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初中物理奥赛热学概念经验谈

来源:晨网初中物理  作者:佚名  时间:2021-11-13  浏览:次  星级:  下载权限:点券[点击下载]

  经验谈

  热学中的物理量有的定义有其自身的依据,也有些物理量是历史原因造成的,文中向你介绍了各物理量的定义及来由。你会对这些物理量有更清楚的理解。

  内容综述

  温度

  1.温度是表示物体冷热程度的物理量。是物体分子平均动能的标志。

  2.对温度的零点和分度方法做出的规定叫温度标准,简称温标。

  ⑴常见的三种温标

  ①.摄氏温标规定在一标准大气压下,水的冰点(冰水混合物的温度)为0度,沸点为100度。0到100之间分为100等分,每一等分就是1摄氏度。摄氏温度用t表示,摄氏温度的单位是摄氏度,用℃表示。

  ②.华氏温标规定在一标准大气压下,水的冰点为32度,沸点为212度。其间180等分,每一等分就是1华氏度。华氏温度一般用tF表示并与摄氏温度加以区分,华氏温度的单位是华氏度,用℉表示。

  ③.热力学温标(绝对温标)规定零下273.15℃为0度(绝对零度)。分度值与摄氏温度相同,即摄氏温标中的一度和热力学温标的一度相等。热力学温度用T表示,单位是开尔文,简称开,用K表示。

  ⑵三种温度的换算关系

  T = t +273.15

  3.测量物体温度的工具或仪器叫温度计。

  ⑴.常用温度计根据液体热胀冷缩的性质测量温度的高低,所以叫液体温度计。液体温度计的测温物质是水银、酒精、煤油等液体。利用气体或固体热胀冷缩的性质制成的温度计叫气体温度计或固体温度计。此外,还有根据某些材料电热特性制成的电子温度计。

  ⑵.用温度计测量物体温度的过程是热传递过程。当温度计的测温物质和被测物体达到热平衡时,温度计的示数稳定。在测温过程中,测温物质吸收或放出的热量很少,所以温度计对被测物体的影响可忽略不计。

  热量

  1.在热传递过程中,传递能量的多少叫热量

  2.热量是量度物体内能改变的物理量

  3.热量是一种形式的能量。所以热量的单位是焦耳。

  燃烧值

  1.1千克的某种燃料完全燃烧放出的热量叫这种燃料的燃烧值。

  2.用Q表示燃料完全燃烧放出的热量,用m表示燃料的质量,则燃料的燃烧值q可以用公式表示为

  3.燃烧值是燃料的特征量,表示单位质量的燃料的放热本领。燃料贮存的化学能来源于太阳能。

  4.燃烧值的单位是焦/千克。

  比热容

  1.单位质量的某种物质,温度升高(或降低)1℃吸收(或放出)的热量,叫这种物质的比热容。简称比热。

  2.比热是表示“质量相等的不同种物质,升高相同的温度,吸收的热量不等;吸收相等的热量,升高的温度不同”这种物质特性的物理量。

  3.物质的比热可以用公式表示为

  公式中的Q、m、Δt分别表示物体吸收或放出的热量、物体的质量和温度变化量。

  4.比热的单位是焦/(千克× ℃)。

  5.水的比热是4.2×103焦/(千克× ℃),表示质量是1千克的水,温度升高(或降低)1℃,吸收(或放出)的热量是4.2×103焦。

  要点讲解

  摄氏温度和华氏温度的换算关系是如何确定的?

  如前所述,可以根据换算关系式 对摄氏温度和华氏温度进行换算。此式是根据两温标的规定得出的,摄氏温标的0度和100度与华氏温标的32度和212度分别对应水的冰点和水的沸点,只不过是两温标的分度不一样。对应某一摄氏温度t的华氏温度tF ,二者存在如下关系 ,由此可以得出换算关系式 。

  热量和比热还有别的单位吗?

  过去,在人们还不知道热量是能量的一种表现形式的情况下,给热量的单位做出了如下的规定:质量是1克(千克)的水,温度升高或降低1℃,吸收或放出的热量叫1卡(千卡)。由此得到水的比热为1卡/(克× ℃)或1千卡/(千克× ℃)等一系列和热量有关的物理量的单位。

  在做功和热传递都可以改变物体内能这一事实的基础上,以焦耳为代表的许多科学家经过长时间的大量的研究工作,最后得到功和热量之间存在确定的数量关系:1卡的热量跟4.2焦耳的功相当。这个相当的关系在物理学上用等式1卡=4.2焦耳来表示,等式给出了热量的单位卡和功的单位焦耳之间的换算关系,叫做热功当量。在国际单位制中,功、热量、能量的单位都是焦耳,卡或千卡不是国际单位制的单位,已经被废除。但是由于历史原因,卡这个单位长期沿用下来,现在工程上和营养学上仍然使用它。

  怎样理解比热的概念?

