初中物理比热容

比热容、热量计算

一、本周知识概述

物体吸收的热量不但与物体的质量、物体温度升高的多少有关，还与物质的种类有关。夏天，在同样的阳光照射下，为什么水泥路面比路旁的草地要热？沙漠地区为什么会出现“早穿棉袄午披纱”的奇特景象？为什么暖气设备、汽车发动机中都要用水作循环剂呢？关键就在于要理解一个物理量即本周即将学习的比热容。

二、重难点知识精讲

（一）比热容

1、比热容：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这种物质的比热容，其单位是J/（kg·℃）。

（1）比热容是反映物质吸热或放热能力大小的物理量。

（2）比热容是物质的特性，每种物质都有自己的比热容，跟物质吸热或放热的多少无关，跟质量和温度无关。

（3）不同的物质比热容不同，同种物体的状态不同，比热容也不同。

2、有关比热容的应用

（1）利用“不同的物质在质量和吸收的热量相同时，比热容小的物质升温快，比热容大的物质升温慢”解释自然现象。

（2）利用比热容特性，选择合适的应用材料。

3、热量的计算：物质吸热或放热的多少跟物质的比热容、质量和温度变化有关。

（1）计算热量的公式：Q吸=cm（t－t0） Q放=cm（t0－t）。

（2）通式：Q=cm△t（△t是变化的温度，即物体吸热时表示升高的温度，物体放出热量时表示降低的温度。）

（3）符号的意义及单位：

Q（热量）—焦（J） c（比热容）—J/（kg·℃）

m（质量）—千克（kg） t0，t（初温、末温）—摄氏度（℃）

（4）热平衡方程：Q吸=Q放（在没有热损失时适用）

4、热岛效应：燃料燃烧产生的内能大部分成为环境的热源；热机、电器等向环境散发热量，从而使城市的温度升高，这就是热岛效应。

例1、（南京，2001）给一定质量的水加热，其温度与时间的关系如图中a图线所示。若其他条件不变，仅将水的质量增加，则温度与时间的关系图线正确的是（ ）

A．a B．b C．c D．d

精析：本题是用温度—时间图像形象地表述了物体的吸热规律，对于这类题我们可以取定值进行比较得出结果。本题也可以用取相同的横坐标，比较纵坐标的方法求解。根据Q吸=cm△t可知，比热容相同的物质质量大的吸收的热量多。假设水的质量增加前后都从起始温度升高到t′，即升高相同的温度，a、b、c、d四条曲线在温度为t′时，对应的加热时间Ta、Tb、Tc、Td有：Ta=Tb

本题还有一个特殊的解法，因水的沸点没有改变，所以只有C是可能的。

例2、（青海，2002）在铝壶中放入3kg温度是20℃的水，将它加热至100℃，所需的热量[c水=4.2×103J(kg·℃)]

A．等于1.008×106J B．大于1.008×106J

C．小于1.008×106J D．条件不足无法确定

精析：用铝壶烧水，除了水吸收热量使温度升高外，铝壶同时也吸收热量，温度也随之升高，当水烧开时，壶的末温和水的末温相同，烧开一壶水吸收的热量应为二者之和。

由此可见，在解答物理习题时，要认真仔细地审题，考查问题应从实际出发，做到全面而周密。

解：Q吸水=c水m水（t－t0）

=4.2×103J/(kg·℃)×3kg×(100℃－20℃)

=1.008×105J

∵Q吸总=Q吸水＋Q吸壶>1.008×105J

∴应选B。

例3、（天津，2003）为了测量某种液体的比热容，把质量为100g的铜块从沸腾的水中取出（标准大气压下），迅速投入质量为100g、温度为10℃的待测液体中，混合后的共同温度是25℃。若不计热量损失，求这种液体的比热容为多少？[铜的比热容c铜=0.4×103J/(kg·℃)]

精析：此题是利用热平衡方程，高温物体和低温物体混合时，在不考虑热损失的情况下，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量。题中铜块的初温虽然没有直接给出，但在沸水中加热一段时间后，铜块的温度与沸水温度相同，即100℃。由已知条件可求出铜块放出的热量，它等于液体吸收的热量，再根据Q衣=cm（t－t0），即可求出液体的比热容。

解：铜块放出的热量为 Q=c铜·m铜·（t0－t）

=0.4×103J(kg·℃)×0.1kg×(100℃－25℃)

=3000J

这些热量被液体吸收，则有：

（二）热机能量转化与守恒

1、内燃机

（1）汽油或柴油在气缸内燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功的机器。

（2）汽车上的动力机械就是内燃机，大多数是燃烧汽油的，所以叫它为汽油机。

（3）活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程，多数汽油机是由吸气、压缩、做功和排气四个冲程组成，所以也叫四冲程汽油机。

