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第4章 热现象
水遇冷可能会结冰，遇热可能会沸腾。炎热的夏季我们常选择浅色的外衣，严寒的冬季户外水管要包裹上厚厚的保温层。相比沿海，内陆地区昼夜温差大。摩擦为什么能够产生热……这些现象背后隐藏着哪些奥秘 不论是在生活还是在生产中，冷与热是我们常常会遇到的问题。涉及热现象的知识，是物理学的重要内容，是我们理解物理知识、规律和方法的基础之一。
知识要点和基本方法
一、分子动理论初步知识
1.物质是由大量分子组成的
物质是由大量分子组成的。分子很小。物理学可以有多种方法测定分子的大小，不同的方法测量的数据并不完全一致，但数量级是相同的。测量结果表明，一般分子直径的数量级是 例如水分子的直径大约是 氢分子的直径大约是 分子的大小很小，分子的质量也很小。一个水分子的质量大约只有 由于分子很小，因此组成物质的分子数目都大得惊人。例如，1cm 水中含有的水分子数约为： 个。假如全世界50亿人都来数这些分子，每人每秒数2个，10万年也数不完。
2.组成物质的分子在不停地做无规则运动
物质的分子在不停地做无规则运动。布朗运动是物质的分子在不停地做无规则运动的有力证明。
实验表明，分子不停地做无规则运动的剧烈程度与物体的温度有关：温度越高，分子不停地做无规则运动越剧烈。正因为如此，人们又把分子不停地做无规则运动叫做热运动。由于分子不停地做无规则运动，因此分子也具有动能，我们称之为分子动能。温度越高，分子动能越大。可以说，分子动理论的知识使我们初步认识了温度的微观含义。
这里应说明的是，分子的运动是无规则的。具体到某一个分子，我们无法知道它的具体运动情况，包括速度大小、速度方向等。上面所讲分子运动速度或是分子动能，都是对大量分子的平均情况而言的。
3.分子间存在相互作用力 分子间的引力和斥力同时存在
分子间存在相互作用力，相互作用力既有引力又有斥力，而且分子间的引力和斥力同时存在。
分子之间的引力和斥力都随着分子间的距离增大而减小，也都随着分子间的距离减小而增大。距离变化对斥力的影响要比对引力的影响大。由于分子间的引力和斥力同时存在，当分子间的距离为某一数值r 时，引力等于斥力，如图4-1(甲)所示，此时分子处在平衡位置上；当分子间的距离大于r 时，引力和斥力都将减小，但斥力比引力减小得快，此时引力大于斥力，如图4-1(乙)所示，此时分子力表现为引力，这就是固体不容易被拉断的原因；当分子间的距离小于 r 时，引力和斥力都将增大，但斥力比引力增大得快，此时斥力大于引力，如图4-1(丙)所示，分子力表现为斥力，这就是固体和液体不易被压缩的原因。当分子间的距离大于分子直径的10倍或更多时，分子间的引力和斥力都变得十分微弱，可以认为此时分子间的作用力为零。通常情况下，气体分子的间距比较大，分子间的相互作用力很小，我们认为气体分子没有发生相互碰撞时作用力为零。
组成物质的分子在不停地做无规则运动，分子间又存在相互作用力。分子不停地做无规则运动使得它们要散开，分子间存在的相互作用力又将它们聚集到一起，由大量分子组成的物体可以处于固、液、气三种不同的形态，正是这两种相反因素共同作用的结果。
二、温度 摄氏温标 绝对温标
1.温度
温度是表示物体冷热程度的物理量。通过学习分子动理论的初步知识，我们知道组成物体的分子不停地做无规则运动。物体的温度实质是与组成物体的大量分子不停地做无规则运动的剧烈程度密切相关的。物体的温度越高，组成物体的大量分子不停地做无规则运动越剧烈。
描述热现象的一个重要物理量是温度。温度发生变化时，物体的许多性质都会发生变化。例如物体的温度升高，物体的体积通常会随之膨胀。在室温条件下普通的橡皮管有很好的弹性，而当普通橡皮管的温度降到—100℃以下时，它会变得像玻璃一样易碎，轻轻敲打就会碎裂成许多小块。
日常生活和中学实验中，常常使用液体温度计测量温度。液体温度计是利用液体热胀冷缩的性质制成的。几种常用的液体温度计的测量范围如下：
温度计种类 测量温度范围
煤油温度计 约-30℃~150℃
酒精温度计 约-117℃~78℃
水银温度计 约-39℃~357℃
医用温度计 约34℃~42.5℃
2.摄氏温标 热力学温标
为量度物体温度高低而对温度零点和分度方法所做的规定，即温度的表示方法叫做温标。我国在日常生活中常用的是摄氏温标，在物理学和科学实验中一般都使用热力学温标。
摄氏温标也叫做“百分温标”，是由瑞典人摄尔修斯于1750年确立的。摄氏温标规定，在1个标准大气压下水的冰点为0℃，水的沸点为100℃，其间均分为100份，每1等份表示1度。用摄氏温标表示的温度即是摄氏温度。摄氏温度用t表示。摄氏温度的单位是摄氏度，符号是℃。
热力学温标是国际单位制中所采用的温标，也称为绝对温标。热力学温标选择 为零点，每1度的大小与摄氏温标每1度的大小相同。用热力学温标表示的温度即是热力学温度。热力学温度用T 表示。热力学温度的单位是开尔文，符号是K。到高中学习热学知识时，我们会进一步了解热力学温标是在什么条件下建立的。
通常在计算结果不要求十分精确时，我们认为热力学温标的零点为—273℃，这样摄氏温度和热力学温度关系可以写成
T=273+t
三、热膨胀
