4.1热学实验探究（解析版）

2024年中考物理核心素养提升4.1热学实验探究一、探究晶体熔化时的温度变化特点（高频考点）【常考点归纳】1.实验装置的组装顺序：从下往上。先将酒精灯放在铁架台上，调节铁圈的位置，使酒精灯的外焰对烧杯加热，最后调整温度计的位置，使温度计的感温泡与被测物体紧密接触，不碰容器底和壁，再固定温度计。2.若果用冰块做实验，用小冰块较好。小块的冰块既便于温度计测量温度，又可以使其受热更均匀，缩短加热时间。3.为什么不直接对冰块加热，要将装冰块的试管放在水中（水浴法）间接加热？目的是为了使冰块受热均匀。4.熔化图像分析时，与时间轴平行的一段才是熔化阶段，此时处于固液共存状态。所对应的温度值，就是该晶体的熔点。5.结论：晶体熔化时，吸收热量，温度保持不变。6.细节分析：在冰块吸热升温时和水吸热升温时，温度随时间变化的速度不同。即同一坐标系内，冰块升温时的图像走势比水升温时的陡峭，如下图。这是由于冰变成水之后，质量不变，但是比热容变大，所以吸收相同的热量后，水升高的温度比冰低。晶体凝固的情况与熔化时相反。【中考题实例剖析】【例1】【2023荆州】用如图甲所示的装置探究某物质的熔化规律。（1）组装器材时，应先固定______（选填“A”、“B”或“C”）；（2）下列措施不能使物质受热均匀的是______；A．加热过程中不断搅拌B．通过水给试管加热C．温度计的玻璃泡完全浸没在物质中（3）加热到某一时刻温度计示数如图乙所示，其温度为______℃；（4）根据实验数据绘出该物质的温度—时间图像如图丙所示，该物质是______（选填“晶体”或“非晶体”）；（5）另一小组同学用相同物质进行实验，绘制出的温度—时间图像中没有出现明显的水平段，原因可能是______。（写出一种即可）【分析与解答】（1）实验中为了让酒精灯用外焰加热，温度计的玻璃泡浸没在被测液体中，且温度计的玻璃泡不能碰到容器底或容器壁，所以组装器材时，要从下到上组装，则应先固定C。（2）A．加热过程中不断搅拌，可以使被加热液体受热均匀，A错。B．通过水给试管加热，采用水浴加热，可以使试管受热均匀，B错。C．温度计的玻璃泡完全浸没在物质中，使得测量的温度准确，不能使物质受热均匀，C正确。（3）由图乙得：温度计的分度值为1℃，其温度为38℃。（4）由图丙可知：BC段物质吸收热量，温度保持不变，该物质有固定的熔化温度，即该物质有固定的熔点，故该物质是晶体。（5）另一小组同学用相同物质进行实验，该物质是晶体，熔化过程中，温度保持不变，而实验时绘制出的温度—时间图像中没有出现明显的水平段，原因可能是物质受热不均匀，导致温度测量不准确。【答案】（1）C（2）C（3）38（4）晶体（5）物质受热不均匀，导致温度测量不准确二、探究液体沸腾时的温度变化特点（高频考点）【常考点归纳】1.实验装置的组装顺序：从下往上。先将酒精灯放在铁架台上，调节铁圈的位置，使酒精灯的外焰对烧杯加热，最后调整温度计的位置，使温度计的感温泡与被测液体紧密接触，不碰容器底和壁，再固定温度计。2.使水尽快沸腾，缩短实验时间的一些方法：（1）减少水的质量；（2）使用初温较高的水；（3）对烧杯（试管）加盖；（4）加大加热的火力。3.气泡大小变化情况：沸腾前，气泡由大变小；沸腾时，由小变大。4.对烧开后的水，冷却后，再加热，沸腾前观察不到气泡，但沸腾时有气泡产生。这是为什么？这是因为沸腾前水中的气泡，是溶解在水中的空气。由于水的温度升高，空气在水中的溶解能力变弱，使部分原本溶解在水中的空气在加热后无法溶解，而溢出水。所以，当我们对开水再加热时，由于水中的空气已经被溢出，无法看到空气泡。5.结论：液体沸腾时，吸收热量，温度保持不变。6．几个延伸小实验（1）若果在实验中，在烧杯中放入装水的试管，试管不接触烧杯的壁和底，测量试管中水的温度，会发现它能够达到沸点，但不会沸腾。这是因为液体沸腾需要满足两个条件：继续吸热；达到沸点。此时试管中的水达到沸点后，与烧瓶中的水温度相同，无法继续从烧杯里的水中吸热，无法满足“继续吸热”这个条件。（2）若果（1）中试管里加入的是酒精（沸点为78.5℃），则酒精可以沸腾。