮球具有动能,同样地,运动着的分子也具有动能。
自由下落的苹果因和地球之间互相吸引,苹果具有重力势能,分子之间相互吸引,分子也具有势能。
弹簧被压缩,弹簧的各部分因互相排斥而具有势能,同理,分子之间相互排斥致使分子也具有势能。
由宏观物体具有的特性来推知相似的微观物体也具有同样的特性,这种研究方法称为类比法。
例1 人类在探索自然规律的过程中,总结出了许多科学研究方法,如:“控制变量”、“类比”、“模型”等,如图1所示的两个例子都运用了上述的方法说明分子也具有动能和势能。
图1解析运动着的乒乓球具有动能,分子不断运动,必然具有动能。
地球和月球之间相互吸引具有势能,而相互吸引的分子也具有势能。
采用类比的方法,说明了分子既具有动能也具有势能。
答案类比。
二、做功改变物体的内能图片课本P24 图12-4(b)图片解读迅速按下活塞,活塞对筒内空气做功,空气的内能增加,温度升高,达到棉花的燃点,棉花燃烧。
这个实验说明,做功可以改变物体的内能,在这个过程中,机械能转化为内能。
图12-4(b)图2例2 (2015广州)如图2所示,在一个配有活塞的厚玻璃筒内放一小团硝化棉,迅速下压活塞,硝化棉燃烧。
下列说法正确的是()A.迅速向上抽活塞,硝化棉也能燃烧B.此实验只通过热传递改变筒内空气的内能C.下压活塞的过程,空气的内能转化为活塞的机械能D.硝化棉燃烧,是因为玻璃筒内空气的温度升高,内能增大解析迅速下压活塞时,活塞对筒内空气做功,筒内空气的内能增加,温度升高,达到硝化棉的着火点,从而使硝化棉燃烧。
答案 D三、热传递改变物体的内能图片课本P24 图12-5(b)图12-5(b)图片解读烧水时燃料燃烧释放出热量,热量被壶底吸收,壶底又把热量传给水,水吸收热量后,内能增加,温度升高,达到水的沸点,从而使水沸腾。
在这个过程中,水的内能是通过热传递的方式来改变的。
“比热容”易错题分类解析比热容的单位是,它是初中阶段唯一的由三个物理量单位复合而来的,很多同学在初学时感到困难。
在学习过程中,从概念的理解到运用,都处于出错的范围之中。
一、无法区分“比热容”的决定因素与无关因素例1 关于比热容,下列说法正确的是()A.物体的比热容跟物体吸收或放出的热量有关B.物体的比热容跟物体的温度有关C.物体的质量越大,它的比热容越大D.物体的比热容与温度、质量都没有关系易错解 A、B、C解析很多同学根据公式得出了错误的结论,其根本原因就是没有控制其他物理量,却来进行单方面的关系判断。
可以想象,一个物体吸收热量越多,温度升得越高,但热量与温度的比值却不变,所以物体的比热容与热量、温度均无关。
同理,也可以得出比热容与质量无关。
答案 D点拨根据定义式可以计算某种物质的比热容,但这只是比热容的计算式,而不是比热容的决定式。
比热容是物质的一种属性,与物质的质量、温度及吸收(或放出)的热量无关,只与物质的种类、状态等因素有关。
二、没有注意到物理现象的初始条件例2 质量相等的铁块和水,吸收相同的热量后,将铁块投入水中,则(已知<)()A.热从铁块传到水B.热从水传到铁块C.铁块和水之间没有发生热传递D.条件不足,无法判断易错解 A、C解析同学们看到题目中的不同物质质量相等,且吸收的热量相同,往往认为不会发生热传递,错选C;有的看出了端倪,根据公式,在Q、m相同时,由于<,所以>,往往认为最后热量是由铁块传给水,错选A。
仔细分析题目,并没有告诉我们铁块和水的初温高低,仅凭温度变化量是不能判断末温高低的,也就不能判断热量传递的方向。
答案 D点拨发生热传递的条件是存在温度差,热量总是从高温物体传向低温物体,或由物体的高温部分传向低温部分。
三、不善于利用图象描绘物理结论例3 水的比热容比煤油的大。
如图甲,用规格相同的两试管分别装上质量相同的煤油和水,隔着石棉网同时对两试管加热。
图乙中的哪一图线能反映该实验情况()易错解A 、B解析水和煤油用同一酒精灯加热,在相同的时间内吸收的热量相等。
