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2024九年级物理全册训练3比热容计算__热平衡问题试卷(附答案沪科版)
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这是一份2024九年级物理全册训练3比热容计算__热平衡问题试卷(附答案沪科版),共4页。
训练3 比热容计算——热平衡问题问题 为了测量某种液体的比热容,把质量为100 g 的铜块放入沸腾的水中相当长一段时间后取出(标准大气压下),迅速投入质量为100 g、温度为10 ℃的待测液体中,最后铜块和液体的共同温度是25 ℃。若不计热量损失,求这种液体的比热容为多少?[已知c铜=0.4×103 J/(kg·℃)]【思维路径】写出解题过程:1.小丽需用温度为40 ℃的水,便把90 ℃的热水与10 kg、20 ℃的水混合,假设混合过程中没有热量损失,求需要90 ℃的热水的质量。2. 将一杯质量为m1、初温为t1的冷水倒入另一杯质量为m2、初温为t2的热水中,混合后的温度为t,不计热量损失,试推证:若m1>m2,则t<eq \f(t1+t2,2)。3. 如图甲所示为某品牌即热式节能饮水机,其工作原理如图乙所示,刚烧开的水很烫不能立即饮用,它的奥秘在于将出水管套在进水管内,利用进水管中的冷水给出水管中的开水降温,进水管中的冷水被预热后送到加热腔中用电加热器烧开。当节能饮水机的出水流量为2.0 L/min时,20 ℃的自来水经热交换套管后被预热成80 ℃的热水流进加热腔。即热式节能饮水机喝水无需等待,即按即出,而且待机零功耗,真正倡导了绿色环保饮水新概念。(1)出水管套在进水管内,进水管中的冷水给出水管中的开水降温,利用的是________的方式改变水的内能,在这个过程中冷水的内能________(填“增大”“减小”或“不变”);(2)在热交换套管内进行热交换过程中,若自来水吸收的热量与等质量的开水放出的热量相等,则可供直接饮用的温开水的温度是________℃。4.【分析图像】小点同学为了探究热传递过程中高温物体、低温物体温度变化的特点,做了如下实验,将盛有30 ℃冷水的小烧杯放入盛有70 ℃热水的大烧杯中,分别用温度传感器测量两烧杯水的温度变化情况,绘制成如图所示的图像。下列说法正确的是( )A.热水和冷水到达同一温度的时间是不相同的B.热水温度下降比冷水温度升高得慢C.热水放出的热量等于冷水吸收的热量D.热水的质量可能小于冷水的质量5.【方程思想】A 、B两物质质量相等,温度均为10 ℃,甲、乙两杯水质量相等,温度均为50 ℃,现将A放入甲杯, B放入乙杯,不计热量损失,热平衡后,甲杯水温降低了4 ℃,乙杯水温降低了8 ℃,则A、B两种物质的比热容之比为( )A.2∶3 B.3∶5 C.4∶9 D.1∶26.【多次热传递】有甲、乙两个金属球,温度和质量都相等,先把甲球放入装有100 ℃水的杯中,热平衡后水温降低了10 ℃,再将乙球放入该杯中,热平衡后水温又降低了10 ℃,不计热量损失,则甲球比热容c甲和乙球比热容c乙的大小关系是( )A.c甲<c乙 B.c甲=c乙 C.c甲>c乙 D.无法确定训练3 比热容计算——热平衡问题【经历发现过程】吸;10;25;25;100解:铜块的质量:m铜=100 g=0.1 kg,铜块放出的热量:Q铜放=c铜m铜Δt铜=0.4×103 J/(kg·℃)×0.1 kg×(100 ℃-25 ℃)=3 000 J,若不计热量损失,这些热量全部被液体吸收,即Q液吸=Q铜放,由Q液吸=c液m液Δt液得c液=eq \f(Q液吸,m液Δt液)=eq \f(Q铜放,m液Δt液)=eq \f(3 000 J,100×10-3 kg×(25 ℃-10 ℃))=2×103 J/(kg·℃)。【规律应用】1.解:20 ℃水吸收热量:Q吸=cm2(t-t2),热水放出热量:Q放=cm1(t1-t),不计热损失,故Q吸=Q放,即cm2(t-t2)=cm1(t1-t),m1=eq \f(m2(t-t2),t1-t)=eq \f(10 kg×(40 ℃-20 ℃),90 ℃-40 ℃)=4 kg。2.