但在酒精未汽化结束之前，烧杯中的水不会沸腾。这是因为酒精的沸点比水低，沸腾时需要不断的在水中吸热，使水的温度能达到酒精的沸点，但无法达到水的沸点。（3）若果实验（2）中的水和酒精互换，则酒精能够沸腾，水不能够沸腾，且不能达到沸点。原因同（2）。【中考题实例剖析】【例2】【2023深圳】如图甲所示，琴琴同学探究“水的沸腾与加热时间的关系”，水的质量为100g，实验过程中温度随时间变化的关系如下表。min00.511.52......12℃94？969798......98（1）当加热0.5min时，温度计示数如图乙，读数为______℃；（2）根据示数研究得出水沸腾时的温度变化特征是：水沸腾时持续吸热，温度______；（选填“升高”、“降低”或“不变”）（3）琴琴同学实验过程中，水沸腾时温度小于100℃，原因是；（4）如何减少加热时间，请给琴琴同学提个建议：；（5）水在1分钟内吸收的热量为______J；（6）根据第（5）步进一步探究，水沸腾后继续加热了10分钟，水的质量少了4g，探究蒸发1克水吸收了多少热量？（忽略热量损失）【分析与解答】（1）由乙图可知：温度计的分度值为1℃，温度计示数为95℃。（2）由表中数据可知：从第2min开始，水温保持98℃不变，所以可得出水沸腾时的温度变化特征是：水沸腾时持续吸热，温度不变。（3）由于在1标准大气压下，水的沸点为100℃，水的沸点随气压的降低而降低，所以当气压小于1标准大气压时，水沸腾时温度小于100℃。（4）为了减少加热时间，可以用初温较高的热水，或者减小水的质量等。（5）由表中数据可知，水在1min内，温度由94℃上升至96℃，则水在1分钟内吸收的热量：Q=cmΔt=4.2×103J/（kg.℃）×0.1kg×（96℃-94℃）=840J。（6）水沸腾后继续加热了10分钟，水的质量少了4g，则蒸发1克水吸收的热量：Q=10Q4g×1g【答案】（1）95（2）不变（3）当地大气压小于1标准大气压（4）减少水的质量（5）840（6）2100J三、比较不同物质的吸热能力【常考点归纳】1.实验装置顺序同“探究液体沸腾时的温度变化特点”。2.实验方法：（1）控制变量法；（2）转换法（将物体吸收热量多少转化为加热时间的长短，加热时间相同，吸收的热量相同）3.比较吸热能力的两种方法：（1）加热相同的时间，比较物体温度变化量的大小。温度变化量大的，吸热能力弱。（2）使物体升高相同的温度，比较加热时间的长短。吸热时间长的，吸热能力强。4.将初温和质量相同的几种物质均放入同一装水的烧杯中加热，进行比较的优点：便于控制吸收热量相同，比较物体的温度变化量的大小。5.结论：不同物质的吸热能力不同。同一物质，物态不同，吸热能力不同。【中考题实例剖析】【例3】【2023泸州】小明学习了比热容知识后，想比较A、B两种未知液体的比热容大小，进行如下实验：（1）找来两个带保温层的相同电热杯，不计与外界发生的热传递，如图甲所示；（2）将_______相等的A、B两种液体分别倒入两个电热杯中，然后将两种液体均加热到60℃；（3）将长时间处于室温的两个完全相同的铜块，分别浸没在两种液体中，盖好盖子；（4）经过一段时间，温度计示数稳定后，A液体中温度计示数如图乙所示，则A液体温度降为_________℃，B液体温度降为53.0℃；（5）分析可知，_____液体放出的热量多，_____液体的比热容较大。【分析与解答】（2）比较A、B两种未知液体的比热容大小，根据控制变量法可知需要控制两液体的质量相等。（4）由乙图可知：A液体温度降为56℃，则A液体则铜块的末温为56℃。（5）B液体温度降为53℃，则B液体中铜块的末温为53℃，铜块的初温相同。根据Q=cmΔt可知：A液体中铜块吸收的热量较多，则A液体放出的热量多；即cAmΔtA>cBmΔtB，代入数据可得：cAm(60℃-56℃)>cBm(60℃-53℃)。整理可得cA>cB，所以A液体的比热容较大。【答案】（2）质量（3）56（4）A（5）A【中考真题精选精练】1.【2023武汉】某实验小组用两套如图甲所示的实验装置分别研究海波和石蜡的熔化过程。