专题13.3 比热容--九年级物理人教版.doc

第十三章 内能 第3节 比热容 一、比热容 1．定义：一定质量的某种物质，在温度升高（或降低）时吸收（或放出）的热量与它的_______和_______乘积之比，叫做这种物质的比热容。 2．物理意义：表示物体吸热或放热能力的物理量。 3．比热容是物质的一种_______。物质的比热容大小与物质的种类、状态_______，与质量、体积、温度、密度、吸放热、形状等_______。 二、实验探究：比较不同物质的吸热能力 1．科学方法：_______法和转换法（以加热时间的多少来表示吸收热量的多少）。 2．除了图中的器材还需要_______。 3．实验时应当在杯内分别装入质量_______水和煤油。 4．根据实验数据画出的图像可知c甲_______c乙。 三、比热容的应用 水的比热容为________J/(kg·℃)。水可以调节气温、取暖、作制冷剂、散热，是因为水的比热容_______。 四、计算热量的公式 Q吸=___________，Q放=cm(t0–t)。 五、热平衡方程 不计热损失 Q吸=Q放 质量 温度变化量 特性 有关 无关 控制变量 停表 相等 < 4.2×103 大 cm(t–t0) 一、比热容 定义 一定质量的某种物质，在温度升高（或降低）时吸收（或放出）的热量与它的质量和升高（或降低）的温度乘积之比，叫做这种物质的比热容。表示不同物质吸热（或放热）能力的物理量 单位 J/(kg·℃) 公式 Q吸=cm(t–t0)，Q放=cm(t0–t)；可以简写为Q=cmΔt 特点 1．物质的一种特性，每种物质都有自己的比热容，不同物质的比热容一般不同；因此，可以用比热容的不同来（粗略地）鉴别不同的物质 学科￥网 2．同一种物质的比热容一般不随质量、形状的变化而变化。如一杯水与一桶水，它们的比热容相同 3．对同一种物质，比热容大小与物态有关，例如水的比热容与冰的不同 水比热容大的应用 调节温度 1．使沿海地区昼夜温差小，内陆地区昼夜温差大；形成海陆风 2．农民在秧田里灌一些水，使秧苗的温度变化不大，对秧苗起来保护作用 作冷却剂或取暖 1．汽车的发动机、发电厂的发电机的冷却系统用水作为冷却液 2．冬季供暖用的散热器、暖水袋 【例题1】沿海地区昼夜温差较小，而内陆地区的昼夜温差较大，甚至出现“早穿棉袄午穿纱，围着火炉吃西瓜”的现象，这主要是因为 A．海水的比热容大，沙石的比热容小 B．海水的密度小，沙石的密度大 C．海水的内能多，沙石的内能少 D．海水吸收的热量少，沙石吸收的热量多 参考答案：A 试题解析：因为沙子的比热容较小，白天，吸收热量后，沙子的温度升高的多，气温较高；夜晚，放出热量后，沙子的温度下降的多，气温较低；由此可知内陆地区白天黑夜的温差大，产生了早穿皮袄午穿纱的现象，因此，A符合题意。 二、热量的计算应注意的问题 1．正确理解公式Q=cmΔt中各量的物理意义。 2．注意物体吸收或放出热量的多少与物质的比热容、质量和温度的变化量三个因素有关系，而与物体的温度没有关系。学，科网 3．同一公式中的各物理量的单位必须统一。 4．公式只适用于无状态变化时升温（或降温）过程中吸收（或放出）的热量。 5．注意温度“升高了”、“升高到”、“降低了”、“降低到”等不同的说法，要正确辨别。 6．正确理解公式的意义，应注意：表示物质的比热容可以用吸收（或放出）的热量与质量、变化的温度的乘积的比值表示，同种物质在同种状态下这个比值是一定的，不同物质的比值不同。 7．涉及比热容的问答说明题的表述，通常借助公式Q=cmΔt来说理更严密。 【例题2】（2018·长沙汇编）小天用电热水壶将1千克20 ℃的水加热至70 ℃，在这个过程中，下列分析正确的是[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)] A．