物体的体积通常会随温度变化而变化。一般物体都是在温度升高时体积增大，这种现象称为热膨胀。也有些物体在温度升高时体积减小，在温度减低时体积增大，这种现象称为反常膨胀。例如水的温度由4℃降低到0℃的过程中，以及结冰的过程中都是反常膨胀。
固体、液体和气体的热膨胀程度是不同的。在热膨胀时，在相同条件下，固体膨胀得最少，液体膨胀得较多，气体膨胀得最多。
四、热传递
当物体与物体之间或同一物体的不同部分之间存在温度差时，在这两个物体之间或同一物体的不同部分之间就会自发地发生热传递。这时热将从温度高的物体传到温度低的物体，或由物体的高温部分传到物体的低温部分，并且一直继续到温度相同为止。
热传递的三种方式是传导、对流和辐射。
1.传导
热从物体的高温部分沿物体传到物体的低温部分，这种传热方式叫做传导。传导时没有物质的流动。
2.对流
靠气体或液体的流动来传热的方式，叫做对流。对流时有物质的流动，它是气体或液体特有的传热方式。烧水时要对壶底加热，就是为了使水容易形成对流。
3.辐射
热由物体沿直线直接向外射出，这种传热方式叫做辐射。辐射传热时并不需要物质作为媒介。太阳能从太阳传到地球，就是靠辐射。
五、热量 燃烧值
1.热量
物体吸收或放出热的多少叫做热量。
在国际单位制中，热量的单位是焦，符号是J。1g水温度升高(或降低) ℃需要吸收(或放出)的热是4.18J。由于历史原因，很长一段时间内用“卡(cal)”作为热量的单位。1g水温度升高(或降低)1℃需要吸收(或放出)的热是1cal。现在不论是在物理学中，还是生活或工程建设应用时，都已经统一用“焦”作为热量的单位了。
2.燃烧值
燃料燃烧时要放出热量。单位质量的某种燃料完全燃烧时所放出的热量，叫做这种燃料的燃烧值。燃烧值的单位是“焦/千克(J/kg)”。燃烧值越大，表明在质量相同时，这种燃料完全燃烧放出的热越多。
下面是一些常用燃料的燃烧值，单位是J/kg。
干木柴 褐煤 无烟煤 酒精 柴油 煤油 汽油 氢气 硝化甘油
六、物态变化
固体、液体、气体是通常物质存在的三种状态。物质由一种状态变化成为另一种状态，叫做物态变化。
1.熔化与凝固 熔化热
物质由固态变为液态，叫做熔化；物质由液态变为固态，叫做凝固。熔化过程物质需要吸热，凝固过程物质需要放热。
固体可以分成晶体和非晶体两类。晶体和非晶体最主要的区别是它们的物理性质存在很大的差异。最突出的差异之一是晶体在一定的温度下熔化，而非晶体熔化过程中没有一定的温度。
晶体熔化时的温度叫做熔点。不同的晶体，熔点也不相同。下面是一些物质的熔点，单位是℃。
钨 3410 铝 660 固态水银-39
纯铁 1535 铅 327 固态酒精—117.3
钢 1300~1400 锡 232 固态氮 -210
铜 1083 萘 80 固态氢 -259
金 1064 冰 0 固态氦 -272
晶体在一定温度下熔化，也在一定温度下凝固。晶体凝固时的温度叫做凝固点。同一种晶体，它的凝固点和它的熔点是相同的。
大多数金属物质，在含有杂质时熔点要降低。合金就是在一种金属中加入一定比例的其他金属制成的，大多数合金的熔点都比较低。
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晶体在熔化过程中虽然温度保持不变，但要不断吸热。晶体在熔化过程中吸热，不是用来升温，而是用来完成熔化。
单位质量的某种晶体，在熔点变成同温度的液体所需要吸收的热量，叫做这种晶体的熔化热。熔化热的单位是J/kg。
液体在凝固时要放热。单位质量的某种液体，在凝固点变成同温度的固体所需要放出的热量，等于它的熔化热。例如，冰的熔化热是334.4×10 J/ kg。1g水在0℃时凝固成0℃的冰,要放出的热量是334.4J。
虽然晶体和非晶体的熔化都需要吸收热量，凝固都要放出热量，但晶体和非晶体的熔化、凝固有明显的区别：晶体的熔化、凝固是在一定的温度下进行的。晶体在熔化过程中虽然吸热但温度不升高。晶体在凝固过程中虽然放热，但温度不降低。而非晶体的熔化、凝固没有一定的温度。非晶体吸热温度就升高，放热温度就降低。
晶体要实现熔化需要两个条件：一是温度到达熔点，二是吸热。晶体的温度达到熔点，若无法继续吸热就无法熔化。
晶体要实现凝固需要两个条件：一是温度到达凝固点，二是放热。晶体的温度达到凝固点，若无法放热就无法凝固。
晶体的熔点与压强有关，由于熔点随压强的变化没有沸点那样明显，在初中阶段一般不考虑它的影响。一般来说，晶体在熔化过程中，其体积是变大的，当压强变大时，熔点要升高。而对于反常膨胀的物质，压强变大时，熔点要降低。水是反常膨胀的物质，压强增大，熔点就要降低。
2.汽化与液化 汽化热
物质由液态变为气态，叫做汽化；物质由气态变为液态，叫做液化。汽化过程物质需要吸热，液化过程物质需要放热。
(1) 汽化
汽化有蒸发和沸腾两种方式。
只在液体表面进行的汽化现象叫做蒸发。提高液体的温度，增大液体的表面积，加快液体表面处气体的流动速度，都可以加快液体蒸发的速度。
沸腾是在液体内部和液体表面同时进行的剧烈的汽化现象。液体是在一定温度下沸腾的。液体沸腾的温度叫做液体的沸点。不同的液体沸点不同。同一种液体，其沸点与液体表面的气体压强关系很大。气体压强增大，液体沸点升高；气体压强减小，液体沸点降低。下面表内就是几种液体在1个大气压下的沸点，单位是℃。