（1）如图乙所示，温度计显示的是石蜡在某时刻的温度，它的示数是_____。（2）海波熔化过程中不断____（填“放出”或“吸收”）热量，温度____（填“升高”“不变”或“降低”）。（3）两支试管中分别盛有海波和石蜡，当两者全部熔化后，该实验小组继续研究海波和石蜡的凝固过程。将两支试管从烧杯中取出，静置于空气中自然冷却，每隔2min同时记录一次温度，根据记录数据在同一个图像中画出它们的温度随时间变化的曲线，如图丙所示。下列说法正确的是_____（填标号）。A.石蜡的凝固点为48℃B.实验室内环境温度为20℃C.0~15min内的任一时刻，石蜡和海波的温度都不可能相同【答案】（1）36℃（2）吸热不变（3）B【解析】（1）温度计的分度值为1℃，因此此时读数为36℃。（2）海波是晶体，根据晶体熔化特点，晶体在熔化过程中吸热，温度保持不变。（3）由图可知：室内温度为20℃，海波和石蜡温度组件下降；5min的时候海波和石蜡温度同为48℃，由于石蜡是非晶体，没有固定熔点。2.【2023徐州】如图甲所示，在“探究冰的熔化特点”实验中，用温度和室温相同的水给碎冰加热。（1）在碎冰中插入温度计时，应使温度计的玻璃泡位于碎冰的（）A．上部B．中部C．底部D．都可以（2）冰熔化时温度随时间变化的图像如图乙所示，在t1到t2时间段，试管中物质的状态为______，此时的温度叫作冰的______。（3）图乙中，t₁前和t₂后的两段图像的倾斜程度不同，原因是（）A．冰吸热比水快B．冰的质量比水大C．水的密度比冰大D．水的比热容比冰大（4）实验过程中，如果还想同时得到冰在熔化时吸收热量的证据，请你对该实验做出改进：___________。【答案】（1）B（2）固液共存熔点（3）D（4）再加一个温度计测量烧杯中水的温度【解析】（1）测量试管中碎冰的温度，应使温度计的玻璃泡与碎冰充分接触，且不要碰到容器底或容器壁，B正确。（2）由图知：在t1到t2时间段，该物质在熔化过程中温度不变，继续吸热，这个不变的温度就是物质的熔点，该物质处于固液共存的状态。（3）冰化成水质量不变，由图像知：在同样受热情况（吸收热量相同）下，温度变化快慢不同，是由于冰和水的比热容不同，质量一定比热容大的物质吸收相同的热量升温慢，故水的比热容比冰大，D正确。（4）在烧杯中也插入一支温度计，在t1到t2时间段，冰熔化过程中，若烧杯中温度计示数变小，说明冰熔化时需要吸收热量。3.【2023湘潭】用如图所示实验装置，探究室温下冰熔化时温度的变化规律。（1）将冰打碎后放入烧杯，温度计插入碎冰中。图中温度计示数为__________℃；（2）由实验数据绘制成图所示图像，可知，AB段该物质是__________态，BC段__________（选填“需要”或“不需”）吸热；由实验可知，冰属于__________（选填“晶体”或“非晶体”）；（3）研究表明晶体的熔点与压强有关，压强越大，晶体的熔点越低，如图，在温度较低的环境中，将拴有重物的细金属丝挂在冰块上，金属丝下方与冰接触处的压强__________（选填“增大”或“减小”），从而使冰的熔点__________（选填“升高”或“降低”）了，金属丝下方的冰块熔化，熔化而成的水又很快凝固，金属丝穿冰块而过且不留缝隙。【答案】（1）-3（2）固需要晶体（3）增大降低【解析】（1）由图可知：温度计分度值为1℃，液面在0以下第三个刻度，所以温度计示数为-3℃。（2）观察图像可知：冰在B点还未开始熔化，即AB段该物质为固态；在C点已经完全熔化，而在BC段处于熔化过程中，吸收热量，温度保持不变，说明冰有固定的熔化温度，为晶体。（3）晶体的熔点与压强有关，压强越大，晶体的熔点越低。将拴有重物的细金属丝挂在冰块上，压力一定，金属丝下方与冰接触处的部分受力面积较小，增大了压强，从而降低冰的熔点，使金属丝下方的冰块先其它部分的冰熔化。4.【2023连云港】用如图所示装置“探究水沸腾时温度变化的特点”。（1）实验装置的安装顺序是________（选填“自上而下”或“自下而上”）；（2）图示烧杯中水的温度为_________℃。