第32讲 含有图像的热学类中考问题-2022年中考物理二轮复习核心素养专题讲义

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2022年中考物理二轮复习核心素养专题讲义 第32讲  含有图像的热学类中考问题  专题知识概述 1.图像法的含义在物理学中，常采用数学中的函数图像，将物理量之间的关系表示出来。利用图象这种特殊且形象的数学语言工具，来表达各种物理现象的过程和规律，运用图像知识来解物理试题的方法，叫“图像法”。运用此方法时应做到：(1)识别或认定图像横坐标和纵坐标所表示的物理量，弄清情景所描述的物理过程及其有关的因素和控制条件；(2) 分析图像的变化趋势或规律，弄清图像所表达的物理意义；(3)根据图像的变化情况确定两个物理量之间的关系，并给以正确描述或做出正确判断。图象是一个数学概念，用来表示一个量随另一个量的变化关系，很直观。由于物理学中经常要研究一个物理量随另一个物理量的变化情况，因此图象在物理中有着广泛的应用。在实验中，运用图象来处理实验数据，探究内在的物理规律，具有独特之处。如：在探究固体熔化时温度的变化规律和水的沸腾情况的实验中，就是运用图象法来处理数据的。它形象直观地表示了物质温度的变化情况，学生在亲历实验自主得出数据的基础上，通过描点、连线绘出图象就能准确地把握住晶体和非晶体的熔化特点、液体的沸腾特点了。2.温度——时间图像（1）熔化图象    1）晶体熔化特点：固液共存，吸热，温度不变     2）非晶体熔化特点：吸热，先变软变稀，最后变为液态温度不断上升。（2）凝固图象1）晶体凝固特点：固液共存，放热，温度不变     2）非晶体凝固特点：放热，逐渐变稠、变黏、变硬、最后成固体，温度不断降低。（3）水沸腾图像（1）由图象可知：水在沸腾过程中，吸收热量但温度保持不变。（2）水沸腾之前，水下层的温度高于上层的水温，气泡上升过程中，气泡中的水蒸气遇冷液化成水，气泡变小，B图符合水沸腾前的现象；水沸腾时，整个容器中水的温度相同，水内部不停的汽化，产生大量的水蒸气进入气泡，气泡变大，故图A符合水沸腾时的现象.中考典型例题解析 【例题1】（2021天津）“奋斗者”号载人潜水器的壳体使用了我国白主研发的新型高强、高韧钛合金。金属钛是一种晶体，其熔化时温度随时间变化的图象为图中的（　　）            A.  B.  C. D. 【答案】 B   【解析】考点是熔化和凝固的温度—时间图象。晶体熔化时物体的温度保持不变，有确定的熔点，晶体在熔化前处于固态，熔化过程中处于固液共存状态，熔化后处于液态；非晶体熔化时，晶体温度不断上升，没有熔点，结合图像判断即可。    金属钛是一种晶体，熔化时温度不变，熔化前和熔化后温度要升高，ACD不符合题意，B符合题意。 【例题2】（2021河北）小明用相同的酒精灯给质量相等的甲、乙两种物质加热。根据测量数据描绘温度—时间的图像如图所示，由图可知，甲物质比热容______（选填“>”“<”或“=”）乙物质比热容，用酒精灯给物体加热，物体内能增大，温度升高，这是通过______方式实现的。实验完成后，酒精灯中剩余酒精的热值______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。【答案】   <   热传递    不变【解析】根据比热容公式Q=cmΔt，质量相等的甲、乙两种物质，加热相同时间，吸收的热量相同，从图中可知，甲的温度升高得较高，那么甲的比热容较小，即甲物质比热容小于乙物质比热容。改变物体内能有做功和热传递两种方式，给物体加热时，温度升高，内能增大，这是通过热传递的方式实现的。热值是燃料本身的属性，不会随燃料质量的变化而变化，故选填不变。