液态铁 2750 水 100 液态氧 —183
液态铅 1740 酒精 78 液态氮 —196
水银 357 乙醚 35 液态氢 —253
萘 218 液态氨 -33 液态氦 -268.9
液体蒸发和沸腾时都要吸热。单位质量的某种液体，变成同温度的气体时所需要吸收的热量，叫做这种液体的汽化热。汽化热的单位是J/kg。液体在不同温度下变为同温度的气体，所需要吸收的热量是不同的。水的汽化热在100℃时是 , 即1g 100℃的水变为100℃的水蒸气，需要吸收2253J的热量。
(2)液化
物质由气态变为液态，叫做液化。降低温度可以使气体液化。通常人们还用加大气体压强的方法使气体液化，但这种液化方法是有条件的：每一种物质都有一个特定的温度，在这个温度以上，无论怎样加大压强，气体都不会液化，这个温度叫做气体的临界温度。例如氧气的临界温度是—118.2℃,氢气的临界温度是—240℃,氦气的临界温度是—268℃。
与液体汽化时需吸热相反，气体液化时要放热。单位质量的某种物质，在从气体变成同温度的液体时所需要放出的热量，等于它在这一温度时的汽化热。例如1g 100℃的水蒸气凝结为100℃的水,需要放出2253J的热量。
液化后的气体称为液态气体。液态气体蒸发时需要吸热，因此液态气体蒸发有致冷作用。电冰箱这类制冷设备就是根据这种作用制成的。
3.升华与凝华
物质由固态直接变为气态，叫做升华；物质由气态直接变为固态，叫做凝华。升华过程物质需要吸热，凝华过程物质需要放热。
七、比热容 热平衡方程
1.比热容
单位质量的某种物质，温度每升高1℃所吸收的热量，叫做这种物质的比热容。比热容也称为比热。
实验表明，单位质量的某种物质，温度每降低1℃所放出的热量，也等于它的比热容。比热容的单位是J/(kg·℃)。每种物质都有自己的比热容，比热容是反映物质热学性质的物理量。下表是几种物质的比热容，单位是J/(kg·℃)。
水 酒精 煤油 冰 蓖麻油 砂石 干泥土 铝 铁、钢 铜 铅 水银
2.热平衡方程
温度原来不相同的两个物体，在不与外界发生热交换的条件下，经过热交换达到温度相同时，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，这个结论称为热交换定律。它的数学表达式 Q放称为热平衡方程。
由于热传递的实质是能量的传递和转移，因此热平衡方程实际是能的转化和守恒定律在热传递过程中的具体表述。
3.物体吸收或放出的热量
物体的比热容为c，质量为m，在其温度变化为△t时，物体吸收或放出的热量
Q=cm△t
八、物体的内能 物体内能的变化
1.物体的内能
物体中所有分子的热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。我们以前所说的热能，可以理解为是物体内能的一种通俗的说法。
一般来说，物体的内能与物体的质量、物体的温度、体积、物态等因素有关。
2.物体内能的变化
做功和热传递是改变物体内能的两种方式。不论是做功还是热传递，在改变内能方面可以达到相同的效果。但是，做功和热传递是本质不同的两个过程。凡是没有做功而使物体内能改变的过程，叫做热传递。在热传递过程中，不发生能的形式的变化，这是一个不同物体之间(或同一物体的不同部分之间)内能传递、转移的过程；而做功过程中，有能的形式发生转化，这是一个在不同物体之间能的形式发生转化和转移的过程。
3.内能与机械能的区别
内能和机械能是两种不同形式的能，两者虽然都与运动和相对位置有关，但它们的含义是不相同的，机械能是由物体的宏观运动的状态和宏观物体相对位置所决定的，而内能是由物体内微观粒子的运动及相互作用————分子的热运动和分子间的相对位置所决定的。由于分子永不停息地做无规则运动，因此在任何情况下，物体均具有分子动能，一切物体的内能都不为零。但一个物体不一定具有机械能。例如，停在水平地面上的汽车，若以地面为参考物，则它既没有动能，也没有势能，因此它的机械能为零，但此时它仍具有内能。
4.能量转化与守恒定律
在自然界发生的一切过程中，能量既不能凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移给另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量是不变的。这个规律叫做“能的转化和守恒定律”。或者说，任一封闭系统，无论发生什么变化，其能量的总值保持不变。这一定律包括定性和定量两个方面，在性质上它确定了能量形式的可变性，在数值上肯定了自然界能量总和的守恒性。一种能量的减少，总是伴随某种能量的增加，一减一增，其数值相等。各种不同形式的运动(机械运动、热运动、电磁运动等等)都具有相应的能量，这一定律是人类对自然现象长期观察和研究的经验总结。
九、热机
1.热机
利用燃料燃烧放出的热能做功的发动机叫做热机。汽车、内燃机车、飞机等的发动机都是热机。
2.热机效率
在热机里，与做有用功相当的热量跟燃料完全燃烧所放出的热量之比，叫做热机的效率。热机效率通常用百分数表示，即
式中Q 表示与做有用功相当的热量，Q表示燃料完全燃烧所放出的热量。汽油机和柴油机的效率通常在20%~40%。
3.制冷机
在日常生活和科学研究中，除去热机外，我们还常常使用制冷设备，大家熟悉的冰箱、冷藏柜中就有这种设备。这种获得并维持低温的设备通常称为制冷机。