解:冷水吸收的热量Q吸=cm1(t-t1),热水放出的热量Q放=cm2(t2-t),由题可知,Q吸=Q放,cm1(t-t1)=cm2(t2-t),解得eq \f(m1,m2)=eq \f(t2-t,t-t1),若m1>m2,则t2-t>t-t1,t<eq \f(t1+t2,2)。3.(1)热传递;增大 (2)40点拨:(2)因20 ℃的自来水经热交换套管后被预热成80 ℃的热水,同时相同质量的100 ℃的开水从加热腔流进热交换套管,不计热损失时,冷的自来水吸收的热量和开水放出的热量相等,由Q=cmΔt可得:c水m(80 ℃-20 ℃)=c水m(100 ℃-t),解得:t=40 ℃。4.D5.C 点拨:物质A放入甲杯水后,它们的共同温度为50 ℃-4 ℃=46 ℃,ΔtA=46 ℃-10 ℃=36 ℃,水放出的热量Q放=c水m水Δt水,A吸收的热量Q吸=cAmAΔtA,根据热平衡方程:Q放=Q吸,即c水m水Δt水=cAmAΔtA代入相关数据得cA=eq \f(1,9)×eq \f(c水m水,mA);物质B放入乙杯水后,它们的共同温度为50 ℃-8 ℃=42 ℃,水放出的热量Q放′=c水m水Δt水′,ΔtB=42 ℃-10 ℃=32 ℃,B吸收的热量Q吸′=cBmBΔtB,根据热平衡方程:Q放′=Q吸′,即c水m水Δt水′=cBmBΔtB代入相关数据得cB=eq \f(1,4)×eq \f(c水m水,mB); A、B两物质质量相等,即mA=mB,eq \f(cA,cB)=eq \f(\f(1,9),\f(1,4))=eq \f(4,9)=4∶9。6.A 点拨:设甲、乙两球的质量为m,初温度为t0,甲球的比热容为c甲,乙球的比热容为c乙,甲球吸收的热量为Q吸1,乙球吸收的热量为Q吸2,则甲球放入水中后,水放出的热量为:Q放1=c水m水Δt1=c水m水×10 ℃,甲球吸收的热量为:Q吸1=c甲m(100 ℃-10 ℃-t0),因为Q吸1=Q放1,所以c甲m(100 ℃-10 ℃-t0)=c水m水×10 ℃①;乙球放入水中后,水放出的热量为:Q放2=c水m水Δt2=c水m水×10 ℃,乙球吸收的热量为:Q吸2=c乙m(100 ℃-10 ℃-10 ℃-t0),因为Q吸2=Q放2,所以c乙m(100 ℃-10 ℃-10 ℃-t0)=c水m水×10 ℃②;由eq \f(①,②)得出eq \f(c甲(90 ℃-t0),c乙(80 ℃-t0))=1,所以c甲
训练3 比热容计算——热平衡问题问题 为了测量某种液体的比热容,把质量为100 g 的铜块放入沸腾的水中相当长一段时间后取出(标准大气压下),迅速投入质量为100 g、温度为10 ℃的待测液体中,最后铜块和液体的共同温度是25 ℃。若不计热量损失,求这种液体的比热容为多少?[已知c铜=0.4×103 J/(kg·℃)]【思维路径】写出解题过程:1.小丽需用温度为40 ℃的水,便把90 ℃的热水与10 kg、20 ℃的水混合,假设混合过程中没有热量损失,求需要90 ℃的热水的质量。2. 将一杯质量为m1、初温为t1的冷水倒入另一杯质量为m2、初温为t2的热水中,混合后的温度为t,不计热量损失,试推证:若m1>m2,则t<eq \f(t1+t2,2)。3. 如图甲所示为某品牌即热式节能饮水机,其工作原理如图乙所示,刚烧开的水很烫不能立即饮用,它的奥秘在于将出水管套在进水管内,利用进水管中的冷水给出水管中的开水降温,进水管中的冷水被预热后送到加热腔中用电加热器烧开。当节能饮水机的出水流量为2.0 L/min时,20 ℃的自来水经热交换套管后被预热成80 ℃的热水流进加热腔。即热式节能饮水机喝水无需等待,即按即出,而且待机零功耗,真正倡导了绿色环保饮水新概念。(1)出水管套在进水管内,进水管中的冷水给出水管中的开水降温,利用的是________的方式改变水的内能,在这个过程中冷水的内能________(填“增大”“减小”或“不变”);(2)在热交换套管内进行热交换过程中,若自来水吸收的热量与等质量的开水放出的热量相等,则可供直接饮用的温开水的温度是________℃。4.【分析图像】小点同学为了探究热传递过程中高温物体、低温物体温度变化的特点,做了如下实验,将盛有30 ℃冷水的小烧杯放入盛有70 ℃热水的大烧杯中,分别用温度传感器测量两烧杯水的温度变化情况,绘制成如图所示的图像。下列说法正确的是( )A.热水和冷水到达同一温度的时间是不相同的B.热水温度下降比冷水温度升高得慢C.