初中物理尖子生自主招生培优讲义版块14 内能的利用 专题14-1 比热容、热值 （学生版）

页专题14-1比热容、热值知识·解读一、比热容1、定义：一定质量的某种物质,在温度升高时所吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比,用符号c表示.2、物理意义：表示物质吸热或放热能力强弱的物理量.3、单位及符号：单位是焦每千克摄氏度,符号是J/(kg·℃)4、理解：(1)比热容是物质的一种特性，只与物质的种类和状态有关，与质量、体积、温度等无关.(2)质量相同的不同物质，当吸收或放出相同热量时，比热容大的物质温度变化较小.(3)质量相同的不同物质，当温度的变化量相同时，比热容大的物质吸收或放出的热量多.5、水的比热容大的应用：调节气温(人工湖)、取暖(水做传热介质)、作冷却剂等.二、热量的计算：Q=cmΔt(1)吸热公式：Q吸=cm(t末-t初)；(2)放热公式：Q放＝cm(t初-t末)三、燃料的热值1、定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量(或体积)之比，用符号q表示.2、物理意义：热值在数值上等于1kg(或m3)某种燃料完全燃烧放出的热量.3、特点：热值是燃料的一种属性.与其形状、体积、质量、是否充分燃烧无关，只与燃料的种类有关.4、利用热值计算热量(1)Q=mq；适用范围：固体，液体；q的单位是J/kg.(2)Q=qV；适用范围：气体；q的单位是J/m3.典例·解读类型一、比热容大小判断例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，则下列说法正确的是（）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，两液体吸收的热量相同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．加热相同的时间，甲液体比乙液体温度升高得多【【答案】D.【解析】同一热源分别加热，加热相同的时间，则两种液体吸收的热量相同，故选项C错误；由题中图象可以看出，加热相同的时间（图象横坐标相同）甲液体温度的升高（纵坐标）比乙多，故选项D正确；如果升高相同的温度（图象纵坐标相同），液体吸收的热量即加热时间（横坐标）乙比甲多，故选项B错误；根据比热容公式c＝eq\f(Q,mΔt)知，在质量m和温度变化Δt相同的情况下，吸收热量多的比热容c就大，所以乙液体的比热容大，故选项A错误。例2、有两只温度和质量都相同的金属球A和金属球B，先将球A放入盛有热水的杯中，热平衡后水的温度降低了3℃；把球A取出，再将球B放这个杯中，热平衡后，水的温度又降低了3℃，则球A和球B的比热容大小关系为（）A、球A大B、球B大C、一样大D、无法确定【【答案】B.【解析】可设球A和球B的质量为m，初温为t，比热容分别为cA、cB，水的质量为m水，初温为t0.若将A放入水中，A吸热，水放热，热平衡后，设混合温度为t1，依据Q吸=Q放，有cAm(t1-t)=c水m水（t0-t1）；若将A取出，再讲B放入，B吸热，水放热，设热平衡后混合温度为t2，则：cBm(t2-t)=c水m水（t1-t2）；∵t0-t1=t1-t2=3℃，又∵cAm(t1-t)=cBm(t2-t)，且t1＞t2，∴(t1-t)＞(t2-t)，故cA＜cB.类型二、公式Q＝cmΔt的应用条件例3、一块0℃的冰熔化成0℃的水，它的吸放热情况是（）A、吸热B、放热C、既不吸热也不放热D、不能确定【【答案】A.【解析】错解：C错因：公式Q＝cmΔt只适用于物态不发生变化的情况下计算物体的吸热、放热的数值，对于物态变化（固态变为液态、液态变为气态）及气体吸放热情况下均不适用。