热量不会自发地从低温热源移向高温热源。为了实现这种逆向传热，需要外界做功。制冷机就是以消耗外界能量为代价，使热量从低温物体传到高温物体实现制冷的。制冷机的循环过程是热机的逆循环。典型的制冷机主要由压缩机、冷凝器、热交换器、膨胀机或节流阀等部件组成。制冷机的重要性能标志是制冷系数。
例题精讲
例题 1 如图所示，一个烧杯盛有0℃的碎冰，把装有0℃碎冰的试管插入烧杯中，对烧杯加热。当烧杯中的冰有一半熔化时，试管中的冰将()。
A.熔化一半 B.全部熔化
C.不会熔化 D.熔化一点儿
解析 晶体的熔化需要满足两个条件：一是达到熔点，二是吸热。烧杯中的冰在熔化过程中保持温度不变，当烧杯中的冰有一半熔化时，烧杯中的冰水混合物的温度是0℃。试管中的冰若要熔化，则需要吸收热量。而发生热传递的条件是物体之间存在温度差。由于试管中的冰与烧杯中的冰水混合物没有温度差，试管中的冰无法吸热，所以试管中冰无法熔化，本题C选项正确。
例题 2 同一房间里有甲、乙、丙三支完全相同的温度计，原来的示数相同。现将其中甲、乙温度计的玻璃泡上包有棉花，甲的棉花上还蘸有酒精。仍将它们放在同一房间里，温度计的示数情况是()。
A.甲、乙示数相同，丙最低 B.乙、丙示数相同，甲最低
C.甲、丙示数相同，乙最高 D.甲最低，乙最高，丙居中
解析 乙、丙温度计的示数不变。甲温度计包的棉花上由于蘸有酒精，酒精易于蒸发，在蒸发过程中不断吸热，使得甲温度计的温度下降，低于乙、丙温度计的温度。所以正确选项为B。
例题 3 温度、热量、内能三者之间的区别和联系各是什么
解析 温度表示物体的冷热程度，从分子动理论的观点来看，物体的温度越高，分子的运动就越剧烈，温度标志着一个物体内部大量分子运动的剧烈程度。对某一物体而言，温度只能说“是多少”或“达到多少”，不能说“有”或“没有”“含有”等。
热量是表示物体在热传递过程中吸收或放出热的多少，是与热传递过程有关的物理量，离开了热传递过程，热量是没有意义的。因此对热量只能说物体“吸收多少”或“放出多少”，不能说物体“有多少”或“含有多少”。热量是热传递过程中物体内能转移多少的量度。在热传递过程中，高温物体放出热量，低温物体吸收热量。由于物体质量等因素的影响，高温物体并非一定是内能多的物体，因此不能说热传递过程是由内能多的物体向内能少的物体的传热过程。
内能是能的一种形式。从宏观上看，一定质量的物体，它的内能与物体的温度相关，物体温度升高，内能增加；物体温度降低，内能减少。从微观上看，物体的内能是物体内所有分子做无规则运动所具有的动能和分子势能的总和。由于分子永不停息地做无规则运动，所以一切物体的内能都不为零。物体内能的多少不是我们所关心的，我们关心的是物体内能的改变量，即物体增加或减少的内能是多少。
例题4 质量为20g的水，温度从 升高到 试求：
(1)水吸收多少热量
(2)用这些热量能使质量为 20g 的砂石温度升高多少 已知水的比热容 砂石的比热容
解析 这是应用热量公式计算的问题。做题时，对“升高了”“升高到”要注意区别和理解。
设水吸收的热量为 Q吸，则
=840J
设砂石吸收的热量为( ，根据题意有
=45.7℃
通过此题的计算我们又可看出，在水和砂石的质量相等、吸收热量相同的情况下，由于砂石的比热容比水的小很多，砂石的温度升高比水的温度升高多。正是这个原因，使沿海地区的昼夜温差变化不像内陆地区那样明显。
例题5 如图所示，给塞紧塞子的盛水试管加热，水沸腾后，水蒸气会把塞子冲开，并见到试管内有“白气”生成。在水蒸气冲开塞子的过程中， 能转化为 能。能量是通过 方式改变的。
解析 试管的塞子原来是静止的，被冲开后具有了动能，即塞子的机械能增加了。根据能的转化可知，塞子增加的机械能一定是由另一种能量转化来的。塞子被热的水蒸气冲开的过程中，水蒸气对塞子施加了作用力，并使塞子的运动状态发生改变，因此水蒸气对塞子做了功，即水蒸气对外界做了功。试管内生成的“白气”是水蒸气因温度降低而产生的液化现象，说明水蒸气的内能减少。因此，塞子增加的机械能是由水蒸气的内能转化来的。水蒸气内能的减少是通过对外界做功实现的。
本题的正确答案是：答案内机械 做功
例题6 将冷水和热水混合，若热量没有损失，冷水升高的温度与热水降低的温度相同，这种说法是否正确 请加以分析。
解析 将冷水和热水混合，若热量没有损失，必定有冷水吸收的热量等于热水放出的热量，即 设冷水和热水质量分别为m 和m ，根据热量公式，有
由上式可以知道，
只有在冷水和热水质量相同时，冷水升高的温度才可能与热水降低的温度相同。由于题目条件中没有确定质量关系，因此说冷水升高的温度与热水降低的温度相同是不正确的。从分析结果可以看出，冷水升高的温度与热水降低的温度是与冷水和热水质量成反比的。
例题7 80℃的煤油30g，60℃的煤油40g，36℃的煤油50g，将这三种温度不同的煤油混合，不计热量损失，达到平衡状态后煤油的温度多高 已知煤油的比热容
解析 解法1：混合后煤油的温度肯定低于80℃而高于36℃，问题在于60℃的煤油在混合过程中是吸热还是放热。对此可以用比较法确定。以60℃为参考温度，80℃的煤油降低到60℃的过程中，放出热量为 J
36℃的煤油升高到60℃的过程中，吸收热量为
J