第12章内能与热机单元总结1、内能:把物体内所有的分子动能与分子势能的总和叫做物体的内能。
2、单位:焦耳,符号J3、改变内能的方式:做功;热传递。
物体放出热量,它的温度( )A.一定降低 B.一定升高C.一定不变 D.可能降低也可能不变【答案】D【解析】物体放热时内能减小,温度不一定降低;如晶体在凝固的过程中,虽然继续放热,但温度是不变的,故选ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
物下例事例中,属于用热传递的方法改变内能的是( )A.地球外的陨石,坠入地球的大气层,成为流星B.炎热的夏天,西瓜在冷水浸泡后吃起来更加凉爽可口C.划着火柴,火柴燃烧D.锯木头时,锯条变得烫手【答案】B【解析】A.流星是由于陨石与大气摩擦,温度升高,达到燃点燃烧形成的,是做功改变了它的内能,A不符合题意;B.西瓜在冷水浸泡后温度降低,是由于西瓜与冷水之间发生了热传递改变了它的内能,B符合题意;CD.划火柴、锯木头,都是由于外界对他们做功内能增大,CD不符合题意。
故选B1、同一个物体,它的温度越高,内能越大。
物体内能的大小,除与温度有关外,还与物体的体积、状态、质量等因素有关。
2、一切物体都有内能。
3、内能与机械能的区别:物体的内能大小与物体内部分子的热运动以及分子间的相互作用情况有关,是物体能量的微观表现;物体的机械能则与整个物体的机械运动情况及相对位置有关,是物体能量的宏观表现。
物体的内能在任何情况下都不会为零(因为分子不停地做无规则运动总有动能),而物体的机械能可以相对为零。
所以内能和机械能是两种不同形式的能量。
4、(1)对物体做功,物体的内能会增加。
①实验:如下图所示,在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花,把活塞迅速压下去,可以看到棉花燃烧起来了。
这是因为活塞压缩空气做功,使空气的内能增加,温度升高,达到了棉花的燃点,使棉花燃烧。
②结论:对物体做功,物体的内能会增加。
(2)物体对外做功,本身的内能会减少①实验:如下图所示,大口玻璃瓶内有一些水,水的上方有水蒸气。
温度、内能和热量解读温度、内能和热量是三个既有区别又有联系的物理量,说到它们之间的关系,不少同学都觉得有一种“剪不断,理还乱”的感觉。
确实如此,由于它们之间的关系既密切相关,又有本质上的区别,因而不少同学对于它们之间的辨证关系总是感到模糊不清,不易掌握。
1.三者的概念区别(1)温度:温度是用来表示物体冷热程度的物理量。
它反映的是物体内分子做无规则运动的剧烈程度,温度只能说“升高”、“不变”或“降低”,但温度不能传递,温度的单位是摄氏度(℃)。
(2)热量:热量是指热传递过程中,传递能量的多少。
它总是伴随着热传递而出现,是一个过程量,因而热量是与热传递过程相联系的物理量,若没有热传递的发生,就谈不上热量,故也就不能说一个物体“有多少”或“含有多少”热量,而只能说“吸收了”或“放出了”多少热量。
热量的单位是焦(J)。
(3)内能:内能是物体内部所有分子做无规则运动具有的动能与分子势能的总和。
内能是能的一种形式,从宏观看,物体内能大小与物体的温度有关;从微观看,物体的内能与物体内部所有分子的热运动及分子间的相互作用有关。
总的来说,当同一物体的温度升高时,内能增大;温度降低时,内能减少。
2.三者的辨证关系要揭示三者的辨证关系,可用两个“一定”和四个“不一定”来对它们进行总结。
(1)两个“一定”①物体的温度变化,其内能一定变化。
因为物体的温度改变,其内部分子无规则运动剧烈程度也随之改变,故内能也会改变。
所以物体的温度升高(降低),其内能一定增加(减少)。
②物体吸收(放出)热量,其内能一定改变。
物体吸收或放出热量,也就是发生了热传递。
而热传递则是改变物体内能的方法之一,在不考虑做功的情况下,物体吸收热量,内能增大;放出热量,内能减少。
(2)四个“不一定”①物体内能改变,其温度不一定改变。