0℃的冰熔化成0℃的水属于晶体的熔化，在此过程中尽管温度不变，但晶体需要从外界吸收热量，故正确的选项是A。类型三、热平衡方程的应用例4、（多选）一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1，比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则()A．从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能减少量不等于铁块内能的增加量C．达到热平衡时，铜块的温度T＝eq\f(T1＋T2,2)D．达到热平衡时，两者的温度相等【【答案】AD.【解析】一个系统在热交换的过程中，如果不与外界发生热交换，温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸收的热量，直到温度相等，不再发生热交换为止，而热量是热传递过程中内能的变化量，所以选项A和D都正确，选项B错误；根据热平衡方程c铜m(T1－T)＝c铁m(T－T2)，解得T＝eq\f(c铜T1＋c铁T2,c铜＋c铁)，由此可知选项C是错误的．类型四、混合物的比热容例5、工业生产中，经常需制取各种合金，对合金的性质包括比热容，生产者是需要了解的。某厂在试制某合金时，把200g锡与100g铅混合，形成锡铅合金．锡的比热容是0.21×103J/（kg·℃），铅的比热容是0.13×103J/（kg．℃），则这种合金的比热容应为（）A、0.18×103J/（kg·℃）B、0.17×103J/（kg·℃）C、0.21×103J/（kg·℃）D、0.13×103J/（kg·℃）【【答案】A.【解析】设锡的质量为m1，比热容为c1，铅的质量为m2,比热容为c2,当它的温度升高Δt时，各自需要吸热为：Q1=c1m1Δt；Q2=c2m2Δt；混合后锡铅合金的质量M=m1+m2，比热容为c,则此合金温度升高Δt，它需要吸热：Q=cMΔt,依题意，锡铅在混合前后升高相同温度时吸收的热量不发生变化，∴有：Q=Q1+Q2即：cMΔt=c1m1Δt+c2m2Δtc=c1m1+c2m2M=类型五、利用比热容解释相关现象例6、水具有比热容大的特点，下列现象及应用与此特点无关的是（）A、海陆风的形成B、夏天在教室地面上洒水，感觉变凉爽C、冬天的暖气设备用热水供暖D、用水来冷却汽车发动机【【答案】B.【解析】A、因为水的比热容比泥土、沙石的比热容大，白天，太阳照射下海岸和海水吸收相同的热量，海水温度上升慢；海岸吸热后，温度上升快，热空气上升，微风从海洋吹向陆地，形成海风；而夜晚，海岸和海水放出相同的热量，但水的比热容大，海水温度降低得少，海面气温较高，空气上升，风就从陆地吹向海上，形成陆风，该选项利用水的比热容最大，故不符合题意；B、夏天在教室地面上洒水，室内增加了一盆水后，增大了水的表面积，可以加快水的蒸发增加空气的湿度，故该选项与水的比热容大是无关的，故该选项符合题意；增加空气的湿度，故该选项与水的比热容大是无关的，故该选项符合题意；C、因为水的比热容较大，降低相同的温度，水放出的热量多，所以冬天供暖系统使用热水循环供暖，故与水的比热容最大有关，故不符合题意；D、因为水的比热容较大，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以用水做内燃机的冷却液，与水的比热容最大有关，故不符合题意.总结总结:水的比热容的应用一、冷却或取暖：由于水的比热容比较大，在一般情况下，一定质量的水升高（或降低）一定的温度而吸收（或放出）的热量比相同质量的其他物质升高（或降低）相同的温度而吸收（或放出）的热量多，所以我们利用水作冷却剂或取暖，做冷却剂时，是让水吸收更多的热量；用来取暖时，是让水放出更多的热量。