水吸收的热量为2.1×105 J B．电热水壶消耗的电能全部转化为水的内能 C．水的温度升高，它的内能减小 D．水的温度升高，它的比热容变大 参考答案：A 试题解析：根据题意知道，水吸收的热量是：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103 J/（kg·℃）×1 kg×（70 ℃-20 ℃）=2.1×105 J，故A正确；电热水壶消耗的电能会转化为水的内能、水壶的内能，部分热量散失到空气中，故B错误；水的温度升高，它的内能增加，故C错误；比热容是物质的一种特性，其大小仅与物质的种类和所处的状态有关，而与物体的质量和温度无关，故D错误，故选A。 三、公式法与比例法的综合应用 运用公式法解热量的计算题时，注意首先要判断是吸热过程还是放热过程，并找出所求物理量，然后再列出相应的公式，代入已知物理量的数值，最后进行数学计算并求出结果，例如用铝壶烧水，应求铝壶、水两个物体吸收热量的总和。由此可见，在解答物理习题时，要认真仔细地审题，考虑问题应从实际出发，做到全面周密。 运用比例法解题时，一般遵循以下步骤： 1．列出各物体吸（放）热的方程式，涉及求比热容之比、质量之比、温度差之比的还要进行公式变形； 2．针对所求量之比列出比例式； 3．代入已知数据，计算得出结果； 4．对题目中的要求加以分析。 【例题3】（2018·达州卷）如图所示是小李同学在一个标准大气压下探究某物质熔化时温度随时间变化的图象，第6 min时的内能_____第8 min时的内能（选填“大于”、“等于”或“小于”）；该物质在CD段的比热容是AB段比热容的_____倍（被加热物质的质量和吸、放热功率不变）。 参考答案：小于 2 试题解析：晶体熔化过程要吸收热量，内能增加。所以第6 min时的内能小于第8 min时的内能；根据图中坐标信息可知，该物质在AB段温度升高10 ℃，被加热4 min；在CD段温度升高5 ℃，被加热4 min；则该物质在AB段吸热与CD段吸热之比为1:1，根据Q＝cm△t可得，，所以该物质在CD段的比热容是AB段比热容的2倍。 四、控制变量法和转换法在探究物质的吸热能力中的应用 在探究不同物质吸热情况实验中，应用控制变量法。试验中，应控制水和食用油（或其他物质）的质量、初温相同，通过升高相同的温度比较加热时间，或加热相同的时间比较升高温度的大小。在探究不同物质的吸热情况的实验中，将不同物质的吸热能力的比较转换成升高温度的大小进行比较。将吸收热量的多少转换成相同的电加热器加热时间的长短（或温度计示数的高低），都运用转换法。 【例题4】为了比较水和煤油的吸热能力，小明用两个相同的装置做了如图所示的实验，并设计了如下实验步骤： A．在两个同样的烧杯中，分别装入等体积的水和煤油； B．用两支温度计分别测出水和煤油的初温； C．在烧杯中，分别用功率相同的电热器，加热时间相同； D．用温度计分别测出水和煤油的末温。 小聪认为： （1）步骤A存在的错误是：在两个同样的烧杯中，分别装入等体积的水和煤油；应改为____________； （2）步骤C，加热时间相同是为了使水和煤油___________； （3）步骤B和D是为了得出水和煤油的 _______________； （4）实验中搅拌器的作用是：使液体 __________________； （5）实验中发现煤油的温度比水的温度升高得___________（选填“快”或“慢”），这表明___________吸热本领更强。 参考答案：（1）在两个同样的烧杯中，分别装入等质量的水和煤油 （2）吸收相等的热量 （3）升高的温度 （4）受热均匀 （5）快 水 试题解析：（1）根据控制变量法，要保持不同物质的质量相同，应改为：在两个同样的烧杯中，分别装入等质量的水和煤油； （2）根据转换法，加热时间相同是为了使水和煤油吸收相等的热量； （3）步骤B和D是为了测出水和煤油升高的温度； （4）实验中搅拌器的作用是：使液体受热均匀； （5）实验中发现煤油的温度比水的温度升高快，根据比较吸热能力的第2种方法，这表明水吸热本领更强。 