热水放出的热量等于冷水吸收的热量D.热水的质量可能小于冷水的质量5.【方程思想】A 、B两物质质量相等,温度均为10 ℃,甲、乙两杯水质量相等,温度均为50 ℃,现将A放入甲杯, B放入乙杯,不计热量损失,热平衡后,甲杯水温降低了4 ℃,乙杯水温降低了8 ℃,则A、B两种物质的比热容之比为( )A.2∶3 B.3∶5 C.4∶9 D.1∶26.【多次热传递】有甲、乙两个金属球,温度和质量都相等,先把甲球放入装有100 ℃水的杯中,热平衡后水温降低了10 ℃,再将乙球放入该杯中,热平衡后水温又降低了10 ℃,不计热量损失,则甲球比热容c甲和乙球比热容c乙的大小关系是( )A.c甲<c乙 B.c甲=c乙 C.c甲>c乙 D.无法确定训练3 比热容计算——热平衡问题【经历发现过程】吸;10;25;25;100解:铜块的质量:m铜=100 g=0.1 kg,铜块放出的热量:Q铜放=c铜m铜Δt铜=0.4×103 J/(kg·℃)×0.1 kg×(100 ℃-25 ℃)=3 000 J,若不计热量损失,这些热量全部被液体吸收,即Q液吸=Q铜放,由Q液吸=c液m液Δt液得c液=eq \f(Q液吸,m液Δt液)=eq \f(Q铜放,m液Δt液)=eq \f(3 000 J,100×10-3 kg×(25 ℃-10 ℃))=2×103 J/(kg·℃)。【规律应用】1.解:20 ℃水吸收热量:Q吸=cm2(t-t2),热水放出热量:Q放=cm1(t1-t),不计热损失,故Q吸=Q放,即cm2(t-t2)=cm1(t1-t),m1=eq \f(m2(t-t2),t1-t)=eq \f(10 kg×(40 ℃-20 ℃),90 ℃-40 ℃)=4 kg。2.解:冷水吸收的热量Q吸=cm1(t-t1),热水放出的热量Q放=cm2(t2-t),由题可知,Q吸=Q放,cm1(t-t1)=cm2(t2-t),解得eq \f(m1,m2)=eq \f(t2-t,t-t1),若m1>m2,则t2-t>t-t1,t<eq \f(t1+t2,2)。3.(1)热传递;增大 (2)40点拨:(2)因20 ℃的自来水经热交换套管后被预热成80 ℃的热水,同时相同质量的100 ℃的开水从加热腔流进热交换套管,不计热损失时,冷的自来水吸收的热量和开水放出的热量相等,由Q=cmΔt可得:c水m(80 ℃-20 ℃)=c水m(100 ℃-t),解得:t=40 ℃。4.D5.C 点拨:物质A放入甲杯水后,它们的共同温度为50 ℃-4 ℃=46 ℃,ΔtA=46 ℃-10 ℃=36 ℃,水放出的热量Q放=c水m水Δt水,A吸收的热量Q吸=cAmAΔtA,根据热平衡方程:Q放=Q吸,即c水m水Δt水=cAmAΔtA代入相关数据得cA=eq \f(1,9)×eq \f(c水m水,mA);物质B放入乙杯水后,它们的共同温度为50 ℃-8 ℃=42 ℃,水放出的热量Q放′=c水m水Δt水′,ΔtB=42 ℃-10 ℃=32 ℃,B吸收的热量Q吸′=cBmBΔtB,根据热平衡方程:Q放′=Q吸′,即c水m水Δt水′=cBmBΔtB代入相关数据得cB=eq \f(1,4)×eq \f(c水m水,mB); A、B两物质质量相等,即mA=mB,eq \f(cA,cB)=eq \f(\f(1,9),\f(1,4))=eq \f(4,9)=4∶9。6.A 点拨:设甲、乙两球的质量为m,初温度为t0,甲球的比热容为c甲,乙球的比热容为c乙,甲球吸收的热量为Q吸1,乙球吸收的热量为Q吸2,则甲球放入水中后,水放出的热量为:Q放1=c水m水Δt1=c水m水×10 ℃,甲球吸收的热量为:Q吸1=c甲m(100 ℃-10 ℃-t0),因为Q吸1=Q放1,所以c甲m(100 ℃-10 ℃-t0)=c水m水×10 ℃①;乙球放入水中后,水放出的热量为:Q放2=c水m水Δt2=c水m水×10 ℃,乙球吸收的热量为:Q吸2=c乙m(100 ℃-10 ℃-10 ℃-t0),因为Q吸2=Q放2,所以c乙m(100 ℃-10 ℃-10 ℃-t0)=c水m水×10 ℃②;由eq \f(①,②)得出eq \f(c甲(90 ℃-t0),c乙(80 ℃-t0))=1,所以c甲
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