【例题3】（2021四川眉山）在探究冰熔化的实验过程中，假设试管内的物体在相同时间内吸收相同的热量。（1）要对试管中的冰均匀加热，应采用甲、乙两图所示装置中的______图所示装置。（2）实验中某时刻温度计的示数如图丙所示，此时冰的温度是______。（3）实验中同学们根据实验数据，绘出了其温度随时间变化的图像，如图丁所示，分析图像可知：①冰熔化过程中吸收热量，其内能_______，温度_______；②图丁中线段和线段倾斜程度不同，原因是该物质在两种物态下______不同。（4）试管内所有冰熔化完后，继续实验，当烧杯内的水沸腾时试管内的水______沸腾（选填“会”或“不会”）。【答案】   乙       增大    不变   比热容    不会【解析】（1）甲图中对试管底部直接加热，会造成受热不均，应该采取乙图中的方式，先对烧杯中的水加热，这样试管才受热均匀。（2）由图可知，温度计的液面在0℃以下，每小格代表2℃，因此读数为。（3）冰熔化过程中不断吸收热量，因此内能要增加，但是因为冰是晶体，熔化过程中温度保持不变。图丁中线段和线段倾斜程度不同，代表经过相同的时间，吸收了相同的热量后，AB段温度上升的更多，原因是因为水的比热容比冰大，因此温度变化小。（4）水沸腾的条件有两个，一个是达到沸点，另一个是还能持续吸热。当烧杯内的水沸腾时，代表温度达到沸点且保持不变，这个时候，试管内的水的温度虽然也会达到沸点，但是因为无法继续从外界吸热，所以无法沸腾。【例题4】（2021青海）“水与食用油”是生活中不可缺少的食品。小红在学习了比热容的知识后，猜想水的吸热本领比食用油的吸热本领大，为了验证这一结论，他设计了如下探究实验：（1）取两个相同的试管，分别装入______相等、初温相同的水和食用油；（2）将两支相同的温度计分别正确地插入盛有水和食用油的两个试管内，并将实验装置固定在铁架台上，如图甲所示。打开加热开关，对盛有水和食用油的试管进行加热，实验过程中，其中一支温度计的示数如图乙所示，其读数是______℃；
（3）小红根据实验数据绘制的温度随时间变化的图像如图丙所示，通过分析可知，在相同时间内______的温度变化大，可得出______的吸热本领大。【答案】（1）质量  （2） 67  （3） 食用油    水【解析】（1）为了探究水的吸热本领比食用油的吸热本领大，取两个相同的试管，根据控制变量的要求，分别装入质量相等、初温相同的水和食用油。（2）温度计分度值为1，示数如图乙所示，其读数是67。（3）小红根据实验数据绘制的温度随时间变化的图像如图丙所示，通过图像可知，在相同时间内吸收相同的热量，食用油的温度变化大，根据 可得出水的比热容大，即水的吸热本领大。专题问题综合训练 一、选择题1.（2020青海西宁）如图是某物质发生物态变化过程中的温度一时间图象，下列从图象中获得的信息正确的是（  ）A. 这种物质是晶体，其熔点是40℃B. 在0至5min物质处于固液共存状态C. 在BC段物质不放热，温度保持不变D. 在CD段物质处于液态【答案】A【解析】晶体凝固图像问题看清温度保持不变段。A．BC段温度保持不变，这种物质是晶体，熔点是40℃，故A正确；B．在0至5min物质温度大于40℃，处于液态，故B错误；C．晶体凝固放热，温度保持不变，故C错误；D．在CD段物质温度低于熔点，处于固态，故D错误。2．（2021湖南彬州模拟）如图所示是海波熔化时温度随时间变化的图象。由此可判断（　　）A．海波是非晶体 B．海波的熔化时间是5min C．海波的熔点是50℃ D．海波在熔化过程中吸收热量，温度升高【答案】C【解析】（1）由图象可知，海波从第5分钟开始温度保持50℃不变，所以海波是晶体，其熔点为50℃，约到第8min时熔化完成，则熔化过程持续了约8min﹣5min＝3min，故AB错误，C正确；（2）海波是晶体，在熔化过程中吸收热量，温度保持不变，故D错误。