1．关于物质的比热容，下列说法中正确的是 A．比热容是物质的一种属性，只和物质的种类有关 B．同种物质质量越大比热容就越大 C．因为水的比热容较大所以比较适合做冷却剂 D．物质的状态发生变化时其比热容一般不变 2．两个相同的容器分别装了质量相同的两种液体，用同一热源分别加热，液体温度与加热时间关系如图所示。根据图线可知 A．甲液体的比热容大于乙液体的比热容 B．如果升高相同的温度，两种液体吸收的热量相同 C．加热时间相同，甲液体吸收的热量大于乙液体吸收的热量 D．加热时间相同，甲液体温度升高比乙液体温度升高得多 3．一瓶酒精用去三分之二，则剩余酒精的密度、比热容 A．密度、比热容减小为三分之一 B．两个量都不变 学科-网 C．两个量都变为原来的三分之一 D．密度不变、比热容变为原来的三分之一 4．下列事例中不是利用水的比热容大的特性的是 A．夏天，在地上洒水会感到凉快 B．北方楼房内的“暖气”用水作为介质 C．海边昼夜温差变化比沙漠中小 D．生物体内水的比例高，有助于调节自身的温度 5．蒸馒头的师傅在用手从蒸笼里拿刚蒸熟的馒头时，为了避免手被烫伤，要先用手蘸一下凉水，他这样做的主要道理是 A．利用凉水是热的不良导体，把手和热馒头分开 B．利用凉水温度低，能快速降低蒸笼内水蒸气的温度 C．利用凉水蒸发要吸热，能降低水的温度 D．利用凉水先对手进行冷却，同时又由于水的比热容较大，避免手被烫伤 6．小明根据下表所提供的数据得出了四个结论，其中正确的是 A．液体的比热容一定比固体的比热容大 B．同种物质发生物态变化后，比热容不变 C．由于水的比热容大，白天海水温度比沙滩高 D．2 kg 的水温度升高 50 ℃，吸收的热量是 4.2×105 J 7．湿地具有美化环境、调节气候等功能。从物理学的角度分析：湿地能调节空气的湿度，是因为大量水_______（填写物态变化的名称）可以提高空中水蒸气的含量；湿地能调节空气的温度，是因为水的_________大。 8．用凉水冷却滚烫的鸡蛋，鸡蛋的温度降低，内能减少，这是通过_____的方式改变鸡蛋的内能；如果水的质量是1 kg，初温为20 ℃，鸡蛋取出时水温为30 ℃，水吸收的热量是_______J。[c水=4.2×103J/（kg·℃）] 9．将一个温度为20 ℃质量为4.2 kg的铁块的温度升高到80 ℃，需要吸收____J的热量。然后将其放入一个装有温度为10 ℃质量为1.15 kg的水的量热器中，最后水的温度将升高到_____℃。[忽略量热器吸热，c水=4.2×103 J/（kg·℃），c铁=0.46×103 J/（kg·℃）] 10．在烈日当空的海边玩耍，你会发现沙子烫脚，而海水却是凉凉的。这是因为____________的比热容较大，当沙子和水同时接受相同的阳光照射时，____________的温度升高得更快的缘故。 11．水的比热是________J/（kg·℃）。装有50 L水的太阳能热水器，在阳光照射下，水温从20 ℃上升到50 ℃，该热水器中水吸收的热量是_________kJ。 12．质量和初温相同的甲乙两种液体，经同一加热器加热相同的时间后甲的温度大于乙的温度，则甲液体的比热容______乙液体的比热容（填“大于”、“等于”或“小于”）。如果乙液体的质量为1 kg，初温为20 ℃，加热一段时间后温度升高到50 ℃，吸收的热量为1.26×105 J，则乙液体的比热容为______J/（kg·℃）。 13．在“比较不同物质吸热能力”的实验中，将甲、乙两种不同的液体分别放入两个相同的烧杯内，用相同的电加热器同时加热。记录相关数据，并绘制出如图所示的图象。