初中物理热学综合计算和相关例题如下:
例题:
【例1】一个保温瓶内装有质量为m1=1kg,温度为t1=50℃的水,当向瓶内插入一个温度为t2=30℃的铁棒时,测得水的温度变为t3=46℃,求铁棒的温度升高了多少摄氏度?[水的比热容为c水=4.2×103J/(kg·℃),铁的比热容为c铁=0.46×103J/(kg·℃)]
【分析】
本题主要考查了热量的计算,关键是知道热传递过程中温度升高量与热量成正比。
已知水的质量、初温和末温以及水的比热容,根据公式$Q_{吸} = cmmathrm{Delta}t$求出水吸收的热量;已知铁棒的质量、初温和末温以及铁的比热容,根据公式$Q_{放} = cmmathrm{Delta}t$求出铁棒吸收的热量,二者相等,再根据$mathrm{Delta}t = frac{Q}{cm}$求出铁棒升高的温度。
【解答】
水吸收的热量:$Q_{吸} = cm(t_{1} - t_{3})$$= 4.2 times 10^{3}J/(kg cdot^{circ}C) times 1kg times (50^{circ}C - 46^{circ}C)$$= 4.2 times 10^{2}J$;
铁棒吸收的热量:$Q_{放} = Q_{吸} = 4.2 times 10^{2}J$,
由$Q_{放} = cmmathrm{Delta}t$可得,铁棒升高的温度:$mathrm{Delta}t = frac{Q_{放}}{cm}$$= frac{4.2 times 10^{2}text{ }J}{0.46 times 10^{3}text{ }J/(kg cdot^{circ}C) times 1text{ }kg}$$= 0.7^{circ}C$;
所以铁棒的温度升高了$t - t_{2} = 30^{circ}C - 0.7^{circ}C = 29.3^{circ}C$。
【例2】一个保温瓶内装有质量为m=5kg的水,当向瓶内插入一个温度为t_{2}=30℃的铁棒时,测得水的温度变为t_{3}=46℃,求铁棒的温度升高了多少摄氏度?[水的比热容为c_{水}=4.2 × 10^{3}J/(kg cdot^{circ}C),铁的比热容为c_{铁}=0.46 × 10^{3}J/(kg cdot^{circ}C),不计热量的损失]
【分析】本题主要考查了热量的计算,关键是知道热传递过程中温度升高量与热量成正比。已知水的质量、初温和末温以及水的比热容,根据公式$Q_{吸} = cmmathrm{Delta}t$求出水吸收的热量;已知铁棒的质量、初温和末温以及铁的比热容,根据公式$Q_{放} = cmmathrm{Delta}t$求出铁棒吸收的热量,二者相等,再根据$mathrm{Delta}t = frac{Q}{cm}$求出铁棒升高的温度。
【解答】解:不计热量的损失时,水吸收的热量等于铁棒吸收的热量,即Q_{吸}=Q_{放}=cm(t_{3}-t_{2}),所以铁棒升高的温度:$mathrm{Delta}t = frac{Q}{cm}$$= frac{Q}{c_{水}m}(t_{3}-t_{2}) = frac{Q}{c_{水}(t_{3}-t_{1})}$;由题意可知:$Q = c_{水}(m + m^{prime})(mathrm{Delta}{t}_{水}) = c_{铁}(m^{prime})(mathrm{Delta}{t}_{铁})$;代入数据解得:$mathrm{Delta}{t}_{铁} = (t_{3}-t_{2}) - frac{c_{水}(m + m^{prime})(mathrm{Delta}{t}_{水})}{c_{铁}}$$= (46℃ - 30℃) - frac{4.2 times 10
例题:某电饭锅的铭牌上标有“220V 1100W”字样,求:
1. 电饭锅正常工作时的电阻多大?
2. 在电饭锅内倒入质量为2kg、温度为25℃的水,加热到85℃时,水吸收了多少热量?
3. 当用该电饭锅加热质量为2kg的水时,电路中的电流为多大?
【分析】
(1)根据电饭锅的铭牌求出其正常工作时的电阻;
(2)知道水的质量和温度的变化以及水的比热容,利用吸热公式求水吸收的热量;
(3)根据$P = UI$求出电饭锅加热时的电流.
【解答】
($1$)由$P = frac{U^{2}}{R}$可得,电饭锅正常工作时的电阻:$R = frac{U^{2}}{P} = frac{(220V)^{2}}{1100W} = 44Omega$;
($2$)水吸收的热量:$Q_{吸} = cm(t - t_{0}) = 4.2 times 10^{3}J/(kg cdot^{circ}C) times 2kg times (85^{circ}C - 25^{circ}C) = 4.2 times 10^{5}J$;
($3$)由$P = UI$可得,电饭锅加热时的电流:$I = frac{P}{U} = frac{1100W}{220V} = 5A$.
答:($1$)电饭锅正常工作时的电阻为$44Omega$;($2$)水吸收了$4.2 times 10^{5}J$的热量;($3$)电路中的电流为$5A$.
初中物理热学综合计算和相关例题常见问题主要包括以下几类:
1. 热量的计算:学生需要掌握热量的计算公式,了解热量单位“焦耳”和“卡路里”之间的换算关系,并能够根据已知的热量损失和传热面积等参数,计算出相应的温度变化。
2. 热传导:学生需要了解热传导的基本原理,即热量会从高温区域向低温区域传递,并能够根据这一原理解决一些简单的实际问题,如计算金属杆的温度变化等。
3. 热对流:学生需要了解热对流的基本原理,即流体(如水、空气)中存在温度差异时,会产生自然对流,并能够根据这一原理解决一些简单的实际问题,如计算加热器中热水对流时的温度变化等。
4. 热辐射和热平衡:学生需要了解热辐射的基本原理,即物体以电磁波的形式向外传递热量,并能够理解热平衡的概念,即两个接触的物体之间热量传递达到平衡时,它们的温度相同。
以下是一个初中物理热学综合计算例题:
假设有一个长1米、宽10厘米、高5厘米的铜块,浸没在水中(铜块密度为8.9克/厘米3)。
1. 求铜块的质量(已知铜的摩尔质量为$89$克/摩尔)。
2. 铜块在水中受到的浮力是多少?
3. 如果铜块在水中加热后,它释放出的热量是$2.7 times 10^{7}J$,求水的温度上升了多少摄氏度?
4. 如果铜块在水中加热后,它释放出的热量有$50%$被水吸收,求水的质量增加了多少?
在解决这类问题时,学生需要综合运用热学基础知识,结合实际情况进行分析和计算。同时,学生还需要注意单位的换算和公式的准确性,以确保解题的正确性。