二、调节气候：夏天，太阳照在海面上，海水在温度升高的过程中吸收大量的热量，所以住在海边的人们并不觉得特别热；冬天，气温降低了，海水由于温度降低而放出大量的热量，使沿海气温不致降得太低，所以住在海边的人们又不觉得特别冷。类型六、热值和热量综合计算题例7、已知天然气的热值为4×107J/m3，完全燃烧0.05m3天然气可以放出____J的热量，这些热量若只有42%被水吸收，则可以使常温下5kg的水温度上升________℃。〔水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）〕【答案【答案】2×106；40.【解析】根据气体燃料完全燃烧时放出的热量的计算公式有：Q放＝Vq＝0.05m3×4×107J/m3＝2×106J，Q放＝42%Q吸＝42%×2×106J＝8.4×105J再根据Q吸＝cmΔt得，Δt＝eq\f(Q吸,cm)＝eq\f(8.4×105J,4.2×103J/(kg·℃)×5kg)＝40℃。类型七、温度变化计算例8、将一杯热水倒入容器内的冷水中，冷水温度升高10℃，又向容器内倒入同样一杯热水，冷水温度又升高6℃，若再向容器内倒入同样一杯热水，则冷水温度将再升高（不计热损失）（）A、4.5℃B、4℃C、3.5℃D、3℃【【答案】B.【解析】设热水和冷水的温度差为t，∵质量为m0的一小杯热水倒入盛有质量为m的冷水的保温容器中，度使得冷水温度升高了10℃，∴Q吸=Q放，从而可知，cm0（t-t0）=cm×10℃，①又向保温容器中倒入一小杯同质知量为m0同温度的热水，水温又上升了6℃，Q吸=Q放，从而可知，cm0（t-10℃-6℃）=c（m+m0）×6℃，②则则①-②得：6℃×cm0=10℃×cm-6℃×cm-6℃×cm0，整理得：12℃×cm0=4℃×cm，解得：m=3m0；代入①式可得，t=40℃；假设我们将全部热水一次性注入，则由热平衡方程可知：3m0c（40℃-△t）=mc△t，m=3m0；联立两式解得：△t=20℃；则注入后3杯水后，水温还会上升：20℃-10℃-6℃=4℃.类型八、比热容相关计算例8、“米线”是一种特色小吃。端上餐桌的有：一碗热汤，上面浮着一层油、一碟切成薄片的鲜肉、一碗已煮熟的米线。食客先把肉片放进汤内，稍候再加入米线。现有以下资料：汤的初温97°C，比热容4.2×103J/(kg·℃)；肉片的质量为0.2kg，初温22℃，比热容3.5×l03J/(kg·℃)。基于健康缘故，肉片必须至少在大于80℃的汤中保持2min，在这2min时间里，由于向外界散热整体温度将下降约2℃。问：（1）碗中油层的作用是什么?（2）为实现上述的温度要求，碗中汤的质量多少应满足什么条件?【【答案】0.67kg.【解析】（1）减慢蒸发，从而减慢热量损失。（2）因为肉片必须至少在大于80℃的汤中保持2min，在此期间，整体温度将下降约2℃，所以汤和肉混合后的温度至少为t=82℃.根据Q吸=Q放以及Q=cm△t可得c肉m肉(t-t肉)=c汤m汤(t汤-t)至少需要汤的质量m汤=c肉m肉类型九、热值的理解例9、关于燃料的热值，下列说法正确的是()A、燃料的热值与燃料的燃烧情况有关B、容易燃烧的燃料热值一定大C、煤的热值比干木柴的大，煤燃烧放出的热量比干木柴放出的热量多D、0.5kg煤油和1.5kg煤油的热值一样大【【答案】D.【解析】本题考查对燃料热值的理解。燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的燃烧情况无关，与燃料是否容易燃烧无关，故A、B错误；燃料燃烧放出的热量与是否完全燃烧、燃料的热值和质量都有关系，因此热值大的燃料不一定放出的热量多，故C错误；燃料的热值与燃料的质量无关，0.5kg煤油和1.5kg煤油的热值一样大，故D正确培优·训练一、选择题1、烈日炎炎的夏季，白天海滩上的沙子热得烫脚，海水却很凉爽；傍晚，沙子很快凉了，但海水却仍然暖暖的．