（不计热量损失） （1）实验时，选用初温和_______均相等的甲、乙两种液体。 （2）加热10 min，甲吸收的热量_______乙吸收的热量；甲液体A点的质量________B点的质量（以上两空均选填“大于”、“小于”或“等于”）。甲液体的沸点是_____℃。乙液体的比热容是甲液体比热容的______倍。 14．质量为2 kg，初温为20 ℃的水，当吸收了2.1×105 J的热量后，温度升高到多少摄氏度？ 15．一杯酒精用掉一半，剩下一半的酒精的质量、密度、比热容的情况是 A．质量、密度、比热容不变 B．质量和密度变为原来的一半，比热容不变 C．质量变为原来的一半，密度和比热容不变 D．质量变为原来的一半，密度、比热容不变 16．水与酒精是我们日常生活中最常见的两种物质。下表列出了它们在标准大气压下的部分物理特征数据，请你参照这些特征分析：让质量及初温都相等的水和酒精冷却，待它们放出相等的热量后再倒在一起混合。下列哪个判断是错误的 物质 密度(kg/m3) 比热容[J/（kg·℃）] 凝固点(℃) 沸点(℃) 水 1.0×103 4.2×103 0 100 酒精 0.8×103 2.4×103 -117 78 A．在混合过程中，热将从酒精传递给水 B．均匀混合后，混合液的凝固点将比水的凝固点低些 C．均匀混合后，混合液的密度将比水的密度小些 D．均匀混合后，混合液的比热容将比水的比热容小些 17．根据表中各物质比热容的数据，下列判断正确的是 A．不同物质的比热容不可能相同 B．在阳光照射下，干泥土比湿泥土升温慢 C．因为水的比热容较大，所以沿海地区比内陆地区昼夜温差大 D．质量相等的铝块和铜块升高相同的温度，铝块吸收的热量多 18．有质量为100 g的某种液体，从20 ℃升温至90 ℃，吸收的热量是29 400 J，这种液体的比热容是多少？而另一根钢钉的质量是20 g，从1 000 ℃的红热状态冷却至25 ℃，会放出多少热量？[c钢=0.46×103J/（kg·℃）] 19．（2018·福建卷）福建沿海地区昼夜温差较小，而内陆沙漠地区昼夜温差较大，这主要是因为海水与砂石相比具有较大的 A．密度 B．内能 C．比热容 D．质量 20．（2018·广安卷）下列对生活中的物理现象分析错误的是 A．夏天，常用干冰给食品保鲜，利用了干冰升华吸热 B．烧开水时看见冒“白气”，是水汽化生成的水蒸气 C．打开酒精瓶的瓶塞后，屋里弥漫着酒精味，这说明酒精分子在不停地运动 D．常用水给汽车发动机冷却是利用了水的比热容大的特性 21．（2017·衡阳卷）如图为某物质熔化时温度随加热时间变化而变化的图象（加热装置的功率不变），从图中能得到的正确信息是 A．该物质为晶体，熔点为0 ℃ B．熔化过程持续了4 min C．该物质在AB段的比热容比在CD段小 D．该物质在B、C段两点时温度、内能都相同 22．（2018·泰安卷）标准大气压下，质量为0.5 kg、温度为70 ℃的水放出4.2×104 J的热量，水的温度降低了_____℃[c水=4.2×103 J/（kg·℃）]。 23．（2018·重庆卷）小薇在“探究水的沸腾”实验中，所用水的质量为0.5 kg，初温为58 ℃，测出水沸腾时的温度为98 ℃，则当地大气压比一个标准大气压_____(选填“高”或“低”)，本实验中水加热至沸腾至少吸热_____J。[c水=4.2×103 J/（kg·℃）] 学*科网 24．（2018·扬州卷）如图所示是发动机采用循环流动的水进行了冷却，这是利用水的_______较大的特性，若水箱中装有10 kg的水，水温上升10 ℃，水吸收的热量为_________J[c水=4.2×103 J/（kg·℃）]。 25．（2018·海南卷）泡温泉时感觉身体会发热，这是通过__________的方式改变了身体的内能。