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- 2021-11-06 发布
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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。
图1
甲
O
40
30
时间/min
温度/℃
20
60
80
60
90
100
乙
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1.8×103J/(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:
。
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2
3
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 选填“”或“”图3
图4
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当水和煤油都升高30
二、利用图象、图表求比热容大小
图5
甲
t/min
O
5
20
10
t/℃
15
20
40
60
80
水
(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.2.1×103J/(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=4.2×103J/(kg·℃),故c甲=2.1×103J/(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( )
加热时间/min
0
1
2
水的温度/
20
26
32
3
液体的温度/
20
34
48
A.0.9×103J/(kg•℃) B.1.8×103J/(kg•℃)
C.3.6×103J/(kg•℃) D.1.2×103J/(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-t0)
c水m(t水-t 0)=c液m(t 液-t0),
即:4.2×103J/(kg•℃)×m×(26℃-20℃)=c液m×(34℃-20℃)
解得:c液=1.8×103J/(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c1=2.1×103J/(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:
图6
t2/min
0
20
t1/℃
-20202020
40
-40
4
8
12
(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c2。
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===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t1∶t2=2min∶(16-12)min=1∶2,即两种情况下吸收热量之比为Q1:Q2=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c1∶c2= Q1:Q2=t1∶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·℃)
3
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