  比热是反映物质热学特性的物理量。不同种物质的比热不同,说明质量相等的不同种物质升高相同的温度,吸收的热量不相等。质量相等的两种物质相比较,它们升高的温度相同时,比热大的物质吸收的热量多,比热小的物质吸收的热量少;它们吸收相等的热量时,比热小的物质温度升高得多,比热大的物质温度升高得少。这一特征和力学中的物体的惯性有些相似之处,在相同的外力作用下,惯性小的物体运动状态变化快,惯性大的物体运动状态变化慢。对于确定的物质,比热是一定的,当质量一定时,它温度升高、降低的多少由吸、放热的多少决定。比热的大小可以根据物质的质量的大小、温度变化量和吸收、放出热量的多少测算得到。但是比热的大小不由物体吸收、放出热量的多少,温度变化量和质量的大小决定,比热是物质的特性,它是由物质本身所决定的,每一种物质有自己的比热。

  物质比热的大小能否用实验的方法进行测量?

  物质的比热的大小是可以通过实验的方法进行测量的。在热传递过程中,如果传递的热量Q、物体的质量m和温度变化量Δt都已知,可以通过比热的定义公式 计算出被测物质的比热值,由于向物体传K焦的热和对物体做K焦的功对于改变物体内能是等效的,所以用对物体做功使其温度发生变化的方法也能够测量出物质的比热。

  比热是物质特性,为什么一般不用测比热的方法鉴别物质?

  我们一般用测量密度的方法来鉴别物质,主要原因是测量过程中涉及到的物理量少,只需要用天平测出待测物体的质量,用量杯或量筒量出物体的体积,根据公式 就能得到待测物质的密度。测量密度的方法简单,测量误差也比较小。而在测量比热的过程中涉及到的物理量比较多,需要用天平测出待测物体的质量,用温度计测出物体的初温度和末温度,而且还要通过其它途径计算出不能直接测量的热量,测量方法复杂,影响测量结果的因素较多,测量误差不容易控制。把测密度的方法和测比热的方法相比较,前者更符合方法简单易行,数据准确的原则,所以很少用测量比热的方法来鉴别物质。

  例题分析

  例题一:图16—1是气体温度计。用它来测量气温,当气温升高时,玻璃管中的液面应该________。当气温没有改变而大气压减小时,由玻璃管中的液面变化,观察者会误认为是气温________。

  分析:此温度计是伽利略根据气体的热胀冷缩的性质制成的。先给球形容器加热,使里面的空气跑出一部分,停止加热,带颜色的液体就顺着玻璃管升上去,这样就做成了一个温度计。此温度计的测温物质是空气。此温度计测量气温时,受到大气压强的影响。由于封闭空气的压强P气小于大气压强P0,下部容器中的液体被压入玻璃管,玻璃管中的液面高出容器中的液面h时,压强平衡即ρ液gh= P0 P气,当温度升高且大气压强不变时,球形容器中被封闭的空气的压强增大体积膨胀,玻璃管中的空气柱长度增加,液面下降。当大气压强增大而气温不变时,h变大导致液面升高,观察者会误认为气温降低了;当大气压强减小时,h变小导致液面降低,观察者会误认为气温升高了。当大气压强增大同时气温升高时,液面位置还有不变的可能。所以此温度计不能准确测出气温的高低。本题第一空应该填“下降”,第二空应该填“升高”。

  例题二:两个物体的初温相同,下面的说法中正确的是[ ]

  A.如果它们的比热和质量都分别相等,那么放热多的物体末温高

  B.如果它们的末温和比热都分别相等,那么吸热多的物体质量大

  C.如果它们的比热和吸热都分别相等,那么质量大的物体末温高

  D.如果它们的质量和放热都分别相等,那么比热大的物体末温高

  分析:本题目的已知条件是从题干和选项的前半句话中分两次给出的,而选项的后半句话是依条件得出的结论。每一个选项给出的条件都不存在连带关系,所以本题相当于独立的4道判断题。认真审题就会发现,前三个选项中给出了一个共同的条件是比热相等,即两个物体是同种物质,同种物质组成的物体,质量相等时,放热多的降温也多,初温相同时,降温多的末温就低,所以选项A错误。同种物质组成的物体,如果它们吸热相等,质量大的温度变化量小,即末温低;温度变化相同时,质量大的物体吸热也多;所以选项B正确;选项C错误。由不同种物质组成的质量相等的物体,放热相等时,比热大的物体温度降低得少,即初温相同时末温高,所以选项D也正确。