烈日下，小兵去游泳池游泳，他感觉到游泳池边的水泥地面很烫脚，但游泳池里的水却很凉，这是因为水的__________较大的缘故。 26．（2018·临沂卷）大多数汽车防冻冷却液是以水和乙二醇为原料混合而成的，其中主要成份是水，这是利用了水的__________的特点。配制防冻冷却液时将乙二醇加入水中，二者混合后实际的总体积小于混合前水和乙二醇的总体积，这说明分子是运动的，同时也说明___________________________________。 27．（2018·邵阳卷）蓄水量为1吨的太阳能热水器现在装满了30 ℃的水，经过光照后升高了20 ℃，则水吸收的热量是_________J。[c水=4.2×103 J/（kg·℃）] 28．（2018·绵阳卷）如图所示的木桶鱼是川西当地的一种特色吃法，把石头在油中加热到300 ℃~500 ℃高温后，倒入木桶，并将腌制的鱼片倒入装有高温石头的木桶内，再加入熬制好的鱼骨汤闷煮2~3分钟即可食用.鱼片是通过__________（填“做功”或“热传递”）的方法来改变内能的，2 kg的石头从20 ℃加热到420 ℃，需要吸收___________J的热量[c石=0.8×103 J/（kg·℃）]。 29．（2017·武汉卷）图1是“比较不同物质吸热的情况”的实验装置。两个相同的烧杯中分别装有质量相等的水和食用油。 （1）选用两个相同规格的电加热器加热，目的是使水和食用油在相等时间内________________。 （2）实验过程中温度计的玻璃泡不要碰到烧杯和________________。 （3）图2中能合理反映该实验结果的图象是________（选填“甲”“乙”或“丙”）。 30．（2017·烟台卷）小明在探究“物质的放热能力与哪些因素有关”时，分别用质量均0.5 kg的水和另一种液体进行对比实验，并用图象对实验数据进行了处理，如图所示，实验过程中，水和另一种液体在相同时间内放出的热量相等，分析图象可以得出：________（选填“甲”或“乙”）物质为水，另一种液体的比热容为________，这种液体在0~15 min内放出的热量为________。 31．（2017·重庆卷）世界卫生组织倡导大家饮用烧开后的水。用天然气灶烧水的过程是通过________________（选填“做功”或“热传递”）的方法改变谁的内能。在标准大气压下，将5 kg初温为20 ℃的水烧开，需吸收热量________________J[水的比热容c水=4.2×103J/(kg·℃）] 1．C【解析】比热容是物质的一种特性，与物体质量、温度高低、吸放热多少都没有关系；比热容是反映不同物质吸放热能力强弱的一个物理量。比热容与物质的种类、状态有关，故A错误；比热容是物质的一种特性，和物体质量的大小没有关系，故B错误；水的比热容最大，和其他物质比较，升高相同温度吸收热量多，所以汽车散热器常用水作为冷却剂，故C正确；比热容与物质的种类、状态有关，种类不同，状态不同，比热容一般不同，故D错误。故选C。 3．B【解析】密度、比热都是物质的一种特性，它们的大小与物体的质量和体积均无关系，所以选项ACD错误，B正确。 4．A【解析】夏天在地上洒水感到凉快是利用了水的蒸发吸热，而不是利用水的比热容大的特点，故A符合题意；因为水的比热容大，相同质量的水和其他物质比较，降低相同的温度，水放出的热量多，所以北方楼房内的“暖气”用水作为介质，故B不符合题意；沿海地区和沙漠地区相比，沿海地区水多，水的比热容大，在相同的吸放热条件下，水的温度变化小，冬暖夏凉，昼夜温差小；沙漠地区多砂石，砂石的比热容较小，在相同的吸热条件下，砂石的温度变化大，故C不符合题意；生物体内水的比例很大，有助于调节自身的温度，是利用了水的比热容大的特点，故D不符合题意；故应选A。 5．D【解析】手沾水后，在遇到高温的馒头时，手上的水要汽化，水汽化时要吸热，同时又由于水的比热容较大，这样可以避免手的烫伤，故选D。