初中物理探究比热容的实验综合题

人类对能源的需求越来越大，世界能源危机日益突出。如何充分利用和开发新能源，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题。6月5日是世界环境日，2010年我国的主题是“低碳减排，绿色生活”。目前，我国在开发、利用太阳能方面发展最快、最具潜力。
(1)你认为利用太阳能有哪些好处？
(2)太阳能路灯已成为许多城镇、乡村的一道靓丽的风景线(如图所示)。太阳能路灯的太阳能电池板一般是由晶体态硅制成的，它能直接把太阳能转化成电能，其主要材料是 (     )

A．磁性材料

B．纳米材料

C．半导体

D．超导体

(3) 太阳能热水器是采用光转化为热的方式利用太阳能的。我国太阳能热水器已走进了千家万户。小明家的太阳能热水器的采光面积是2.1m²。若我市向阳的地方每平方米的面积1h得到的太阳辐射能平均为3×10⁶J，每天接收太阳能的时间以8h计算，热水器能把接收到的太阳能的50%转化成水的内能，则正常情况下，该热水器一天能把150kg、初温为20℃的水加热到多少℃？
(4)为了进一步利用太阳能，人们正在研发太阳能电动车。图是人们研制的太阳能电动三轮车，车子顶部的太阳能电池板将光能转化为电能储存在太阳能电池中，电池再给三轮车的电动机供电。

①小明同学设计的调节电动机转速的简化电路图如图所示，若太阳能电池的电压保持不变，调速电阻的最大阻值为50Ω。闭合开关S，当调速电阻的滑片P滑到最左端时车速最大，此时电流表示数5A，电动机电功率最大为1kW；当调速电阻的滑片P滑到最右端时车速最小，此时电流表示数为1A，求这时电动机的电功率是多少？

②制造太阳能电动三轮车车架有各种不同的新材料，部分材料的技术指标如下表所示：

材料 技术指标	锰钢	铝合金	钛合金	碳纤维
性能（强度）	强	较弱	较强	强
密度（kg·m^-3）	7.910^3	3.010^3	4.510^3	1.610^3

 
若让你设计制造强度高并且轻便的三轮车，你选择表中的哪种材料？若车架的体积约为5×10^-3m³，车架的质量是多大？
(5)今年的世界环境日，我国的主题是：“绿色消费，你行动了吗？”。联系生活实际，谈谈你应如何做？

小红在和妈妈学习做饭的过程中，经常加热油和水，她猜想油的比热容比水小。
⑴能够支持她这一猜想的事实是（    ）
A．同样情况下，油升温比水快
B．油能把食物炸黄，而水不能
C．油能漂在水面上
D．油比水难蒸发
⑵如图，为了验证猜想，小红找来了铁架台、酒精灯、石棉网、烧杯、水、油、搅拌棒、细线、火柴、秒表、温度计，除此之外，她还需要的测量仪器是            。

⑶在同学的帮助下，小红设计了以下实验步骤：
A．在两个同样的烧杯中，分别装入等体积的水和油；
B．用两支温度计分别测出水和油的初温；
C．用相同的酒精灯分别加热相同的时间；
D．用温度计分别测出水和油的末温。
你认为：
①上述步骤中有错误的是步骤      ；（填写字母序号）
②步骤C，加热时间相同是为了使水和油                  。
⑷另一个同学小王则采用了另一种实验方法：用相同的酒精灯分别加热同样多的水和油，至沸腾，实验中只记录了植物油和水沸腾时的温度（油的沸点比水的高）。实验结束时，小王发现油所需的加热时间较长。仔细分析可以看出，小王的实验方法         （选填“能”或“不能”）比较出油和水的比热容的大小关系，原因是                                  。

小明同学为了比较不同物质的吸热情况，在两个相同的烧杯中分别装有质量相同的牛奶、豆浆，用相同的酒精灯和相同的温度计同时进行了如图所示的实验。

（1）本实验中，通过比较　       　的多少来反映物质吸收热量的多少。

（2）本实验中，使牛奶、豆浆　       　的温度，比较吸收热量多少。分析表格数据可知，牛奶吸收的热量　      　（填“大于”“小于”或“等于”）豆浆吸收的热量，这表明　        　的吸热能力强。

（3）为了比较不同物质的吸热能力，物理学中引入　      　来表示不同物质在这种性质上的差异。

名称	质量 $/g$	温度升高 ${10}^{°}\text{C}$加热时间 $/s$	温度升高 ${20}^{°}\text{C}$加热时间 $/s$	温度升高 ${30}^{°}\text{C}$加热时间 $/s$
牛奶	350	260	520	650
豆浆	350	220	330	550

目前人类正在积极开发和利用太阳能，例如太阳能热水器，某一太阳能热水器2h内平均使质量为36kg的水从20℃升高到30℃。
(1)请写出一条太阳能的优点：                                              。
(2)求热水器中水吸收的热量是多少？