晶体在熔化(或液体凝固形成晶体)过程中必须吸收(或放出)热量,晶体由于吸收(或放出)了热量,其内能增加(或减少),但晶体物质在熔化(或液体凝固形成晶体)过程中温度却是不变的。
明确关系 轻松解题我们知道,热机在一个工作循环里,要经历四个冲程,曲轴和飞轮均转两圈,活塞往复运动两次,对外做功一次,火花塞点火一次(汽油机),喷油嘴喷油一次(柴油机),故可得到各物理量之间的关系式:做功次数=点火(喷油)次数=2飞轮转动圈数=2活塞往复次数=4冲程个数(相同时间内)。
先利用该关系式求解几例。
例1 (2015 镇江)如图所示,工作中的四冲程汽油机正处于 冲程,该冲程将 转化为机械能。
若该汽油机每秒完成40个冲程,则每秒它对外做功 次、飞轮转过 圈。
解析 汽油机的电火花打火,进气门、排气门关闭,活塞向下运动,应是做功冲程。
汽油机做功冲程是将内能转化为机械能。
该汽油机每秒完成40个冲程,由做功次数=2飞轮转动圈数=4冲程个数知,每秒它对外做功10次,飞轮转过20圈。
答案 做功 10 20例2 某单杠四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm 2,一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm ,满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105P a ,飞轮1min 转动1800周,当汽油机满负荷工作时(不计摩擦),求:(1)一个做功冲程中燃气对活塞做的功;(2)汽油机的功率。
解析 (1) 做功冲程中燃气对活塞的平均压力:F =pS =9.0×105Pa×30×10-4m 2=2700N一个做功冲程中燃气对活塞做的功: W 0=Fs =2700N×50×10-3m =135J(2)飞轮1min 转动1800周表明该汽油机每秒钟内飞轮转30转,由做功次数= 2飞轮转动圈数知,每秒钟做功次数=230=15,故做功一次所用时间为151s 。
故汽油机的功率:P =00t W =s 151J 135=2025W 。
答案 (1)135J (2) 2025W反馈练习1.(2015 枣庄)一台柴油机飞轮的转速为2400r/min,则在1s内,柴油机完成个冲程,对外做功的次数是。
“比热容”问题分类指导 一、比较物质比热容的大小比较不同物质比热容的大小有两种方法:一是对质量相同的不同物质加热相同时间,升温快的比热容小;二是使质量相同的不同物质升高相同的温度,加热时间长的物质的比热容大。
例 1 两个相同的容器分别装满了质量相同的甲、乙两种液体。
用同一热源分别加热,液体温度与加热时间关系如图所示,由此可知( )A.如果升高相同的温度,两液体吸收的热量相同B.甲液体的比热容大于乙液体的比热容C.加热相同的时间,甲液体吸收的热量大于乙液体吸收的热量D.甲比乙温度升高得快,乙的比热容大于甲的比热容解析 由图可知,如果甲、乙升高相同温度(图象纵坐标相同),需要对乙加热更多的时间,即乙液体吸收的热量比甲多,A 错误;在质量和温度变化相同的情况下,吸收热量多的比热容就大,B 错误;用同一热源分别加热,加热时间相同,则两种液体吸收的热量相等,C 错误;由题中图象可以看出,加热相同时间(图象横坐标相同),甲液体升高的温度(纵坐标)比乙多,根据热量计算公式t cm Q ∆⋅=可知,乙的比热容大于甲的比热容,D 正确。
答案 D二、判断热传递的方向求解此类问题要运用两个知识点:一是吸收或放出热量的公式t cm Q ∆⋅=;二是发生热传递时,要判断热传递的方向,实际上只需判断出物体吸收或放出一定的热量后末温的高低。