同样的日照条件下，沙子和海水的温度不一样的原因是（）A．沙子的密度比海水的密度大B．沙子的比热容比海水的比热容大C．沙子的比热容比海水的比热容小D．沙子的质量比海水小2、有两只温度和质量都相同的金属球A和金属球B，先将球A放入盛有热水的杯中，热平衡后水的温度降低了30℃；把球A取出，再将球B放这个杯中，热平衡后，水的温度又降低了10℃，则球A和球B的比热容大小关系为（）A．球A大B．球B大C．一样大D．无法确定3、两个质量相同的不同物质，吸收相同的热量，下列说法中正确的是()A.比热容大的物质升高温度较小B.比热容小的物质升高温度较小C.比热容大的物质升高温度较大D.升高温度相同，与比热容大小无关4、甲、乙两杯水的温度分别为20℃和60℃，下列说法正确的是()A.甲杯中水的内能一定比乙杯中的小B.甲杯中水的温度升高，其内能一定增大C.甲杯中的水分子运动一定比乙杯中的剧烈D.要使甲杯中水的温度升高，只有加热才能做到5、下列说法正确的是()A.两物体温度相同，内能一定相同B.两物体相比，分子动能越大的物体，其内能越大C.甲物体传递了热量给乙物体，说明甲物体内能大D.扩散现象中，分子可以从低温物体运动到高温物体6、下表列出一些物质的比热容，根据表中数据，下列判断正确的是()物质水煤油冰铝铜比热容/(J·kg－1·℃－1)4.2×1032.1×1032.1×1030.88×1030.39×103A.不同物质的比热容一定不同B.物质的物态发生变化，比热容不变C.质量相等的铝和铜升高相同的温度，铝吸收的热量更多D.质量相等的水和煤油吸收相同的热量，水升高的温度更多7、下列说法正确的是（）A、物体发生物态变化都吸热B、热量总是自发从高温物体传给低温物体C、物体的比热容与质量有关D、温度高的物体内能大8、质量相等的水、铝块、铜块和水银（c水＞c铝＞c铜＞c水银），它们的温度分别从20℃降低到10℃，放出热量最多的是（）A、水B、铝块C、铜块D、水银9、甲、乙两物体吸收的热量之比为3：1，已知甲的质量是乙的2倍，甲升高的温度是乙的13A、9：2B、2：9C、1：2D、2：110、甲物体的质量是乙物体质量的4倍，当甲的温度从20℃升高到70℃，乙的温度从40℃升高到60℃时，甲乙两物体吸收的热量之比为5：1则甲的比热容与乙的比热容之比是多少（）A、5：2B、7：5C、1：2D、2：711、质量相等的28℃、100℃的水分别装在甲、乙两容器中，现将一个温度为100℃的金属球放入甲容器中，达到温度相同时，甲容器中水温升高到40℃，然后迅速取出金属球放入乙容器中，再次达到温度相同时，乙容器中水温是（设不计热量损失和水的质量损失）（）A、60℃B、70℃C、88℃D、90℃12、冷水的质量为m，温度为t1，吸收一定热量后，温度升高到t；另有质量为2m的热水，放出同样多的热量后，温度也降到t，那么热水原来的温度为（）A、3t-t12B、3t1-t213、将质量相等、温度相同的AB两物体，分别放入质量相等、初温相同的甲、乙水中后，甲杯中水温升高30℃，乙杯中水温升高15℃，则AB两物质比热容关系是（）A、cA=2cBB、cA＜2cBC、cA＞2cBD、无法判断14、甲、乙两块质量相同的不同金属，在沸水里加热一段时间．先取出甲决投入一杯冷水里，当达到热平衡后，水温升高20℃．再取出甲块，立即将乙块从沸水中取出投入这杯水中，再次达到热平衡，水温又升高20℃．若不计热的损失，则由此可判断（）A、甲的比热容比乙大B、甲的比热容比乙小C、甲的比热容跟乙相等D、无法确定比热容大小15、质量为3kg，比热容为0.8×103J/（kg•℃）的金属甲与质量为7kg，比热容为0.4×103J/（kg•℃）的金属乙冶炼成合金后，其合金的比热容为（

