2021年初中物理競賽及自主招生專題講義第六講熱學第二節(jié)熱傳遞與比熱容含解析

1、歡迎下載！祝您成績進步，生活愉快！ Page * MERGEFORMAT 10第二節(jié) 熱傳遞與比熱容一、熱傳遞熱傳遞是指熱量從高溫物體傳到低溫物體，或者從物體的高溫部分傳到低溫部分的過程。熱傳遞是自然界普遍存在的一種自然現(xiàn)象。只要物體之間或同一物體的不同部分之間存在溫度差，就會有熱傳遞發(fā)生，并且將一直繼續(xù)到溫度相同的時候為止。發(fā)生熱傳遞的唯一條件是存在溫度差，與物體的狀態(tài)、物體間是否接觸都無關(guān)。熱傳遞的結(jié)果是溫差消失，即物體達到相同的溫度。在熱傳遞過程中，高溫物體放出熱量，溫度降低，內(nèi)能減少（確切地說是物體里的分子做無規(guī)則運動的平均動能減?。蜏匚矬w吸收熱量，溫度升高，內(nèi)能增加。因此，熱傳遞

2、的實質(zhì)就是能量從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移的過程，這是能量轉(zhuǎn)移的一種方式。熱傳遞轉(zhuǎn)移的是內(nèi)能，而不是溫度。熱傳遞有三種方式：熱傳導、熱對流和熱輻射。熱傳導實質(zhì)是由物質(zhì)中大量的分子熱運動互相撞擊，而使能量從高溫物體傳給低溫物體，或由物體的高溫部分傳至低溫部分的過程。在熱傳導的過程中，物質(zhì)的分子并未遷移。熱對流是發(fā)生在流體（液體和氣體）中的一種熱傳遞現(xiàn)象，流體中溫度不同的各部分之間發(fā)生相對移動時所引起的熱量傳遞的過程；流體內(nèi)各部分溫度不同時，會導致各部分密度不同，一般說來溫度高，則密度小，溫度低，則密度大，這樣密度大小不同的各部分就會產(chǎn)生相對位移，從而使得熱量發(fā)生轉(zhuǎn)移。物體通過電磁波傳遞能量的過程稱為

3、輻射，熱輻射是指物體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電磁波的能量而進行的輻射過程。用輻射方式傳遞熱，不需要任何介質(zhì)，因此，輻射可以在真空中進行，地球上得到太陽的熱就是太陽通過輻射的方式傳來的。熱傳遞的快慢和多種因素有關(guān)，比如物體的溫差、物質(zhì)種類、接觸面積等。例1 （上海第30屆大同杯初賽）一厚度為的薄金屬盤懸吊在空中，其上表面受太陽直射，空氣的溫度保持不變，經(jīng)過一段時間，金屬盤上表面和下表面的溫度分別保持為和。假設(shè)單位時間內(nèi)金屬盤每個表面散失到空氣中的能量與此表面和空氣的溫度差以及此表面的面積成正比；單位時間內(nèi)金屬盤上、下表面之間傳遞的熱量與金屬盤的厚度成反比，與兩表面之間的溫度差和表面面積成正比。忽略金屬盤側(cè)面

4、與空氣之間的熱傳遞。那么，在金屬盤的厚度變?yōu)槎渌麠l件不變的情況下，金屬盤上、下表面溫度穩(wěn)定之后，金屬盤上表面的溫度將變?yōu)椋?）。ABCD分析與解 橫截面積為、厚度為的金屬盤穩(wěn)定時，單位時間內(nèi)上表面接收到的熱量等于上、下兩個表面散失的熱量，設(shè)單位時間內(nèi)上、下表面向空氣散熱的比例系數(shù)為，因此有單位時間內(nèi)下表面接收到上表面?zhèn)鱽淼臒崃康扔谙卤砻嫔⑹У臒崃浚O(shè)單位時間內(nèi)上表面向下表面散熱的比例系數(shù)為，因此有當厚度為的金屬盤穩(wěn)定后，有由式，可得，由式，可得，解得，因此本題正確選項為D。例2 （上海第27屆大同杯初賽）一般情況下，單位時間內(nèi)高溫物體向低溫物體傳遞的熱量與兩個物體的溫差成正比。冬天的北方比較