例2 已知铜的比热容大于铅的比热容,质量相等、初温相同的铜块和铅块:(1)若将它们分别加热、吸收相等的热量后,再将它们互相接触,则( )(2)若将它们分别放出相等的热量后,再将它们互相接触,则( )A.热量从铅向铜传递B.不发生热传递C.热量从铜向铅传递D.无法判断解析 (1)本题可采用比较分析法解答,具体思路为:①明确已知条件,本题中铅铜m m =、铅吸铜吸Q Q =、铅铜c c >②由t cm Q ∆⋅=写出表达式,)(01t t m c Q -=铜铜铜吸,)(02t t m c Q -=铅铅铅吸 ③运用数学知识进行比较,并得出结论)(01t t m c Q -=铜铜铜吸)(02t t m c Q -=铅铅铅吸时间/mint 1<t 22 故热量由铅传给铜,A 选项正确。
图说“比热容和热机”一、物质的比热容图片课本P32 图12-11图1图片解读用相同的热源给质量相同的砂石和水加热,砂石和水吸收相同的热量,砂石的温度升高得多。
要使砂石和水升高相同的温度,给水加热的时间要长一些,这说明水吸收的热量多。
这个实验说明,质量相同的不同物质,升高相同的温度,吸收的热量不同。
推理可知,质量相同的不同物质,吸收相同的热量,比热容小的物质温度变化大;质量相同的不同物质,温度变化相同时,比热容大的物质吸热(或放热)多。
例1 (2015潍坊)(多选)用相同的酒精灯分别对a、b两液体加热(如图2甲),根据测得数据分别描绘出两液体的温度随加热时间变化的图像(如图2乙).在相同的时间内两液体吸收的热量相等,不计液体热量散失,分别用m a、m b、c a、c b表示a、b两液体的质量和比热容,则结合图中信息作出的下列推断正确的是()图2A.若m a=m b,则c a>c bB.若m a=m b,则c a<c bC.若c a=c b,则m a<m bD.若c a=c b,则m a>m b答案BC例2 (2014龙岩)如图3所示,隔着石棉网同时加热两规格相同的试管,试管中分别装有质量相同、初温均为20℃的煤油和水。
若加热时间相同,则煤油和水吸收的热量_____(选填“相同”或“不同”);若煤油和水的温度都升高到40℃,则____需加热较长的时间。
(c水>c煤油)图3解析相同时间内两种液体吸收的热量相同.相同质量的水和煤油,升高相同的温度,水的比热容大,水吸收的热量多。
答案相同水二、比热容的应用图片课本P34 图12-12图4图片解读与其他物质相比,水的比热容最大,在质量相同、温度变化相同的情况下,水吸收或放出的热量多。
因此,北方的冬季常用水循环来取暖,这里利用了水放热的原理;汽车常用水来做制冷剂,这里利用了水吸热的原理。
例3 (2014抚顺)如图5所示为一张水床,夏天人躺在床垫上会明显凹陷进去,说明力可以改变物体的___,同时又利用了水大的特点来为人体降温。
12.3 研究物质的比热容【教学目标】1.知道比热容的概念,会用比热容的知识分析、判断有关问题.2.会查物质的比热容表.【教学重难点】 1.理解比热容的物理意义.2.用比热容知识解释有关现象或问题.【教学器材】酒精灯、烧杯、水、砂石、温度计、铁架台.【教学过程】导入新课据有关专家预测,我国目前最大的水电站——三峡水电站建成后,三峡水库区的气温会受到一定的影响:夏天气温将比原来下降2 ℃左右,而冬天气温将比原来升高2 ℃左右,请你们猜一猜可能的原因是什么? 海边的故事:中午沙子很烫而水不烫;晚上沙子很凉而水不凉.思考:为什么在同一时刻沙子和海水的温度却不一样呢? 这就是本节课要学习的:不同物质吸、放热性能的问题(比热容). 推进新课 一、探究物质的吸热、放热性能实验探究:物质的吸热本领一样吗?1.演示实验:取两个相同的烧杯,甲烧杯里装水,乙烧杯里装相同质量的砂石,它们的初温相等.用相同的酒精灯同时给它们加热相同的时间,观察二者温度的变化.2.思考:质量相等的水和砂石,当它们升高的温度相同时,加热的时间长短是否相同?这个事实说明了什么?3.结论:质量相等的不同物质,在升高相同的温度时,吸收的热量是不相等的.所以,不同种类的物质吸、放热的本领不相同.4.通过实验我们可以看出不同种类的物质吸收相同的热量,升高的温度不同;而升高(或降低)相同的温度,所吸收(或放出)的热量也不同,那么用什么方法来描述物质的这一特性呢?