3.（2020湖北武汉）在探究水沸腾时温度变化特点的实验中，某同学用如图甲所示的实验装置进行实验，并绘制了如图乙所示的图线①.现将烧杯中的水冷却至室温，倒掉约三分之一的水，保持其他条件不变，重做上述实验并绘制了图线，此图线是（    ）A. ① B. ② C. ③ D. ④【答案】D【解析】保持其他条件不变，说明气压、液体都不变，所以水的沸点不变，当水的质量减小时，由可知，水升高的温度较快，水达到沸点的时间缩短，故图线④符合题意。4. （2020内蒙古呼和浩特）用同一酒精灯分别给质量相等的甲、，乙两种物质加热，根据测量数据绘制如图所示图象，由图可知（  ）A. 甲物质的温度比乙物质温度升高的快，甲物质的比热容大于乙物质的比热容B. 甲物质的温度比乙物质温度升高的快，甲物质的比热容小于乙物质的比热容C. 甲物质的温度比乙物质温度升高的慢，甲物质的比热容大于乙物质的比热容D. 甲物质的温度比乙物质温度升高的慢，甲物质的比热容小于乙物质的比热容【答案】B【解析】由图分析可知，相同的时间内，甲物质的温度比乙物质温度升高的高；用同一酒精灯分别给质量相等的甲、乙两种物质加热，甲、乙两种物质在相同时间里吸收的热量是一样的，根据公式讨论可知，吸收相同的热量，甲物质升温高，因此甲物质比热容比乙物质比热容小，B正确。故选B。5．如图甲所示，将质量相等的冰和蜡烛分别装在两个相同的试管中，放入装有水的烧杯中加热。绘制出温度随时间变化的图象如图乙所示。下列说法正确的是（　　）A．图甲中的实验装置，安装时应按照“由上到下”的顺序 B．图甲中两试管放在同一烧杯中加热，可以控制相同时间内冰和蜡烛吸收的热量相同C．由图乙可知，A图线对应物质的内能先增大后不变再增大 D．由图乙可知，B图线对应的物质是冰【答案】B【解析】（1）安装实验器材时需要先固定下面的位置，能够利用酒精灯的外焰给烧杯充分加热；然后再调整上面的位置，使温度计的玻璃泡完全接触水，并且不要碰到烧杯壁和烧杯底；（2）从吸收热量相同比较。（3）晶体在熔化过程中吸热内能增大。（4）非晶体熔化时没有固定的熔点。A、图甲中，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，所以应按照“由下到上”的顺序安装，故A错误；B、图甲中两试管放在同一烧杯中加热，而不是用两个酒精灯分别加热，这样做的好处是：可以控制相同时间内冰和蜡烛吸收的热量相同，且物质受热均匀，故B正确；C、由图乙可知，A图线对应物质有固定的熔点，是晶体，晶体在熔化前后以及熔化过程中都要吸热，所以该物质的内能一直增大，故C错误；D、由图乙可知，B图线对应的物质没有固定的熔点，为非晶体，不是冰，故D错误。6．如图所示为甲、乙两种物质温度T随加热时间t变化的图象，下列说法正确的是（　　）    A. 甲物质是晶体，乙物质是非晶体B. 甲物质的熔点为210℃C. 乙物质在BC段时处于固液共存状态D. 乙物质在BC段温度不变，不吸热【答案】C【解析】A、甲从一开始就熔化，没有固定的熔化温度，即甲没有熔点，所以甲是非晶体．乙物质在熔化过程中有温度不变的过程，即乙有一定的熔点，所以乙是晶体；故A错误；
B、分析图象可知，乙有一定的熔点，熔点为210℃，甲没有熔点，故B错误；
C、因为晶体有一定的熔点，在熔化过程中是固液共存状态的，故乙物质在BC段时处于固液共存状态，故C正确；
D、乙物质在BC段是晶体的熔化过程，此时吸收热量，但温度不变，故D错误．