2013年1月份全国先后有30个省份遭受雾霾天气侵袭。
（1）雾霾，雾和霾的统称．雾是近地面空气中的水蒸气发生的    现象（填一种物态变化）．雾的形成有两个基本条件．一是近地面空气中的水蒸气含量充沛．二是地面气温较     （填“高”或“低”）．
（2）二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成，颗粒物是加重雾霾天气污染的罪魁祸首．颗粒物的英文缩写为PM，北京监测的是PM2.5，也就是直径小于2.5微米的污染物颗粒．
（3）加重城市雾霾有毒颗粒物来源：首先是汽车尾气，其次是北方到了冬季烧煤供暖所产生的废气，第三是工业生产排放的     ．第四是建筑工地和道路交通产生的扬尘．
（4）灰霾的形成主要是空气中悬浮的大量微粒和气象条件共同作用的结果．其成因有三：①在水平方向静风现象增多，②垂直方向上出现逆温，③空气中悬浮颗粒物的增加．其中静风增多也就是风流经城区时明显减弱，其主要原因是     
A．城市里大楼越建越高    B．城市绿化面积大    C．城市人工湖太多   D．交通发达
（5）雾霾对人的身心健康影响很大，自我防护尤其重要．
第一，雾霾天气     （填“主张”或“不主张”）早晚开窗通风，最好等太阳出来再开窗通风．
第二，如果外出可以戴上口罩，这样可以有效防止粉尘颗粒进入体内，外出归来，应立即清洗面部及裸露的肌肤．
第三，冬季雾多、日照少，由于        （填“红外线”或“紫外线”）照射不足，人体内维生素D生成不足，有些人还会产生精神懒散、情绪低落等现象，必要时可补充一些维生素D．
第四，饮食清淡多喝水．

(10分)阅读短文，回答问题．
空气能热水器
空气能热水器是吸收空气的热量来制造热水的装置．
空气能热水器主要由储水箱、毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器等部件组成，其中，毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器等构成密闭系统，制冷剂在该密闭系统内循环，如图所示．其工作过程如下：

液态制冷剂经过一段很细的毛细管缓慢地进入蒸发器，在蒸发器内迅速汽化．制冷剂汽化生成的蒸气被压缩机压缩后变成高温高压的蒸气进入冷凝器．在冷凝器中，高温高压的蒸气将热量传递给冷水并发生液化．制冷剂依此不断循环流动，使储水箱中水的温度不断上升．空气能热水器有一个很重要的指标是能效比，它是指水箱中的水吸收的热量（Q）与空气能热水器消耗的能量（W）的比值．
下表是某品牌空气能热水器正常工作时的参数．

消耗功率／w	进水温度／℃	出水温度／℃	能效比
840	20	54	3.4

 
（1）制冷剂在   中液化．
（2）在循环过程中，制冷剂流经下列部件时从空气中吸收热量是   ．
A．毛细管         B．冷凝器        C．压缩机           D．蒸发器
（3）水箱中的水温升高，其内能                  ．
（4）制冷剂在循环过程中，其内能的增加的方式是               ．
A．只有做功
B．只有热传递
C．既有做功，又有热传递
D．既不是做功，又不是热传递
（5）该品牌空气能热水器正常工作1h可产生                 kg的热水．[c_水=4.2×10³J/(kg·℃)]

如图a所示，用外力F把一个物体压在竖直的墙壁上使其静止，请画出物体在竖直方向上受力的示意图．

（2）如图b所示，S是烛焰上S点经凸透镜所成的实像，SA是从S点上射向凸透镜的一条任意光线，请画出光线SA经凸透镜折射后的光路图．
（3）工地上搬运砖头的独轮车，车厢和砖头总重力为G=1000N，独轮车的有关尺寸如图c所示．推车时，工人对车把向上的作用力F是　   　N．
（4）投篮时，相对于空中飞行的篮球，篮球框是　   　的．（选填“运动”或“静止”）
（5）一标准大气压下，把质量为500g、初温为20℃的水加热至沸腾，水需要吸收的热量是　   　J．【c_水=4.2×10³J/（kg•℃）

今年的盛夏让身在济南的市民尝到了酷暑的滋味，小明同学了解到造成高温天气的部分原因是由城市的“热岛效应”引起，小明通过进一步的学习，知道引起热岛效应的原因是：
（1）工厂、交通工具等排放大量的      ；
（2）城市建筑材料的      较小在相同的日照下温度上升较快；
（3）城市水少，水蒸发时      热量少；
（4）建筑物较高，难以形成对流．

一个电水壶工作电路如图所示，其中S是温控开关，R₁是电热管，当电水壶处于加热状态时，水被迅速加热，达到预定温度时，S自动切换到另一处，处于保温状态．请解答以下问题：

（1）A、B是两种不同颜色的灯，红色表示加热，黄色表示保温，请你分析A灯为  色；
（2）若壶中有1kg水，初温27℃，把这些水加热到97℃，至少消耗多少电能？
[C_水=4.2×10³J/（kg•℃）]
（3）若在加热状态时，加热管的功率为880W，求R₁阻值（不计指示灯电阻及温度对电阻值的影响）．