5、冷，房間內(nèi)都有供暖系統(tǒng)。如果戶外溫度為，則房內(nèi)溫度為18；如果房外溫度為，則房內(nèi)溫度為12。那么，房間暖氣管的溫度為（ ）。A75B70C65D60分析與解 設(shè)單位時間內(nèi)暖氣向房間的散熱量為，單位時間內(nèi)房間向室外的散熱量為，則房間溫度穩(wěn)定時有，設(shè)暖氣片溫度為，則當戶外溫度為時有，當房外溫度為時，有，兩式聯(lián)立可得，解得，選項正確。例3 太陽每秒輻射的能量可達，光從太陽傳到地球需要，地球半徑，那么地球上每秒能接受到多少太陽能？分析與解 設(shè)光速為，太陽輻射的能量到達地球時，傳播的距離為日、地之間的距離：，太陽每秒發(fā)出的能量均勻分布在以太陽為中心、以為半徑的球面上，則單位面積上分布的能量為，地球正對著

6、太陽的面積為，則地球單位時間內(nèi)接受的太陽能為，代入數(shù)據(jù)得。二、比熱容1比熱容的概念比熱容簡稱比熱，指單位質(zhì)量的某種物質(zhì)升高單位溫度所需的熱量。國際單位制中的單位是（焦耳每千克攝氏度）或（是指熱力學溫標）計算比熱容的公式為。值得注意的是，比熱容不隨物質(zhì)的質(zhì)量、吸收（或放出）熱量的多少及溫度的變化而變化；只要是相同的物質(zhì)，不論形狀、質(zhì)量、溫度高低、放置地點如何，比熱容一般都相同。比熱容是物質(zhì)的特性之一，不同物質(zhì)的比熱容一般不同，它反映了不同物質(zhì)吸、放熱本領(lǐng)的強弱，利用物質(zhì)的這種性質(zhì)可以鑒別物質(zhì)。根據(jù)，質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，溫度變化相同時，比熱容大的物質(zhì)，所需要吸收或放出的熱量更多，因此比熱容大的物質(zhì)

7、溫度不易變化，比熱容是物質(zhì)“熱慣性”的量度。對于同一種物質(zhì)，比熱容的值還與物質(zhì)的狀態(tài)有關(guān)，同一種物質(zhì)在同一狀態(tài)下的比熱容是一定的，但在不同狀態(tài)下，比熱容是不同的。水的比熱容是，其物理意義是：質(zhì)量為的水溫度升高（或降低）1時所吸收（或放出）的熱量為。例4 質(zhì)量相等、初溫不同的甲、乙兩種液體，分別用完全相同的加熱器進行加熱，加熱過程中，溫度隨時間的變化情況如圖6.6所示，則下列說法正確的是（ ）。A0時間內(nèi)甲、乙吸收的熱量相同B升高相同溫度時，乙吸收的熱量較多C甲液體的比熱容大于乙D加熱一段時間后，甲的溫度一定高于乙分析與解 由于加熱器完全相同，因此經(jīng)過相同的時間，甲、乙液體吸收的熱量應相同，選項

8、正確。由圖像可知，加熱時間相同時，甲、乙吸收的熱量相同，但乙升高的溫度小于甲，因此，升高相同的溫度時，乙的加熱時間必大于甲，即乙吸收的熱量大于甲，選項正確。甲、乙質(zhì)量相同，吸收相同的熱量時，乙升高的溫度較少，由可知，乙的比熱容比甲大，選項錯誤。由圖像可知，在加熱時間不確定時，甲、乙的末溫應有三種可能，選項錯誤。本題正確選項為。2混合物的比熱容由兩種或兩種以上的物質(zhì)組成的混合物，其比熱容并不是簡單的等于各組分比熱容的平均值，混合物的比熱容也應該用來計算。設(shè)由兩種物質(zhì)組成的混合物，其中一種物質(zhì)質(zhì)量為，比熱容為；另一種物質(zhì)質(zhì)量為，比熱容為。當混合物的溫度升高（或降低）時，混合物吸收（或放出）的熱量為

9、，其中質(zhì)量為的物質(zhì)吸收熱量為、質(zhì)量為的物質(zhì)吸收熱量為，則有，即，解得。當混合物由種物質(zhì)組成時，若質(zhì)量分別為，；對應的比熱容分別為，則混合物的比熱容為。練習題1（上海第30屆大同杯初賽）甲、乙兩個物體相互接觸后不發(fā)生熱傳遞，這是因為它們具有相同的（ ）。A密度B溫度C體積D熱量2（上海第28屆大同杯初賽）當物體的溫度升高后，物體的（ ）。A熱量增大B比熱容增大C體積增大D內(nèi)能增大3（上海第26屆大同杯初賽）如圖6.7所示，三個相同的熱源分布在一橫放著的圓筒內(nèi)，圓筒的側(cè)壁和一個底部均絕熱，另一個底部開口并被導熱膜封住。用另兩個導熱膜在圓筒內(nèi)隔出兩個豎面，從而將三個熱源互相隔開并形成，三個獨立單元區(qū)