）A、0.52×104J/（kg•℃）B、0.52×103J/（kg•℃）C、0.63×104J/（kg•℃）D、0.63×103J/（kg•℃）16、干燥的泥土比热容为0.84×103J/（Kg•℃），受潮含有水分后，其比热容为1.26×103J/（Kg•℃）．则这堆泥土所含水分的百分比是（）A、10%B、12.5%C、33%D、50%17、（多选）用相同的电加热器分别对质量相等的A和B两种液体加热(不计热量损失)，如图是液体A和B的温度随加热时间变化的图像．下列说法正确的是()A.A的比热容与B的比热容之比为2∶1B.A的比热容与B的比热容之比为2∶3C.都加热t1时间，B吸收的热量与A吸收的热量相等D.A和B升高相同的温度，B吸收的热量较多18、将一杯热水倒入容器内的冷水中，冷水温度升高10％，又向容器内倒入同样一杯热水，冷水温度又升高6℃，若再向容器内倒入同样一杯热水，则冷水温度将再升高(不计热损失)()A、4．5℃B、4℃C、3.5℃D、3℃二、填空题1、把质量为2kg，温度为25℃的水加热到75℃，水吸收的热量为________J，这些热量相当于完全燃烧________m3的天然气所放出的热量．[c水＝4.2×103J/(kg·℃)，q天然气＝4.2×107J/m3]．2、我们每天都在产生大量垃圾，合理分类和利用垃圾是我们面临的一个重大课题．某垃圾处理厂处理垃圾时提炼出了200kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107J/kg，则这些燃料油完全燃烧放出的热量为________J，燃料油燃烧时发热，燃料油的化学能转化为________能．3、北京大兴国际机场的“地源热泵工程”，利用的是地下浅层地热资源向室内供热，每年节省天然气近2×107m3.若这些天然气完全燃烧，放出的热量为________J，标准大气压下可以将________kg初温为20℃的水加热至沸腾．(q天然气＝4×107J/m3，最后一空保留2位有效数字)。4、因为环境污染，北极的冰山上常年沉积着灰尘，使冰山表面吸收了更多太阳光，加速了冰山的熔化。假设覆盖着灰尘的冰山上表面每单位时间单位面积所吸收的太阳光为98瓦/米2(此数据已将太阳光白天和黑夜的不同日照量平均计算在内)。若有厚度为30米的冰山，如图所示，则仅靠阳光的暴晒，在0℃的海水中，需要约___________天才能将此冰山熔化。三、作图与计算题1、两个相同的容器中分别装有质量和初温均相同的甲、乙两种晶体，用相同的加热器同时对它们加热．甲从开始加热至熔化一段时间，温度随时间变化的图像如右图所示，若乙的比热容和熔点均小于甲，请在右图中画出晶体乙在相同过程中，温度随时间变化的大致图像．2、太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进了千家万户．如图所示，某家庭太阳能热水器接收太阳能总有效面积为2m2，1m2面积上1h接收到的太阳能平均为2.52×106J，若阳光照射该热水器5h，可以使质量为80kg的水温度升高30℃.[c水＝4.2×103J/(kg·℃)，q干木柴＝1.2×107J/kg]．求：(1)水吸收的热量；(2)若这些水吸收的热量全部由燃烧干木柴提供，需要完全燃烧多少千克干木柴(假设干木柴完全燃烧放出的热量全部被水吸收)；(3)该太阳能热水器的效率及开发利用太阳能的优点．3、一定气压下，某种晶体熔化成同温度液体时所吸收的热量与其质量之比叫该晶体的熔化热，用字母λ表示．在标准大气压下，用一个热效率为40%的酒精炉为热源，将500g初温为0℃的冰全部熔化