[热学计算攻坚战] 热学计算

时间：2019-01-07 03:29:20　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　热学计算是热学部分比较综合的问题，涉及相关概念的辨别和公式的应用，其中关于比热容在计算中的应用、吸放热公式的应用，是各地中考必考的内容和容易出错的地方，下面我们就一起打一场热学计算题的攻坚战。
　　一、辨清过程
　　例1 小虎在实验室里将一块质量为1000g的金属块的温度从10℃升高40℃，如果该金属块吸收的热量是1.04×104 J，这种金属的比热容是多少？
　　解析：结合题目意思分析可知t- t=40℃，由Q=cm（t-t），可得这种金属的比热容为：c===0.52×103 J/(kg•℃)。
　　点拨：热量公式Q=cmΔt反映的是物体在热传递过程中吸收或放出热量的多少与物质的种类（即比热容）、物体的质量以及温度的变化量之间的关系。要特别注意的是温度的变化量△t的判断，本题分析时容易误把“升高”的含义当成“升高到”。其实，温度“升高”（降低）表示物体在初温的基础上温度升降了多少，它等于末（初）温与初（末）温之差，也就是“升高了”（降低了）。
　　二、热传递过程分析
　　例2 学习了比热容知识后，喜欢思考的蕊蕊动开了脑子：质量相同，原来温度也相同的铁块和水放出相同的热量后，把铁块投入水中，这时热传递的方向是怎样的？
　　解析：本题虽然看起来不是计算题，但是我们仍然要用计算题的分析过程进行分析。铁和水都是放热，要用到放热公式。推断出水和铁放热后的末温的高低是解答本题的关键。
　　由Q=cm（t-t）得t=t-
　　即t=t-，t=t-
　　又知c＞c，且Q=Q、m=m相同时，
　　＜
　　又因t相同，所以t＞t，由此可知热量应从水传递给铁块。
　　点拨：不同物体之间或同一物体的不同部分之间发生热传递的条件是它们存在温度差。当高温物体或部分与低温物体或部分在热传递过程中达到平衡时，它们的温度差也就不存在了，即温度相同，这个温度值就是它们的末温。
　　三、热平衡方程Q吸=Q放的应用
　　例3 天然气已经走进了城市的千家万户，它使用方便、热值高，属于污染较少的能源。现用天然气（甲烷）来加热水，请问：
　　（1）为使2kg的水从20℃加热到100℃，水需要吸收多少热量？
　　（2）天然气完全燃烧生成什么物质？
　　（3）如果加热过程中，天然气放出的热量只有50%被水吸收，则需要完全燃烧多少立方米的天然气？（天然气的热值为8.3×10J/m）
　　解析：（1）Q＝cm（t－t）＝4.2×103 J/(kg•℃)×2kg×（100℃－20℃）＝6.72×105 J
　　（2）天然气完全燃烧生成水和二氧化碳
　　（3）Q===1.344×106 J
　　V＝＝1.62×10-2 m3
　　点拨：在热传递达到热平衡时，总是有高温物体放出的热量等于低温物体所放出的热量，即Q吸=Q放。
　　四、注意细节
　　例4 完全燃烧10g酒精，放出的热量若全部被水吸收，可使一个标准大气压下1kg 30℃的水温度升高多少摄氏度？（酒精的热值为3.0×107 J/kg）
　　解析：酒精完全燃烧放出热量全部被水吸收：Q＝Q
　　则 Q＝cm（t－t），Q＝qm
　　△t＝t－t＝＝=71.4℃
　　答案：因为一个标准大气压下，水的沸点为100℃，所以一部分热量使水沸腾，因此水温实际升高了71.4℃。
　　点拨：在运用公式计算过程中，一定要注意单位换算，统一单位。在公式Q=cmΔt中，Q:焦耳(J)；c：焦耳/（千克•摄氏度）[J（kg•℃）]；m:：千克(kg);Δt：摄氏度(℃)，q单位焦耳/千克（J/kg）。
　　五、太阳能的利用
　　例5 阅读下面的资料，帮助小明完成文后的问题。
　　太阳能是人类最基本的能源，它无污染、免费，还可以再生，这种能源的使用和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射一面时，1m2地面上1s内平均得到的太阳能辐射约为1.0×103J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前，已经逐渐地出现在我们的生活中……
　　恰好，小明同学家最近想买一台太阳能热水器，在参考了以上资料后，他又在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告如右图。
　　请问：小明家每天大约需要100kg热水，用这种热水器将这些水从25℃加热到45℃需要多少时间?
　　解析：这类题应该明白水所吸收的热量是由太阳能转化来的，因此我们只要知道吸收太阳能的多少或者水吸收热量的多少，就能根据题上的已知条件进行求解。
　　水温度升高所要吸收的热量Q=cmΔt=4.2×103 J/(kg•℃)×100 kg×(45℃-25℃)=8.4×105 J，即所吸收太阳能也是Q=8.4×105 J。
　　而所吸收的太阳能可以由Q=PSt来计算,所以t===560 s。
　　点拨：本题的解题关键是从生活实际事例中找到热平衡的过程。通过本题的解答，不但锻炼了我们解答热学计算题的能力，也开阔了我们关于新能源开发与利用的视野。

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