由于( 可以判断出混合后煤油的温度肯定低于60℃，即60℃的煤油在混合过程中是放热的。设混合后煤油温度是t，则根据热平衡方程，有
①
代入数据，可以解出混合后煤油温度
t=55℃
解法2：将上面①式改写一下，有
即
由此我们可以这样分析：设混合后煤油温度是t，不必考虑哪一个温度的煤油放热，假设每种煤油都放热，根据热平衡关系，必定应该有Q 、Q 、Q 的代数和为零。将数据代入上式，解得混合后煤油温度。
解法3：设三种温度的煤油都降低到0℃，共放出热量
设混合后煤油温度是t，三种温度的煤油都从0℃升高到t，吸热
由于 解得
说明 由例题6、例题7的分析可以看出，对不同温度液体的混合问题，不能简单猜测，而应该根据热平衡方程具体讨论和分析。
例题8 水在1个标准大气压下的沸点是100℃。当大气压数值变化时，水的沸点也随之变化。由于通常大气压数值变化不大，因此水的沸点变化也并不大。一般情况下要测量沸水的温度，只需要温度计最高测量温度略大于100℃即可。
现有一个温度计，其温度测量范围是一15℃~50℃。要用这个温度计在实验室中测量沸水的温度。请设计实验方案。要求：
(1)简要说明测量的原理和方法。
(2)简要说明所选择的器材，要测量和记录的物理量及主要测量步骤。
(3)简要说明计算公式。
(4)简要说明测量过程中必须控制的实验条件。
可供选择的实验器材，除温度测量范围是 的温度计外，还有：
天平(包括砝码)，大烧杯，铁架台，石棉网，酒精灯，小烧杯，小铜块(铜的比热容未知)，大约30℃左右的冷水，量热器，大量筒，大量杯，弹簧秤。
解析 (1)根据热平衡关系，利用 采用混合法间接测量沸水的温度。
(2)选择的器材包括：除温度测量范围是—15℃~50℃的温度计外，还有天平(包括砝码)，铁架台，石棉网，酒精灯，小烧杯，大约30℃左右的冷水，量热器。
要测量和记录的物理量是：
①用天平测量足够量的冷水质量m ，放入量热器待用；
② 用温度计测量冷水的初温t ；
③ 用天平测量将要烧沸的水质量m ；
④将质量m 的水烧沸腾；
⑤ 烧沸的水m 与量热器中的冷水混合，测量混合后的末温t。
(3) 根据 得到沸水温度计算式
(4)由于混合后的末温t应不大于50℃，因此冷水质量m 与烧沸的水质量m 应满足一定条件
取冷水的初温 认为沸水温度 代入上式，得
测量中必须满足的实验条件是冷水质量m 与沸水质量m 满足
例题9 在密闭的容器内装有10g 0℃的水，用抽气机迅速抽出容器内原有的全部空气，由于水的急剧汽化，导致剩下的水结冰，求结成冰的水有多少 已知在0℃时水的汽化热 冰的熔化热L=334.4J/g。
解析 水的沸点随着压强减小而降低，水的蒸发和沸腾都需要吸热，从( 的水中吸热，导致0℃的水放热而结冰。设原有水 Mg，有mg汽化，根据热平衡方程，有mλ=(M-m)L
汽化的水是1.2g，则结冰的水是
m'=M-m=8.8g
例题10 甲、乙两个杯子，盛有质量和初温相同的水，另有a、b两不同材料的金属球，其质量和初温相同，现将a、b两球分别投入甲、乙两杯中，达到热平衡后，测得甲杯中水温升高6℃，乙杯中水温升高3℃，若不计热损失，则()。
A. a球的比热容大于b球的比热容
B. a球的比热容小于b 球的比热容
C. a球放出的热量大于b球放出的热量
D. a球放出的热量小于b球放出的热量
解析 a 球放出的热量等于甲杯中水吸收的热量，b球放出的热量等于乙杯中水吸收的热量。由 易知(Q甲吸>Q乙吸，所以 因为达到热平衡时，a球和b球温度应等于水的温度，且a、b两球初温相同，甲、乙两杯水初温相同，显然 又因 由c= 可知c。> cb。 本题正确答案应选A、C。
例题11 小红做实验时发现一支温度计测量的数据不准确。把它和标准温度计一同插入水中，发现当实际温度为2℃时它的示数是4℃，实际温度为82℃时它的示数是80℃。经仔细观察，它的刻度是均匀的。
(1)请以x表示这支温度计的示数，以y表示对应的实际温度，导出用x 表示y的关系式。
(2)这支温度计的示数为26℃时，实际温度是多少
(3)在什么温度时这支温度计的示数等于实际温度
解析 答案(1)因为刻度是均匀的，所以温度计每增加相同的示数时，实际温度的增加也是相同的。根据这一点，y和x 的关系在形式上应为
y= ax+b (a、b为常量)
由于 时y=2℃,x=80℃时y=82℃,把这两组数据分别代入①式,得到
4a+b=2,80a+b=82
解得
a=1.05,b=-2.21
即y=1.05x-2.21(℃) ②
(2)把x =26℃代入②式算出y=25℃，这表示当这支温度计示数为26℃时实际温度为25℃。
(3)在②式中令x=y,即
x=1.05x-2.21,解出x =44(℃)
这表示，在44℃时温度计的示数与实际温度相同。
练 习 题
A 组
1.使用常用温度计测量液体的温度，下列说法中正确的是()。
A.温度计放入液体内使玻璃泡与容器壁接触
B.温度计的玻璃泡在液面之上
C.温度计的玻璃泡浸在液体中，不能与容器壁接触
D.把温度计从液体中取出来再读数
2.关于体温计和普通温度计的不同，下列说法中错误的是()。
A.体温计玻璃管的内管有一弯曲处特别细，普通温度计则没有
B.体温计可以离开被测物体进行观测，普通温度计则不能
C.体温计可以用力甩动使水银回到泡中，普通温度计则不能用力甩