用比热容这一物理量来描述这一特性.二、什么是比热容1.定义:单位质量的某种物质温度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量,叫做这种物质的比热容.2.符号:c3.单位:J/(kg ·℃) 读作“焦每千克摄氏度”.4.物理意义:水的比热容4.2×103J/(kg ·℃)表示1kg 的水温度升高(或降低)1℃所砂吸收(或放出)的热量是4.2×103J. 学生查看比热容表、练习并查找水的比热容、冰的比热容、明白比热容的大小变化规律.5.比热容的计算:t cm Q Δ计算:2kg 的水温度从20℃升高到80℃吸收多少热量?6.一些常见物质的比热容(1)比热容是物质的一种属性.与质量、体积、形状、温度、位置等无关.(受状态影响,例如:水和冰的比热容不同)(2)不同物质比热容一般不同;比热容相同的, 不一定是同种物质.(3)水的比热容最大.三、水的比热容比较大的应用“水的比热容大”这一特点在人们的日常生活和生产中具有重要的意义.讨论 :1.汽车发动机为何用水来冷却?2.冬天的散热器(俗称暖气片)为何用热水供暖?这是因为水的比热大.在温度变化相同时,水吸收(放出)的热量最多,冷却(供暖)效果最好.单位:J /(Kg·℃)。
两个热量公式的运用辨析t cm Q ∆=和qmQ =都可以用来计算热量,但它们使用的对象是不同的,很多同学对这两个公式的理解十分模糊,导致无法正确使用。
一、区别t cm Q ∆=适用于任何物体,它是用来计算物体温度发生改变时,吸收或放出热量多少的。
温度升高时,物体要吸热)(0t t cm Q -=吸;温度降低时,物体要放热)(0t t cm Q -=放。
其中c 是物质的比热容,表示1kg 的某种物质温度升高1℃时吸收的热量;t 0是物体的初温,t 是物体的末温。
qm Q =放只适用于燃料,比如煤、石油、酒精等,对于非燃料物质不能使用,比如水、石头等就不能使用该公式。
其中的q 等于单位质量的燃料完全燃烧释放的热量,m是该燃料燃烧的质量。
某些气体燃料的热值单位是J/m 3,计算这些气体释放的热量还必须知道燃烧气体的体积。
二、联系燃料燃烧释放的热量qm Q =放,被有效吸收的热量是t cm Q ∆=吸。
一般情况下,燃料燃烧释放出的热量是总能量,被有效吸收的热量是其中的一部分,被有效吸收利用的热量占燃料完全燃烧释放的总热量的比值,叫做热效率。
热效率的大小与吸Q 和放Q 的多少均无关,只和吸Q 与放Q 的比值有关,比值越大,热效率越高。
三、运用例1 用煤气灶把2kg ,初温为30℃的水烧到80℃,消耗了20g 煤气,已知水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),煤气的热值为4.2×107J/kg ,则水吸收的热量为 J ,煤气完全燃烧放出的热量为 J ,煤气灶烧水的效率为 %。
解析 水吸收的热量是J 102.4℃30℃80(kg 2℃J/(kg 102.4)(530⨯=-⨯⨯⋅⨯=-=))水吸t t cm Q 煤气完全燃烧放出的热量是J 104.8kg 1020J/kg 102.4537⨯=⨯⨯⨯==-煤气放qm Q 煤气灶烧水的效率为%50J104.8J 102.455=⨯⨯==放吸Q Q η答案 4.2×105 8.4×105 50点拨 在求解各类热效率时,要记住燃料燃烧释放的热量为总能量,应放在分母计算。
12.3.1比热容一、教学目的:1、尝试用比热容解释简单的自然现象.2、能根据比热容进行简单的热量计算.3、了解比热容的概念,知道比热容是物质的一种属性.二、教学重点和难点:1、比热容的概念和热量有关计算.2、理解比热容概念并能利用它解释有关现象.三、教具准备:电加热器四、教学过程:(一)、引入新课在学生理解“水温度升高时吸收的热量和水的质量、温度升高的度数有关,水的质量越大,温度升高的度数越多,吸收的热量越多”的基础上,让学生讨论所有的物质,在质量相等、温度升高的度数也相等时,吸收的热量之间的关系。