烧杯口出现的“白气”是__________现象，此过程需要_________；（3）沸腾过程中撤去酒精灯，你观察到烧杯中水的现象是。【答案】（1）自下而上（2）97液化放热（3）水继续沸腾，短时间后停止沸腾【解析】（1）酒精灯需用外焰加热，所以要放好酒精灯，再固定铁圈的高度；而温度计的玻璃泡要全部浸没到液体中，但不能碰到容器壁和容器底，所以先放好烧杯后，再调节温度计的高度，即在组装实验器材时，应按照自下而上的顺序。（2）由图可知：温度计的分度值是1℃，温度计的示数是97℃。烧杯中冒出“白气”是水蒸气液化形成的小水滴，液化放热。（3）沸腾过程中撤去酒精灯，石棉网上还有一定的余热，水不会立即停止沸腾，短时间后停止沸腾。5.【2023长春】“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中：（1）某时刻温度计的示数如图所示为___________℃；（2）某同学观察到水沸腾时的现象：水中产生的大量气泡上升过程中体积___________，到水面破裂开来；（3）该实验中，能否用水银体温计代替图中的温度计测量沸水的温度？___________。【答案】（1）91（2）变大（3）不能【解析】（1）该温度计的分度值为1℃，因此读数为91℃。（2）水的沸腾是一种剧烈的汽化现象。这时形成的大量气泡不断上升、变大，到水面破裂开来，里面的水蒸气散发到空气中。（3）1标准大气压下水的沸点是100℃，而体温计的测量范围是35℃~42℃，远低于沸水的温度，因此不能用水银体温计代替图中的温度计测量沸水的温度。6.【2023重庆B】在“探究水在沸腾前后温度变化的特点”实验中：①如图甲所示，在组装实验装置的过程中，应先调整______（选填字母）部分；②从水温达到90℃开始，小波每隔记录一次温度，某时刻温度计的示数如图乙所示，此时水的温度为______℃；③小波根据实验数据，作出了水沸腾前后水温随时间变化的图像，如图丙。由图像可知：水沸腾时，不断吸热，温度______。【答案】①A②91③不变【解析】①实验中为了保证酒精灯用外焰加热，温度计玻璃泡浸没在被测液体中，应从上到下调整装置，所以应先调整A。②图乙中温度计的分度值为1℃，示数为91℃。③由图丙得：水沸腾过程中，温度保持沸点不变。7.【2023牡丹江】生活中常将牛奶放在热水中（即“水浴法”）加热，如图甲所示。小明想知道牛奶的沸点，实验装置如图乙所示。（1）实验中还需要添加的测量工具是______；小明用酒精灯给牛奶加热，当温度接近90℃，每隔记录一次温度，数据如表所示；时间/min温度／℃（2）牛奶沸腾时，内部涌出大量气泡，在表面堆积，不易破裂，需不断搅拌气泡；可见，牛奶的沸腾也是一种剧烈的______现象；同时奶香四溢，这属于______现象；（3）实验表明，牛奶在沸腾过程中，温度______，用酒精灯持续加热，表明牛奶沸腾需要______热量；（4）小明发现牛奶的沸点与水的沸点接近，但极容易溢出（俗称“潽（pū）锅”），用“水浴法”加热牛奶的好处是（写出一条）。【答案】（1）秒表（2）汽化扩散（3）保持不变吸收（4）方便安全（其它如省时，受热均匀，保持营养等合理答案均可）【解析】（1）实验中要测量时间，实验室用秒表测量时间，故还需要秒表。（2）汽化有两种表现形式：蒸发和沸腾，其中沸腾是剧烈的汽化现象；奶香四溢，是牛奶分子做不停息的无规则运动，扩散到空气中闻到的香味，属于扩散现象。（3）沸腾的特点是吸热，但温度保持不变，由表格可知，牛奶加热到2.5min以后温度保持不变，故牛奶在沸腾过程中，温度保持不变；并且沸腾过程中要用酒精灯持续加热，说明牛奶沸腾时要吸收热量。（4）用“水浴法”加热牛奶的优点是方便安全，不会“潽锅”，因为牛奶达到沸点后不能从外界吸收热量，故不会沸腾，出现“潽锅”。另外水浴法加热，牛奶受热均匀，能有效锁住牛奶营养。8.【2023丹东】在“探究水沸腾时温度变化的特点”的实验中：（1）在组装器材时，出现如图甲所示的情形，其中存在的错误是_________，此时应对_____（选填“A”或“B”）处进行调整；（2）器材调整好