在初中物理的学习中,比热容是一个重要的知识点。它不仅帮助我们理解物质吸热或放热的能力,还广泛应用于生活中的各种现象分析。以下是四种常见的比热容计算题型,通过这些题目可以更好地掌握这一知识点。
一、基本公式应用题
例题:已知水的比热容为4.2×10³ J/(kg·℃),如果500克水温度升高了20℃,求水吸收的热量。
解析:
根据公式 \( Q = cm\Delta t \),其中 \( c \) 是比热容,\( m \) 是质量,\( \Delta t \) 是温度变化量。
代入数据:
\[ Q = 4.2 \times 10^3 \, \text{J/(kg·℃)} \times 0.5 \, \text{kg} \times 20 \, \text{℃} = 42000 \, \text{J} \]
答案:水吸收的热量为42000焦耳。
二、热量相等的平衡问题
例题:有一块铁块质量为200克,初温为100℃;另一杯水质量为500克,初温为20℃。若两者接触后达到热平衡,且不计热损失,求最终的平衡温度。(铁的比热容为0.46×10³ J/(kg·℃))
解析:
设平衡温度为 \( t \),根据热量平衡原理:
\[ Q_{铁放} = Q_{水吸} \]
即:
\[ c_{铁}m_{铁}\Delta t_{铁} = c_{水}m_{水}\Delta t_{水} \]
代入数据:
\[ 0.46 \times 10^3 \times 0.2 \times (100 - t) = 4.2 \times 10^3 \times 0.5 \times (t - 20) \]
解方程得:
\[ t = 30.7℃ \]
答案:最终平衡温度为30.7℃。
三、混合物加热问题
例题:将一块质量为300克、初温为80℃的铜块放入装有2千克、初温为20℃的水的容器中,假设无热量损失,求系统的最终温度。(铜的比热容为0.39×10³ J/(kg·℃))
解析:
同样利用热量平衡原理:
\[ Q_{铜放} = Q_{水吸} \]
即:
\[ c_{铜}m_{铜}\Delta t_{铜} = c_{水}m_{水}\Delta t_{水} \]
代入数据:
\[ 0.39 \times 10^3 \times 0.3 \times (80 - t) = 4.2 \times 10^3 \times 2 \times (t - 20) \]
解方程得:
\[ t = 23.6℃ \]
答案:最终温度为23.6℃。
四、实际应用题
例题:一辆汽车发动机每小时消耗柴油约1升(密度约为0.85 kg/L),柴油的比热容为3.3×10³ J/(kg·℃)。如果柴油完全燃烧释放的能量全部用来加热发动机冷却液(假设冷却液体积为10升,密度为1 kg/L),求冷却液温度上升了多少度?
解析:
首先计算柴油的质量:
\[ m_{柴油} = 1 \, \text{L} \times 0.85 \, \text{kg/L} = 0.85 \, \text{kg} \]
再计算柴油完全燃烧释放的热量:
\[ Q = mc = 0.85 \times 3.3 \times 10^3 = 2805 \, \text{kJ} \]
冷却液的质量为:
\[ m_{冷却液} = 10 \, \text{L} \times 1 \, \text{kg/L} = 10 \, \text{kg} \]
由公式 \( \Delta t = Q / cm \) 可得:
\[ \Delta t = \frac{2805 \times 10^3}{4.2 \times 10^3 \times 10} = 66.8℃ \]
答案:冷却液温度上升了66.8℃。
以上四类题目涵盖了比热容计算的核心内容,希望同学们能够通过练习巩固相关知识,并灵活运用到实际问题中去。