D.体温计示数的准确程度比普通温度计低
3.下列关于物态变化的说法中正确的是()。
A.水只有在 100℃时才能沸腾
B.晶体在熔化时吸热，因而温度上升
C.液体在凝固时放热，因而温度一定下降
D.物体在熔化和汽化过程中都要吸热
4.下列现象中都发生了物态变化，其中属于汽化的是()。
A.洒在桌面上的水干了 B.湖面上形成的大雾
C.冰慢慢变成了水 D.卫生球放久了便消失了
5.用手分别接触0℃的冰和0℃的水，会觉得冰比水冷，这是因为()。
A.冰的温度比水低
B.冰熔化时要从手中吸收大量的热
C.冰是固体
D.人的一种错觉
6.从冰箱里刚拿出来的冰块，看见它冒着白气。对此所做的下列解释中正确的是()。
A.冰蒸发出来的水蒸气
B.冰升华产生的水蒸气
C.冰升华产生的水蒸气遇冷又液化成的小水珠
D.空气中的水蒸气遇到冰降温液化成的小水珠
7.*关于影响液体蒸发快慢的因素，下列说法中正确的是()。
A.液体温度越高蒸发越快
B.液体质量越小蒸发越快
C.液体表面积越大蒸发越快
D.液体表面处的空气流动越快蒸发越快
8.下列说法中正确的是()。
A.不可能有温度达到105℃的水
B.水在90℃时有可能沸腾
C. 气压为768mmHg时,水的沸点会低于100℃
D.以上说法都不正确
9.*关于物态变化的下列说法中正确的是()。
A.霜的形成是升华现象 B.雾的形成是液化现象
C.露的形成是液化现象 D.云的形成是汽化现象
10.“以下各选项均给出三种物态变化，水在这三种物态变化过程中吸收(或放出)热而温度均不改变的是()。
A.熔化、汽化、升华 B.熔化、凝固、液化
C.蒸发、凝固、液化 D.熔化、凝固、沸腾
11.在舞台上喷洒干冰(固态二氧化碳)可以产生白雾，形成所需的效果。这种雾气是()。
A.二氧化碳气体迅速液化而形成的小液滴
B.干冰迅速熔化后再蒸发形成的气体
C.干冰迅速升华变成的气体
D.干冰使空气中的水蒸气液化形成的小水珠及小水珠凝固形成的小冰晶
12.下列实例中，有利于蒸发的是()。
A.耕种时用地膜覆盖农田 B.给盛有饮料的容器加盖
C.把湿衣服晾在通风向阳处 D.把新鲜的水果装入密封盒
13.下表是小刚同学在观察水的沸腾现象时记录的实验数据，请根据要求解答下列问题：
(1)由表中的实验数据可知：水的沸点为 ℃，当水的温度达到沸点后，继续给水加热，水的温度 。(选填“升高”“不变”或“降低”)
时间t/ min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
温度t/℃ 50 57 64 71 78 85 91 96 100 100 100
(2)水银温度计玻璃泡中的液体是水银，酒精温度计玻璃泡中的液体是酒精。已知在标准大气压下，水银的凝固点和沸点分别为-39℃和357℃，酒精的凝固点和沸点分别为-117℃和78℃。在做“观察水的沸腾现象”的实验时，应选用 温度计。(选填“水银”或“酒精”)
14.干木柴的燃烧值为 要得到 的热量，需要完全燃烧多少克的干木柴
15.吉林省丰满水电站下游的松花江，在严冬季节由于水温较高，流速较大，江面并不封冻，江岸的树枝上常有白色晶莹的雾凇出现。形成这种现象的原因是什么
16.烧水壶里装入2.5kg的自来水，加热前测得水的初温为20℃。在标准大气压下，将水加热到开始沸腾，则这些水至少吸收多少热量
17.一台柴油机的效率是30%，这台柴油机消耗2kg柴油，最多能够做多少有用功 请读者自己查柴油的燃烧值。
18.把一个质量为100g的铁球放在火炉中烧较长的一段时间。然后取出铁球，立即投入质量为200g、温度为15℃的水中，混合后的共同温度为59℃。若铁球放出的热完全传递给水，求火炉内的温度。已知铁的比热容
B 组
1.关于扩散现象，下面说法中正确的是()。
A.只有气体分子之间才能发生扩散
B.液体和固体之间不能发生扩散
C.扩散的快慢，跟温度高低无关
D.扩散现象说明分子在永不停息地做无规则运动
2.关于内能，下列说法中正确的是()。
A.物体的内能增大，一定吸收了热量
B.物体的内能增大，一定是外界对它做了功
C.物体吸收了热量，可以增加它的内能
D.物体的机械能增大，它的内能增加
3.关于温度、热量、比热容，下列说法中正确的是()。
A.温度越高，物体具有的热量越多
B.温度越高，物体的比热容越大
C.吸收的热量越多，物质的比热容越大
D.物体吸收了热量，温度不一定升高
4.甲、乙两物体，已知甲的质量为乙的3倍，乙的比热容为甲的 ，它们的温度都是从30℃升高到40℃，则甲吸收热量与乙吸收热量之比为()。
A. 1:1 B. 2: 3
C. 6:1 D. 3:2
5.下列事例中，属于内能转化为机械能的是()。
A.水壶中的水沸腾后，壶盖被水蒸气顶起
B.两手相互摩擦，手心变热
C.用气筒给自行车胎打气时，气筒会发热
D.流星与空气摩擦生热、发光
6.关于温度低于0℃的冰，以下说法中正确的是()。
A.它的分子不运动
B.它的内能为零
C.它的内能在吸收热量后保持不变
D.它的分子间有相互作用
7.关于同一物体的内能，下列说法中正确的是()。
A.物体运动得越快，内能越大
B.物体举得越高，内能越大
C.物体机械能越大，内能越大
D.物体的温度越高，内能越大