二、填空题1.(2022四川绵阳模拟)新冠疫情期间重庆一中同学们通过网络在家学习，田田正学习探究“海波熔化时温度的变化规律”的实验。实验时将装有海波的试管放入盛有水的烧杯中加热，如图甲，某时刻温度计的示数如图乙所示，读取示数时正确的读数方法是_______ (选填“A”、“B”或“C”)。图丙是根据实验数据绘制的图像，由图可知加热到第15min时物质处于__________态(选填“固”、“液”或“固液共存”)。【答案】B    固液共存    【解析】温度计读数时，视线应和管内液面相平（平视），B的方法是正确的。由丙图可知，第15min海波正处于熔化过程中，所以它此时的状态为“固液共存”。2.（2022沈阳模拟）在研究某物质熔化过程中温度的变化规律时，持续加热该物质，记录并描绘出了该物质温度随时间变化的图线，如图所示。根据图象可知该物质是　  　（选填“晶体”或“非晶体”），判断依据是　   　。【答案】晶体；有熔点。【解析】晶体和非晶体在熔化过程中的区别：晶体在熔化过程中，温度不变；非晶体在熔化过程中温度不断上升，晶体熔化时的温度为熔点。由图知，该物质在熔化过程中，温度保持80℃不变，所以该物质为晶体。并且熔点为80℃。3. （2021黑龙江伊春）在探究某种物质熔化特点的实验中，根据实验数据做出了该物质熔化过程中温度随时间变化的图像，由图可知，该物质是______ 选填“晶体”或“非晶体”，其熔点是______ 。【答案】晶体  80
【解析】由图可知，BC段物质的温度不变，但是在持续吸热，所以该物质是晶体，BC段对应的温度就是该物质的熔点，为。4.（2022南京模拟）将盛有凉牛奶的瓶子放在热水中（如图所示），通过　　方式改变牛奶的内能，图中乙是250g牛奶与热水的温度随时间变化的图象，则牛奶在加热过程中吸收的热量为　　J．[c牛奶=4.2×103J/（kg•℃）]【答案】热传递；2.1×104。【解析】（1）改变内能的方法：一是做功，二是热传递，物体放出热量、内能减少、温度降低；（2）知道牛奶的质量、比热容，求出温度升高值，利用吸热公式Q吸=cm△t求牛奶吸收的热量。给牛奶加热的过程中，牛奶吸收热量、内能增加，是通过热传递方式改变了牛奶的内能；由图乙可知，牛奶升高的温度：△t=40℃﹣20℃=20℃，则牛奶吸收的热量：Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×0.25kg×20℃=2.1×104J。三、简答题1.（2022江苏徐州模拟）物质从一种形态变化为另一种形态的过程，能反映出物质的许多特性。如图是某种固态物质加热变成液态时温度随时间变化的图线。通过图线可以总结很多有用的信息，例如：该固态物质熔点为50℃.请你结合所学知识，根据图像变化关系，收集两条与热学有关的信息。并且请说出OA段、AB段、BC段图线的物理含义。（要求收集的信息或者说出的问题与实例不允许重复）【答案】两条相关信息：（1）该物质是晶体；（2）物质在A点的内能比B点的小。OA段、AB段、BC段图线的物理含义：（1）OA段图线表示固态物质吸热温度升高；（2）AB段图线表示物质吸热处于熔化阶段，温度保持不变；（3）BC段图线液态物质吸热，温度升高。【解析】根据图像可以判断该物质为晶体。AB段是晶体熔化过程，持续时间达4分钟。该物质在A点是固态和液态临界状态，B点是物质完全熔化进入温度进一步升高状态，是液态。物质在B点时全部融化吸收的热量要多余在A点。所以在A点的内能比B点的小。四、实验探究题1. （2021福建）如图甲是探究海波熔化时温度的变化规律的装置。（1）按自下而上的顺序安装装置，便于调整石棉网的高度，确保能用______进行加热，提高效率；（2）取适量的海波装进试管中，将试管放在盛水的烧杯内加热并搅拌海波，其好处是使海波______；（3）每隔1min记录海波的温度，并将数据在坐标图中进行描点，如图乙，请根据描点作出海波熔化时温度随时间变化的图象______；（4）分析图象可得海波熔化时的温度特点：______。