10、域。假設(shè)周圍環(huán)境的溫度恒定，并且傳導的熱功率與溫差成正比，每個獨立單元區(qū)域內(nèi)空氣的溫度均勻。，三個獨立單元區(qū)域的溫度與周圍環(huán)境的溫度差分別為，和，則為（ ）。A3:2:1B6:3:2C5:3:1D6:5:34（上海第25屆大同杯初賽）當物體中存在溫度差時，熱量會從溫度高的地方向溫度低的地方傳遞。對于一長度為、橫截面積為的均勻金屬棒，當兩端的溫度差穩(wěn)定為時，時間內(nèi)從高溫端向低溫端傳遞的熱量滿足關(guān)系式：，其中為棒的導熱系數(shù)。如圖6.8所示，長度分別為，導熱系數(shù)分別為，的兩個橫截面積相等的細棒在處緊密對接，兩金屬棒各自另一端分別與溫度為，的恒定熱源良好接觸。若，則在穩(wěn)定狀態(tài)下，處的溫度為（ ）。AB

11、CD5（上海第18屆大同杯初賽）北方的冬天天氣比較寒冷，房間內(nèi)一般都要安裝暖氣片供暖。在房間暖氣片溫度保持不變的情況下，房間內(nèi)的平衡溫度將隨外界溫度的變化而變化。研究表明，房間內(nèi)暖氣片和房內(nèi)的溫差與房間內(nèi)外的溫差之比保持不變。當外界溫度為時，房間內(nèi)的溫度長時間保持13不變；當外界溫度為時，房間內(nèi)溫度長時間保持16不變，則房間內(nèi)暖氣片的溫度應為_；當房間內(nèi)溫度長時間保持25不變時，外界溫度為_。6（上海第6屆初中物理競賽復賽）某學生用兩個相同的熱源分別對質(zhì)量為、比熱為的甲物質(zhì)和質(zhì)量為、比熱為的乙物質(zhì)加熱，并根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)分別畫出甲、乙兩物質(zhì)的溫度隨加熱時間變化的圖線，如圖6.9所示。根據(jù)圖線

12、情況，做出如下推斷，其中正確的是（ ）。A若，則B若，則C若，則D若，則7（上海第9屆銀光杯復賽）把兩塊質(zhì)量相等、比熱容分別為和的金屬熔合為合金，該合金的比熱容為（ ）。ABCD8（上海第24屆大同杯初賽）下列現(xiàn)象中，通過做功改變內(nèi)能的是（ ）。A人曬太陽感到暖和B在蒸籠里加熱饅頭C感冒發(fā)燒，用冷毛巾敷額頭D電爐通電后，電熱絲變紅9（上海第26屆大同杯初賽）電冰箱是常用的家電，當壓縮機工作時，制冷劑（俗稱“藥水”）在冰箱內(nèi)外管道中不斷循環(huán)流動，下列說法正確的是（ ）。A在冰箱內(nèi)的管道中，制冷劑膨脹并放出熱量B在冰箱內(nèi)的管道中，制冷劑被壓縮并吸收能量C在冰箱外的管道中，制冷劑膨脹并放出能量D在冰

13、箱外的管道中，制冷劑被壓縮并放出能量10（上海第20屆大同杯初賽）關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法中正確的是（ ）。A水具有內(nèi)能，冰塊沒有內(nèi)能B水蒸氣具有的內(nèi)能一定比水具有的內(nèi)能大C一杯水的溫度越高，它具有的內(nèi)能越大D一杯水放在高處一定比放在低處具有的內(nèi)能大11（上海第29屆大同杯初賽）甲、乙兩個相同的試管內(nèi)注入質(zhì)量相等、溫度分別為20和80的水，然后將甲試管底部插入溫度恒為80的水中，將乙試管底部插入溫度恒為20的水中，若兩試管插入水中的深度相同，且不考慮與外界空氣之間的熱傳遞，甲試管內(nèi)的水經(jīng)過時間溫度升高到80，乙試管內(nèi)的水經(jīng)過時間溫度降低到20，則（ ）。ABCD無法判斷12（上海第20屆大同杯