8.已知铁的比热容大于铜的比热容。当质量、初温都相同的铁块和铜块吸收了相同的热量后，再将它们接触，将有()。
A.温度由铜向铁传递 B.温度由铁向铜传递
C.热量由铁向铜传递 D.热量由铜向铁传递
9.两块质量相同、温度均为30℃的铜块，分别放入温度为70℃的水和煤油中，最后它们的共同温度都是45℃(不考虑热损失)，由此可以得出()。
A.水的质量较大 B.煤油的质量较大
C.煤油放出的热量较多 D.水放出热量较多
10.甲、乙两个物体质量之比是4：3，吸收的热量之比是2：3，它们的比热容之比和升高的温度之比，可能分别是()。
A. 5:2;1:5 B. 4:2;1:1
C. 1:2;4:1 D. 4:3;2:3
11.比热容是 的酒精和水 均匀混合后，比热容变成 ，则混合液中酒精和水质量之比是()。
A. 29:50 B. 29:35 C. 2:5 D. 5:2
12.“下列说法中正确的是()。
A.温度越高的物体，放出的热量一定越多
B.在“摩擦生热”的过程中，内能转化为机械能
C.气体容易被压缩，是因为分子间距大，分子之间相互作用力很小
D.内陆地区比沿海地区昼夜温差大，原因之一是砂石的比热容比水的比热容小
13.“某同学从下表提供的信息中得出以下几个结论，其中错误的是()。
几种物质的比热容表c[J/(kg·℃)]
水 干泥土 0.84×10
酒精 铜 0.39×10
冰 铝 0.88×10
煤油 铅 0.13×10
水银 沙石
A.汽车发动机用水来冷却效果比较好
B.液体的比热容都比固体的比热容大
C.同种物质在不同状态下比热容值相同
D.质量相等的铜和铅，升高相同的温度，铜吸收的热量多
14.“两个分子从平衡位置(即引力和斥力合力为0的位置)增大它们之间的距离，则它们之间引力和斥力变化情况是()。
A.增大距离，引力增大斥力减小，其合力表现为引力
B.减小距离，引力减小斥力增大，其合力表现为斥力
C.增大距离，引力比斥力减小得慢，其合力表现为引力
D.减小距离，引力比斥力增加得慢，其合力表现为斥力
15.质量相等的甲、乙两个物体放在空气中，它们的温度相同。把甲投入一杯热水中，达到热平衡后，水温降低了△t。把甲捞出来(设水没有质量和热量损失)，再把乙投入杯中，达到热平衡后，水温又降低△t，由此可知()。
A.甲与乙比热容相同 B.甲的比热容大
C.乙的比热容大 D.条件不足，无法判断
16.“地球一小时”活动由世界自然基金会于2007年发起，号召人们每年三月的最后一个周六晚上自愿关灯1小时，倡导节能减排活动，以共同应对全球气候变化。假设某地区有5万个家庭响应号召，且每个家庭照明平均功率为60 W，那么在活动当天晚上关灯1小时，该地区可节约 kW·h的电能,相当于 kg 热值为3.0×10 J/ kg的标准煤完全燃烧所放出的热量。
17.晶体有一定的熔点，不同的晶体熔点不相同。晶体熔化需要吸热。质量一定的某种晶体在熔化过程中需要吸收的热量是确定的。相同质量的不同晶体在熔化过程中需要吸收的热量是不相同的。为了区别不同晶体在熔化过程中吸收热量的差异，物理学中定义了熔化热这一物理量。
单位质量的某种晶体，在熔点时完全转化为同温度的液态所需要吸收的热量，叫做这种晶体的熔化热。熔化热通常用λ表示。在国际单位制中，熔化热的单位是焦耳/千克，符号是J/kg。
应该说明的是，晶体的熔化热大小与它的熔点高低没有关系。例如，铝的熔点是660℃，铝的熔化热是3.96×10 J/ kg;金的熔点是1064℃,金的熔化热是( 冰的熔点是0℃，冰的熔化热是33.36×10 J/ kg。
现有500g温度为-10℃的冰，要使它完全熔化变成10℃的水，在整个过程中，这些冰(包括后来化成的水)至少要吸收多少热量 已知冰的比热容 水的比热容
18.有三块不同的金属，它们的质量之比 它们的比热容之比( ，如果这三块金属吸收相同的热量，求它们升高的温度之比
19.2kg 0℃的冰与3kg 50℃的水混合，设冰与水都没有与其他物体进行热交换，求混合后的最终温度。
20.铜制量热器小筒的质量为200g，内装8℃的冷水500g，向筒内水中通入 的水蒸气后，水的温度升高到28℃，设没有热由于向周围散发而损失，求水在100℃时汽化热是多少 已知铜的比热容
21. A、B、C三种不同的液体，它们的质量分别为m 、m 、m ，它们的比热容分别为 c ,它们的初温分别是15℃、25℃和35℃。将A、B 混合后,温度是21℃;将B、C混合后,温度是32℃，求将A、B、C三种不同的液体混合后，温度是多少 设混合过程中没有热损失。
22.由于冬季供暖系统发生故障，某房间内温度下降。小强在测量后发现，3小时内室温下降了5℃。后来临时用电热器供暖，电热器耗电功率为2kW，电能转换为热能的效率为80%。这时室内温度刚好保持不变。求室内温度降低1℃时大约向外散热多少 你在解决这个问题时所做的主要近似假设是什么
23.冬天，供暖散热器使室内保持一定的温度，房间里大约每小时需要 的热量。若流进室内散热器的热水温度为( 从室内流出的温水的温度为( ，求每小时流入散热器的热水的质量。已知水的比热为
第4章 热现象
A组
1 C 【解析】膨胀式温度计是利用物体受热膨胀原理制成的温度计，日常生活(包括初中物理学习)中使用的主要是玻璃管式温度计。这种温度计使用中要与被测物体充分接触，避免与其他无关物体接触。