【答案】 （1）酒精灯外焰 （2）受热均匀    （3）    （4）温度保持不变【解析】（1）酒精灯外焰温度最高，使用酒精灯来加热时用外焰加热提高效率。（2）试管放在盛水的烧杯内加热的方法叫水浴加热法，这样能使物质受热均匀。搅拌的目的也是为了使物质受热均匀。（3）将图中点用平滑的直线连接起来，如图所示：（4）由图像可知，海波在熔化过程中吸收热量，但温度保持不变。2.（2021辽宁阜新）在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验时，两组同学从甲、乙两图所示的实验装置中各选一套来完成实验。（1）实验时，按照自下而上的顺序组装器材的目的是______（写出一条理由即可）。（2）图丙是实验中某一时刻温度计示数，其读数是______℃。（3）图丁是两个小组根据各自的实验数据绘制的“温度—时间”的图象，其中图象______（选填“a”或“b”）是根据乙实验装置的数据绘制的；生活中利用类似的办法煮食物，可以使食物熟的更快，其原因是______。（4）同学们观察到戊图中明显的实验现象时，温度计示数______（选填“变大”“不变”或“变小”），这时气泡内的气体是______（选填“空气”或“水蒸气”）。【答案】  ① 保证用酒精灯外焰加热/保证温度计玻璃泡浸没在水中，不会碰到容器底    ②84    ③a    ④提高液体表面气压使沸点升高    ⑤不变    ⑥ 水蒸气【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，所以放好烧杯后，再调节温度计的高度，在组装图甲实验器材时，应按照自下而上的顺序进行。（2）由图乙可知温度计的分度值是1℃，且液柱在零刻度线上方，因此该温度计的示数是84℃。（3）乙实验装置中烧杯的上方有盖，会使水面上方气压增大，水的沸点升高，水的沸点高于甲装置中水的沸点，所以图象a是根据乙实验装置的数据绘制的。 气压高，水的沸点高，所以活中利用类似的办法煮食物，可以使食物熟的更快。（4）从图戊可以看出，气泡在上升过程中体积逐渐变大，所以是沸腾时的现象，水沸腾时温度不变，温度计的示数不变，这些气泡到达水面会破裂开来，里面的水蒸气，会散发到空气中。3．（2021四川攀枝花）物理研学小组做“探究水沸腾时温度的特点”实验，当水温超过80℃时每隔1min记录一次温度，如表所示：时间t/min0123456789水温T/℃82848688909294969898 （1）请指出图甲中的错误：　       　（写出一条即可）。（2）根据把表格中的数据，在图乙的方格纸上画出的温度T随时间t变化的图像。（3）实验计时的第9min，烧杯里水中气泡在上升过程中的情景应为图 　　所示。【答案】（1）在读数时，俯视了，这样读数会偏大； （2）如解析图；（3）丁。 【解析】（1）要解决此题，需要掌握各个器材的使用规则，在使用温度计测液体的温度时，温度计的玻璃泡不能碰到容器壁和容器底；读数时，视线要与温度计中液柱的上表面相平；（2）根据表格中的数据描点，并用平滑的曲线连接起来；（3）分析表格，实验从8min开始沸腾，然后根据沸腾是气泡的特点解答。解：（1）由图甲知，在读数时，视线应与液柱的上表面相平，而图中俯视了，这样会使读数偏大。（2）根据表格中的数据描点，并用平滑的曲线连接起来，如图所示：；（3）沸腾前和沸腾时的现象：沸腾时，气泡在上升过程中体积逐渐变大；沸腾前，气泡在上升过程中，体积逐渐减小；因此丙图是沸腾前的现象，由表格，实验从8min开始沸腾，实验计时的第9min，烧杯里水中气泡在上升过程中的情景应为图丁。【点评】水的沸腾实验是初中热学中重要的实验，一般考查水沸腾前后气泡的变化、沸点、沸点和气压的关系、沸腾的条件、加热时间比较长的原因、器材、水沸腾的图象、温度计的正确使用和读数等等。