14、初賽）如圖6.10所示，甲、乙兩球完全相同，分別浸沒在水和水銀的同一深度內(nèi)，甲、乙兩球是用同一種特殊材料制作的：當溫度稍微升高時，球的體積會變大。如果開始水和水銀的溫度相同，且兩液體溫度同時緩緩地升高同一值，則（ ）。A甲球吸收的熱量較多B乙球吸收的熱量較多C兩球吸收的熱量相等D無法確定13（上海第19屆大同杯初賽）人的體溫是由“下丘腦”中特殊神經(jīng)細胞組織控制的，它對人體體溫的變化很敏感，當下丘腦溫度高于37時，人體散熱機制（如血管舒張、出汗等）就會活躍起來。已知37時蒸發(fā)汗水所需要的能量為?，F(xiàn)有一中年人漫步行走時，每秒體內(nèi)產(chǎn)生的熱量為，而此時人體通過傳導、輻射等方式（不包括出汗）產(chǎn)生的散熱功

15、率只有，因此還要通過出汗的方式才能保持37的體溫不變。那么此人漫步行走1小時出汗約（ ）。ABCD14（上海第29屆大同杯復賽）在工業(yè)以及科研中為解決機器的過熱問題，除通過空氣自然散熱之外，還采用水冷卻技術(shù)，其原理是將冷水注入與機器接觸的水冷管，冷水吸熱升溫后被排出，使機器工作溫度保持穩(wěn)定?，F(xiàn)有一臺輸入功率為、效率為的發(fā)動機，為使其在室溫為的環(huán)境下正常工作時不能過熱，每秒從水冷管入口處通入體積為、溫度為的冷水，出口處的水溫為。假設(shè)該發(fā)動機的總散熱面積為，其中與水冷管接觸的面積為，其余部分與空氣接觸，且與空氣接觸部分只能帶走按面積分配的25%的熱量，余下熱量全部由水冷管帶走。求該發(fā)動機正常工作時

16、與的比值。（已知水的比熱容為，密度為）參考答案1B。發(fā)生熱傳遞的條件是兩物體有溫差，當物體溫度相同時，熱傳遞也將停止。2D。物體溫度升高時，內(nèi)能增大，但物體的體積不一定變大（比如水的反常膨脹），物體的比熱容與溫度無關(guān)。3D。設(shè)周圍環(huán)境溫度為，的溫度分別為，。設(shè)熱源的發(fā)熱功率為，三個區(qū)域的熱傳導功率為。則對，三個區(qū)域組成系統(tǒng)，系統(tǒng)總的發(fā)熱功率等于區(qū)域向環(huán)境的散熱功率，即，解得，即同理，對，組成的系統(tǒng)而言，有，解得，即；最后對區(qū)域，有，解得，。因此，選項正確。4A。時間內(nèi)熱源向處傳遞的熱量，等于處向熱源傳遞的熱量。設(shè)處溫度為，則有，代入數(shù)據(jù)得，解得，選項正確。5.67，。設(shè)暖氣片溫度為，房間外溫度

17、為，由題意及題給數(shù)據(jù)，可得，解得，。6ACD。加熱相同時間，則甲、乙吸收熱量相同，即，由圖可知，因此，可知選項正確。7C。設(shè)合金比熱容為，溫度升高，則合金吸收的熱量為，合金吸收的熱量等于各組分吸收熱量之和，有，解得。8D。電爐通電后，是電流做功改變了電熱絲的內(nèi)能。9D。冰箱里的制冷劑是一種既容易汽化又容易液化的物質(zhì)；工作時電動壓縮機使制冷劑蒸氣壓縮而液化，制冷劑被壓入冰箱外的冷凝器管里并將熱量放出；冷凝器里的液態(tài)制冷劑經(jīng)過一段很細的毛細管進入冰箱內(nèi)冷凍室的管子里，在這里迅速汽化，從冰箱的內(nèi)部吸收熱量，使冰箱內(nèi)部的溫度降低。10C。任何物體都具有內(nèi)能，物體的內(nèi)能和溫度、質(zhì)量體積狀態(tài)等多種因素有關(guān)，同一物體，溫度越高，內(nèi)能越大。物體的內(nèi)能與物體本身的機械能無關(guān)。11A。將裝有20水的試管插入80的水中，試管底部的水溫度升高后，會由于對流而上升，加熱較快；用時較短；將裝有80水的試管插入20的水中，試管底部的水降低溫度后，仍在下面，主要通過傳導傳熱，因為水是熱的不良導體，傳熱較慢，用時較長。因此本題正確選項為。12B。水和水銀的初溫相同（即兩球的初溫相同）當兩液體溫度同時緩緩地升高同一值時，兩者的末溫相同，吸收的熱量除了使球內(nèi)能增加相同的值外，球由于體積膨脹