2 D 【解析】注意体温计和普通温度计的差异，主要差异之一就是体温计的量度范围比一般普通温度计小得多，而测量的准确度比一般普通温度计高。差异之二就是体温计使用后水银柱不会随温度下降而自动下降，因此体温计再次使用前要“甩”。
3 D 【解析】液体(包括水)的沸点与所处环境的压强有关。晶体与非晶体熔化时都需要吸热，但晶体熔化过程中温度不变。
4 A 【解析】蒸发、凝固、熔化等物态变化在生活中很常见。注意将这些生活现象与学习的相关知识联系起来。
5 B 【解析】手接触0℃的冰，冰从手吸热熔化过程中温度并不是立即上升，而是先变为0℃的水。
6 D 【解析】水蒸气无色无味是看不见的。我们看见冰块冒的白气是水蒸气凝成的小水滴形成的雾。
7 ACD 【解析】影响液体蒸发快慢的主要因素包括液体温度、液体的表面积、液体表面空气的流动速度等。
8 B 【解析】液体(包括水)能够具有的温度、其沸点等都与液体所处环境的压强有关。
9 BC 【解析】“霜”是地面的水气遇到寒冷天气凝结成冰晶的结果。“云”是大气中的水蒸气遇冷液化成的小水滴或凝华成的小冰晶。
10 BD 【解析】本题研究的是水。水的熔化或凝固，水的液化或汽化过程中都伴随有热交换，但是温度不变。
11 D 【解析】干冰，即固体二氧化碳。干冰急速吸热升华变成气态，引起周围空气降温，使周围空气中的水蒸气凝结成微小水珠，形成烟雾状，就是人们常见的用干冰制造烟雾效果。
12C 【解析】影响液体蒸发快慢的主要因素包括液体温度、液体的表面积、液体表面空气的流动速度等。
13(1) 100 不变 (2) 水银
14需要完全燃烧5×10 g的干木柴。
15 雾凇是挂在树枝上的白色固态的水，它的形成与霜的形成有相似之处，但又不完全相同，形成雾凇要求气温很低，同时空气中有大量水蒸气。丰满水电站下游的松花江旁，空气中的水蒸气很多，冬季温度相当低时，空气中的水蒸气遇到寒冷的树枝等物体，就会凝华形成霜，附在树枝上或附在树枝原有的霜上，形成雾凇。当空气中的小水珠遇到寒冷的树枝或雾凇时，会凝固为固体，附在原有的雾凇上，使雾凇变大。
16 这些水至少吸收8.4×10 J热量。
17 最多能够做： 有用功。
18862.5℃。
B组
1 D 【解析】扩散是由于分子热运动而产生的现象，主要是由于密度差引起的。包括扩散现象在内的大量事实表明，一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。
2 C 【解析】物体内能的变化取决于做功和热传递两个因素。物体的机械能与物体的内能是两个不同的概念。
3 D 【解析】温度是物体冷热程度的量度和反映，热量是物体之间能量交换的量度和反映，比热容是物质某种热学性质的量度和反映。在热学知识学习时，要注意概念的意义以及不同概念的差异。
4 C 【解析】依据物体吸收或放出的热量Q=cm△t。求解本题要注意数学运算。
5 A 【解析】内能变化与物体的温度变化有关，机械能变化与物体的机械运动状态变化有关。
6 D 【解析】物体的内能是物体中所有分子的热运动的动能和分子势能的总和。物体内能变化与做功、热传递两个因素有关。
7 D 【解析】物体的内能与物体的机械能是不同的概念。内能与分子的热运动有关，而机械能是与物体的宏观运动有关。
8 D 【解析】没有外界的干预，热总是从温度高的物体传到温度低的物体，或由物体的高温部分传到物体的低温部分。
9 B 【解析】依据物体吸收或放出的热量 Q=cm△t，结合热平衡等知识综合分析。
10 A 【解析】注意掌握比热容和温度变化这两个概念以及有关因素。
11 D 【解析】两种不同液体混合后，分析混合液比热容变化，可以分别考虑各自液体吸热与升温的关系。建议在B组9题、10题和11题求解后，进一步将这些习题对比，总结这类特点问题的异同。
12 CD 【解析】物体温度高低是其自身冷热程度的反映，与吸热或放热多少没有直接关系。“摩擦生热”是通过做功的过程生热。
13 BC 【解析】认真读懂表格所表达的意思，结合相关知识分析、解决问题是物理学习过程中重要的内容。
14 CD 【解析】分子间的相互作用力是比较复杂的，分子间作用力既有引力又有斥力，而且分子间的引力和斥力同时存在。分子之间的引力和斥力都随着分子间的距离增大而减小，也都随着分子间的距离减小而增大。
15 C 【解析】依据物体吸收或放出的热量Q=cm△t，分别列出每一次热量变化的关系，找出两次的联系。
16 3000 360
17 至少要吸收 热量。
18 它们升高的温度之比
19 混合后的最终温度是0℃，即处于冰水混合物状态。
20 水在100℃时汽化热是2259J/g。
21 将A、B、C三种不同的液体混合后,温度是29.2℃。
22根据已知条件,t=3h=1.08×10 s, P=2kW,η=80%。3h内电热器散发的热量为Q= 根据能量关系，室温每降低1℃所平均散发的热量是 实际上，室内外温差较大时室温每降低1℃所散发的热量要多一些，计算时认为在不同温差时每降低1℃所散发的热量是相同的。这是主要的近似假设。
23800kg。

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