如图所示是“探究不同物质吸热升温现象”的实验装置．用同一套装置，先后加热并不断搅拌质量相等的煤油和水．
(1)要完成该探究实验，除了图中所示的器材外，还需要的测量工具有天平和         ．
(2)小明设计的记录数据的表格如下，分析表格可知：他是用            相同比较          的方法来完成探究实验的．

(3)实验结束后，小明查表知道水的比热容为4.2×l0³ J/( kg.℃)，则500g水温度升高20℃吸收的热量是    J；若这些热量由酒精完全燃烧获得，则至少要消耗        g酒精． (酒精的热值为3.0×10⁷ J/kg)
(4)在受太阳照射的条件相同时，内陆地区昼夜温差比沿海地区    ，这是因为干泥土和水相比，    较小。

阅读短文，回答问题．
空气能热水器是吸收空气的热量来制造热水的装置．
空气能热水器主要由储水箱、毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器等部件组成，其中，毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器等构成密闭系统，制冷剂在该密闭系统内循环，如图所示．其工作过程如下：
液态制冷剂经过一段很细的毛细管缓慢地进入蒸发器，在蒸发器内迅速汽化．制冷剂汽化生成的蒸气被压缩机压缩后变成高温高压的蒸气进入冷凝器．在冷凝器中，高温高压的蒸气将热量传递给冷水并发生液化．制冷剂依此不断循环流动，使储水箱中水的温度不断上升．空气能热水器有一个很重要的指标是能效比，它是指水箱中的水吸收的热量（Q）与空气能热水器消耗的能量（W）的比值．
下表是某品牌空气能热水器正常工作时的参数．


（1）制冷剂在       中液化．
（2）在循环过程中，制冷剂流经下列部件时从空气中吸收热量是       ．
A．毛细管                B．冷凝器
C．压缩机                D．蒸发器
（3）水箱中的水温升高，其内能       ．
（4）制冷剂在循环过程中，其内能的增加的方式是       ．
A．只有做功                    B．只有热传递
C．既有做功，又有热传递        D．既不是做功又不是热传递
（5）该品牌空气能热水器正常工作1h可产生        kg的热水．[c_水=4.2×10³J/(kg·℃)]

在比较水和煤油吸热能力的实验中，使用了相同的酒精灯、相同的设备，首先分别对质量相同的水和煤油加热相同的时间，然后分析温度的变化量得出结论，这种实验探究方法叫做　         　，该实验是利用　         　（选填“热传递”或“做功”）的方法来改变水的内能，若被加热水的质量为 $0.2\mathit{kg}$，加热时间长 $5\mathit{min}$，温度升高了 ${50}^{°}\text{C}$，则水吸收的热量是　         　，已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$；若某同学测出了加热前、后酒精灯质量的变化量为 $m$，并利用上面测出的水吸收的热量 $Q$，通过公式 $q=\frac{Q}{m}$计算出了酒精的热值，则该热值与实际酒精的热值相比　        　（选填“偏大”“偏小”或“不变”）

运用知识解决问题：
（1）感冒冲剂在热水中比在冷水中溶解得快，是因为温度越高，分子热运动越____。
（2）请画出入射光线并标出入射角的大小．

（3）某液体的沸腾图象如图所示，该液体的质量为0.2kg，前4min吸收的热量是6．72×10⁴J，则此液体的沸点为     ，比热容为       。

小明和弟弟赤脚跑到水中,发现沙子烫脚,而海水却不热. 弟弟问这是为什么? 小明为了让弟弟明白其中的道理,于是从海边取了一些沙子带回家和弟弟一起进行了探究.
在相同的水杯中分别装上了 100g的水和沙子, 让太阳同时照射, 并用温度计测出它们的温度, 记录的数据如下表所示:

照射时间/min	0	2	4	6	8	10
温度/℃	水	26	26.7	27.5	28.1	28.6	29.0
沙子	26	27.8	30.5	32.1	33.6	33.6

分析实验探究中收集的数据, 得出结论:_____________相同的不同物质, 吸收相同的热量, 升高的温度一般_________________.
小明告诉弟弟, 为了比较不同物质的这种能力的不同, 引入了________这个物理量.
你也学习了热学知识, 请你为小明计算出在这段时间内水吸收了多少热量?

运用知识解决问题：
（1）如图a，投影仪的镜头相当于一个凸透镜，来自投影仪的光通过镜头形成一个_____（“正立”或“倒立”）、放大的实像，为使我们能在前方屏幕上看到像，在镜头的上方安装了一个平面镜，它的作用是．_____
（2）请画出图b中经凸透镜折射后的光线．

（3）一定质量的水从20℃升高到70℃，吸收了4.2×104J的热量，求水的质量是多少？（请写出计算过程）