(二)、进行新课(1)演示实验:出示盛有等质量的水和煤油的两只烧杯,但我们明显地看出两者的体积不相同,这是为什么?(请学生回答)不同的物质其密度不同,密度是物质的属性。
介绍电加热器(俗称:“热得快”),强调电加热器每一秒钟放出的热量是一定的,两个电加热器是相同的,在相同的时间里它们放出的热量也是相等的。
请两名同学帮助观察温度计,并随时报告温度。
实验结果:煤油温度升得快。
这表明质量相等的水和煤油在温度升高的度数相同时,水吸的热量比煤油多。
(2)比热容:换用其他物质,重复实验,得到的结果是类似的。
就是说,质量相等的不同物质,在温度升高的度数相同时,吸收的热量是不同的。
那么,我们应该怎样表示上述实验所反映的物质特性呢?单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量叫做这种物质的比热容,简称比热。
比热是通过比较单位质量的某种物质温升1℃时吸收的热量,来表示各种物质的不同性质。
(3)比热的单位:在国际单位制中,比热的单位是焦/(千克•℃),读作焦每千克摄氏度。
(4)比热表比热是物质的一种特性,各种物质都有自己的比热。
物理学中,常把由实验测定的物质的比热,列成表格,便于查找。
课本中列出了几种物质的比热,请同学们查出铝的比热及它的单位。
你能具体地说明铝的比热的物理意义吗?(提问)从表中可以看出,各物质中水的比热最大。
在同样受热或冷却的情况下,水的温度变化要小些。
挖掘图象信息 求解比热容问题
通过图象考查比热容,是一种重要的题型。
这类题通过图象把物理量之间的关系表达得十分清楚、明了,但由于热量的决定因素多,吸热能力的比较方法不唯一,好多同学感觉这类题无从下手或者理不清头绪。
除了把握好试题类型以外,解答这类题还要注意运用两个重要的研究方法:
(1)转换法 不同的物质吸收热量的多少,是通过热源放热时间的长短来表示的。
比如用相同的酒精灯加热相同的时间,就意味着研究物质吸收了相同的热量;用相同的电加热器,加热时间越长,研究物质吸收的热量就越多。
(2)控制变量法 吸收的热量Q 与c 、m 、△t 都有关系。
在研究比热容c 与热量Q 的关系时,要控制m 、△t 相同;在研究比热容c 与温度变化量△t 的关系时,要控制Q 、 m 相同。
一、根据图象比较物质比热容大小
例1 (2012宁波)用两个相同的“热得快”,分别给质量、
初温都相同的甲、乙两种液体同时加热,两液体的温度随时间变化的图像如图1所示。
根据图像可知,甲液体的比热容(选填“大于”、“等于” 或“小于”) 乙液体的比热容。
质量为500g 、初温为20℃的甲液体温度升高到90℃,吸收的热量为_______J。
[甲液体的比热容为1.8×103
J/(kg •℃)]
解析 由图1可知,在相同的加热时间内,甲液体温度变化量
大,即甲液体温度升高较快。
两个相同的“热得快”在加热时间
相同时,两种液体吸热相同,由Q 吸=cm △t 可知,在质量相同、吸热相同的情况下,温度变化与比热容大小成反比,即温度变化量大的液体比热容较小,故甲液体的比热容小于乙液体的比热容。
甲液体吸收的热量:
J 103.6C 70kg 5.0C J/kg 102.44o o 3⨯=⨯⨯⋅⨯=∆=t cm Q 吸。
答案 小于 6.3×104。
例2 如图2所示,设相同时间内物质吸收的热量相同,甲、乙两图中符合冰熔化规律的是图(选填“甲”或“乙”)。
这是因为c 冰
(选填“>”、“<”或“=”)c 水,所以相同时间内 (选填“冰”或“水”)升温更快。
图1
图2
解析 冰熔化成水后,质量不变,比热容变大,在质量相同的情况下,吸收相同的热量后,比热容大的,温度应该上升得较慢,甲图中,熔化前后,温度上升幅度没有变化,而乙图中,熔化后,水的温度上升与冰比较变慢了,符合水的比热容较大的特性。