学科/网 6．D【解析】水银的比热容比砂石小，选项A错误；水结成冰后比热容变小，选项B错误；由于水的比热容大，白天吸收相同的热量后，温度变化小，故海水温度比沙滩低，选项C错误；由Q吸=cmΔt求得2 kg 的水温度升高 50 ℃，吸收的热量是 4.2×105 J，选项D正确。故本题正确选项是D。 7．汽化 比热容 【解析】湿地含有水，水会不停地汽化（蒸发），变成水蒸气，散在空气中，所以可以提高空气中水蒸气的含量，调节空气湿度；因为水的比热容较大，白天，相同质量的水和沙石泥土比较，吸收相同的热量，水的温度升高的少；夜晚，放出相同的热量，水的温度降低的少，使得昼夜的温差小，能有效调节周围环境的气温。 8．热传递 4.2×104 【解析】用凉水冷却滚烫的鸡蛋，鸡蛋放出热量、温度降低，是通过热传递的方式改变内能的；水吸收的热量：Q吸=cmΔt=4.2×103 J/（kg·℃）×1 kg×（30 ℃﹣20 ℃）=4.2×104 J。 9．115 920 34 【解析】由吸热公式Q吸=cmΔt可得，铁块需要吸收的热量Q吸=cmΔt=0.46×103 J/（kg·℃）×4.2 kg×（80 ℃–20 ℃）=115 920 J。根据热平衡方程Q吸=Q放，水吸收的热量等于铁块放出的热量。设最后水的温度将升高到t ℃，则c水m水（t–10 ℃）=c铁m铁（80 ℃–t）解得：t=34 ℃，最后水的温度将升高到34 ℃。 10．海水 沙子 【解析】质量相同的不同物质，吸收相同的热量时，比热容大的温度变化小。故在烈日当空的海边玩耍，你会发现沙子烫脚，而海水却是凉凉的。这是因为海水的比热容较大，当沙子和水同时接受相同的阳光照射时，沙子的温度升高得更快的缘故。 。 13．（1）质量 （2）等于 小于 60℃ 2 【解析】（1）在“比较不同物质吸热能力”的实验中，应选用初温和质量均相等的甲、乙两种液体。 （2）用相同的加热器同时加热，加热时间相同，甲吸收的热量等于乙吸收的热量。甲液体吸收热量温度不变，A点的内能小于B点的内能。甲液体温度达到60 ℃时，吸收热量温度不变，所以甲液体的沸点是60 ℃。根据图象可知，甲加热10 min温度的变化量等于乙加热20 min温度的变化量，即，，并且，由可得， ，所以。 14．当吸收了2．1×105J的热量后，温度升高到45℃。 【解析】由题意可知，m=2 kg，t0=20 ℃，Q吸=2.1×105 J，c=4.2×103 J/（kg·℃），由可得，水升高到的温度：。 15．D【解析】质量是指物体所含物质的多少；一杯酒精用去一半后，其质量将减半。酒精的密度、比热容，表示酒精的某种特性，是从不同的角度来描述酒精的特性，一般不发生变化；综上所述，一杯酒精用去一半，则剩下的酒精密度、比热容不变。故ABC错误，D正确。 16．A【解析】由于水的比热容大于酒精的比热容，当质量相同，放出的热量也相同时，水的末温高，所以热从水传到酒精，故A错误；水的凝固点是0 ℃，掺入酒精后混合液的凝固点要低于0 ℃，凝固点会降低，故B正确；水和酒精混合后，混合液的密度将比水的密度小些，比酒精的密度大一些，故C正确；由于水的比热容大于酒精的比热容，所以水和酒精混合液的比热容将比水的比热容小些，比酒精的比热容大一些，故D正确。 17．D【解析】由表可知，煤油和冰的比热容相同，故A错误。在阳光照射下，因为干泥土的比热容比湿泥土的比热容小，吸收相同的热量升温较快，故B错误。沿海地区水多，内陆地区水少、沙石多。因为水的比热容较大，白天，相同质量的水和砂石比较，吸收相同的热量，水的温度升高得少；夜晚，放出相同的热量，水的温度降低的少，使得沿海地区昼夜的温差小，故C错误。质量相等的铝块和铜块升高相同的温度，由于铝的比热容比铜的比热容大，铝块吸收的热量多，故D正确。 20．B【解析】A、夏天，常用干冰给食品保鲜，干冰有固态直接变成气态