（4）在吸气、压缩、做功和排气四个冲程中，做功冲程是主要冲程，它把内能转化为机械能，其他三个冲程是辅助冲程，是为做功冲程创造条件的，压缩冲程把机械能转化为内能。

（5）四个冲程叫一个工作循环，每一个工作循环曲轴转动两周，做功一次。

2、燃料的热值

质量相同的不同燃料完全燃烧时，放出的热量是不同的。在热学里，用热值表示燃料的这种性质，1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫这种燃料的热值。

（1）燃料煤燃烧生成的气体污染大气，产生的废渣污染环境。

（2）热机工作排出的废气污染大气、产生的噪声污染环境。

3、热机效率

燃料很难完全燃烧，且有效利用的热量又比放出的热量少，我们把用来做有用功那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比表示热机的效率。

提高热机的效率的办法：（1）尽可能使燃料充分燃烧；（2）尽可能减小热散失；（3）减小因克服摩擦消耗的能量。

4、能量守恒定律

能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

说明：“转化”是指能量由一种形式变为另一种形式；“转移”只是能量由一个物体传递到另一个物体，能量的形式不变。

例4、如图，在试管内装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把木塞冲开，有的同学由这个装置联想到内燃机，请你用连线反映他的联想创新的思维过程。

酒精燃烧 坚固气缸

高温高压水蒸汽 活塞运动做功

玻璃管 油料燃烧

木塞冲出 高温高压燃气

解答：

说明：运用联想法，由酒精燃烧联想油料燃烧，由水蒸气联想燃气，由玻璃管联想气缸，由水蒸气膨胀对软木塞做功联想燃气膨胀对活塞做功。

例5、如图所示，表示某四冲程内燃机工作的四个冲程，但未按顺序排列，那么内燃机一个工作循环的顺序是_____（填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”），______（填“能”或“不能”）判断这种内燃机是汽油机还是柴油机。

A．甲、乙、丙、丁 B．甲、丁、乙、丙

C．丙、丁、乙、甲 D．丙、乙、丁、甲

分析：内燃机一个工作循环的顺序是吸气、压缩、做功、排气。吸气冲程是进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下运动，应是图甲；压缩冲程是进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，应是图丁；做功冲程是进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，应是图乙；排气冲程是进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，应是图丙。因此，内燃机工作一个循环的顺序应是甲、丁、乙、丙。就四个冲程而言，柴油机与汽油机是相同的，仅通过四个冲程不能判断此内燃机是汽油机还是柴油机解答：B不能

注意：认真理解教材上四个图所对应的四个冲程，气门的开与关，活塞运动的向上和向下，在理解的基础上去掌握。

例6、最近我国一些城市出现了环保汽车，该车型采用“清洁燃料”加“汽油”双燃料系统，使尾气中有害气体的成分降低了80%。这种燃料是气态碳氢化合物，在微微加压的情况下即变为液体而储存于钢瓶中，加装到汽车供油系统。当向发动机供“油”时，该燃料在钢瓶中逐渐汽化，然后进入气缸被点燃，从而产生动力。

（1）根据下表可知，最适合作为清洁燃料的物质是______（填化学式）

（2）该物质在气缸内充分燃烧后的产物是________和_________。

（3）在该汽车的四冲程工作循环中，图中能实现内能转化为机械能的是______图。

分析：（1）通过题意分析该“燃料”在向发动机供油时必须是气态，在气缸中才能充分燃烧，所以常温常压下是气态，可以考虑在前三种物质中选择，又要求该“燃料”稍微加压就可液化成液态，就要要求沸点不能太低，所以应为C4H10。（2）由于该物质中只有C、H两种元素，燃烧就是和氧气反应，C可以反应成为CO2，H可以反应生成H2O。（3）作为热机，是气缸内燃料燃烧推动活塞做功才使内能转化为机械能，所以选B。解答：（1）C4H10 （2）CO2，H2O （3）B

注意：（1）应充分理解表中所给的四种物质，根据“微微加压的情况下即变为液体”可知，此物体在常温常压下应为气体。该燃料可在钢瓶中逐渐汽化，然后进入气缸被点燃，则选择该燃料的沸点又不要太低，于是确定C4H10。（2）根据化学知识C4H10与O2充分燃烧，一定生成CO2和H2O，即

（3）内能转化为机械能，一定是活塞被气体压缩后的做功冲程，做功冲程中，两个气门是关闭的，并且活塞是向下运动的。结合上述观点，在图中查寻，只有B符合要求。

这是一道综合知识很强的一道题，近来中考出题的方向都在向这方面靠拢，所以这类题应该引起我们的足够重视。