答案 乙 < 冰
例3 如图3所示,在探究“不同物质
吸热能力”的实验中:在两个相同的烧杯中加入初温相同、质量相同的水和煤油,选用相同电加热器同时开始加热,水和煤油温度随时间变化的图线分别如图4a 、 b 所示。
当加热3min 时,水吸收的热量煤油吸收的热量,水升高的温度煤油升高的温度;当水和煤油都升高30℃,水吸收的热量煤油吸收的热量,由此可以判断出(选填“水”或“煤油”)的吸热能力较强,比热容较大。
解析 因为选用的加热器相同,都加热3min ,电热器放出的热量相同,所以水和煤油吸收的热量也相同;加热3min 后,水升高的温度约为20℃,煤油升高的温度约为30℃,水升高的温度小于煤油升高的温度;当水和煤油都升高30℃,煤油只需加热3min ,水需要加热6min,所以水吸收的热量多,水的吸热能力较强。
答案 等于 小于 大于 水
二、利用图象、图表求比热容大小
(1)已知一种物质的比热容求另一种物质的比热容
例4 用两个相同的电热器给质量相同的物质甲和水分别加热,它们的温度随加热时间的变化关系如图5所示,据此判断物质甲的比热容为( ) A .2.1×103
J/(kg ·℃)
B .4.2×103
J/(kg ·℃) C .1.2×103
J/(kg ·℃)
D .条件不足,不能确定
解析 由图2可知,质量相同的物质甲和水升高相同的温度(如都从0℃升高到60℃)所需加热时间之比为10min ∶20min=1∶2,即吸收热量之比Q 吸甲∶ Q 吸水= 1∶2。
又由Q 吸=cm
△t 可知,在m 和△t 都相同时,Q 吸与c 成正比,易知c 甲∶c 水= 1∶2,而c 水=4.2×103
J/
图5
图3 图4
(kg ·℃),故c 甲=2.1×103
J/(kg ·℃)。
答案 A 。
例5 用两个相同的电热器分别给质量相同的水和某种液体加热,每隔1min 记录一次数据,如下表所示,则该液体的比热容为( )
A .0.9×10J/(kg •℃)
B .1.8×10J/(kg •℃)
C .3.6×103J/(kg •℃)
D .1.2×103
J/(kg •℃)
解析 用相同的电热器加热,在相同的时间内,吸收的热量是相等的,Q 水=Q 液,我们取两种液体都加热了1分钟为研究对象。
Q 水=c 水m (t 水-t 0),Q 液=c 液m (t 液-t 0) c 水m (t 水-t 0)=c 液m (t 液-t 0),
即:4.2×103
J/(kg•℃)×m×(26℃-20℃)=c 液m×(34℃-20℃)
解得:c 液=1.8×103
J/(kg•℃) 答案 B 。
(2)已知同种物质一种状态下的比热容求另一种状态下的比热容 例6 实验测得1kg 某物质温度随时间变化的图像如图6所示。
已知该物质在固态下的比
热容c 1=2.1×103
J/(kg ·℃),设物质从热源吸热的功率恒定不变,根据图像解答下列问题:
(1)在最初的2min 内,物质吸收的热量为J ,吸热功率为W 。
(2)试求该物质在液态下的比热容c 2。
解析(1)在最初2min 内,物质吸收的热量为:
Q 吸=cm △t =2.1×103J/(kg•℃)×1kg ×【0℃-(-40℃)】=8.4×104 J ,故吸热功率为:
P =t
W =60s 2108.44⨯⨯J =700W
(2)由图6可知该物质在固态和液态时,质量不变,在温度都升高40℃ 情况下,所
用的加热时间之比t 1∶t 2=2min ∶(16
-12)min=1∶2,即两种情况下吸收热量之比为Q 1:Q 2=1∶2,由Q 吸=cm △t 可知,在m 和△t 都相同时,Q 吸与c 成正比,故c 1∶c 2= Q 1:Q 2=t 1∶
-
-
t2=1∶2,而c1=2.1×103J/(kg·℃),故c2=4.2×103J/(kg·℃)。
答案(1)8.4×104 700 (2)c2为4.2×103J/(kg·℃)。