  例题三:铁的比热大于铜的比热,质量相等、初温相同的铁块和铜块放出相等的热量后再将它们接触,下列说法中正确的是[ ]

  A.铁块向铜块传递热量 B.铁块向铜块传递温度

  C.铜块向铁块传递热量 D.铁块和铜块之间不发生热传递

  分析:由于物体之间存在温度差,所以有热传递现象发生。在热传递过程中,热从高温物体传向低温物体。导致高温物体的温度降低,低温物体的温度升高。两个物体的温度随热传递的进行而变化,当两个物体达到同温时,热传递就停止了。温度是热传递发生和终止的标志。和水总是从高水位的地方流向低水位的地方相似,水位是水流发生和终止的标志。水位因水的流动而变化,流动的是水而不是水位。选项B认为热传递是传递温度,所以选项B是错误的。比热是表示质量相同的不同种物质吸收或放出相等的热量,温度变化不同这一物质特征的物理量,铜、铁不是同一种物质,质量相等的铜块和铁块放出相等的热量后,温度变化量一定不相等,它们的初温相同,末温就一定不相同。温度不相同的两个物体接触,就一定有热传递发生,所以D选项错误。要确定选项A、C哪一个正确,就是要确定铜块和铁块末温的高低。因为铜的比热小于铁的比热,依题目叙述的条件可知,铁块的末温高于铜块的末温,所以选项A正确。

  本周强化练习:

  A级:

  1.一杯酒精用去一半,剩下的一半酒精[ ]

  A.比热变成原来的一半 B.质量变成原来的一半

  C.温度变成原来的一半 D.燃烧值变成原来的一半

  2.公式 说明[ ]

  A.c和Q成正比 B.c和m× Δt成反比

  C.c和Q成正比,和m× Δt成反比 D.Q和m× Δt成正比

  3.甲、乙两个物体,质量之比是3∶1,吸收热量之比是2∶1,那么它们升高的温度之比和比热之比分别为[ ]

  A.2∶3 10∶1 B.3∶2 1∶10

  C.5∶3 2∶5 D.3∶5 5∶2

  4.甲、乙两个物体的初温相同,质量之比为3∶1,比热之比为3∶4,如果甲吸收的热量是乙吸收热量的2倍,吸热后将它们接触,则[ ]

  A.甲向乙传热 B.甲、乙之间不发生热传递

  C.乙向甲传热 D.条件不足,无法判断

  5.关于热量,下列说法正确的是[ ]

  A.热量是物体比热大小的量度

  B.热量是物体有内能多少的量度

  C.热量是物体温度改变多少的量度

  D.热量是热传递过程中能量转移多少的量度

  6.铜的比热是铅的比热的3倍,铅块吸收的热量是铜块吸收的热量的2倍,铅块升高的温度是铜块升高的温度的6倍,比较它们的质量[ ]

  A.它们的质量相等 B.铜块的质量大

  C.铅块的质量大 D.无法判断

  B级:

  1.一支刻度均匀但不准确的温度计,将它放在冰水混合物中,示数是4℃,将它放在一标准大气压下的沸水中,示数是94℃,现将它放在温水中,示数是58℃,则温水的实际温度是______℃。当温水的温度下降到______℃时,它的示数和准确温度计的示数相同。

  2.有一支被分成120格的内径均匀的玻璃管,下方玻璃泡中有水银。把它放在冰水混合物中,管中水银面在30格处,放在一个标准大气压的沸水中,管中水银面在80格处,它能测量的最高温度是______℃,当气温为零下4℃时,管中水银面在______格处。

  3.冷水的质量是m,温度是t1,吸收一定的热量后,温度升高到t2。另有质量为2m的热水,放出相等的热量后,温度也降低到t2,热水原来的温度是[ ]

  A. B. C. D.

  4.铁的比热小于铝的比热。把质量相等的铝块和铁块依次放入同一杯液体中,液体的温度第一次从20℃升高到40℃,第二次从40℃升高到60℃,比较铁块和铝块的初温[ ]

  A.铁块的初温高 B.铝块的初温高

  C.它们的初温相同 D.不知液体的比热,无法判断

  【参考答案】

  A级:1.B 2.D 3.C 4.C 5.D 6.A

  B级:1.60( , =58时,t=60); 2.180,28 3.C 4.A(Q铁放= Q铝放, ,t铝 40℃< t铁 60℃,t铁 t铝>20℃)

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