文档内容
专题 11 内能和热量相关实验
【知识储备】
一、 探究物质的比热容实验
1. 实验方法有控制变量法、转换法
(通过温度变化快慢来反映吸热能力的强弱)。
2. 实验液体的选择:质量相同的不同
液体。
3. 选择相同的热源目的是: 以保证相
同加热时间释放的热量相同
4. 使用电加热器代替酒精灯的好处:
易于控制产生热量的多少。
5. 实验中不断搅拌的目的:使液体受热均匀。
6. 描述物体吸热能力的物理量是比热容。
7. 结论:相同质量的不同物体，吸收相同的热量后升高的温度不同，比热容大的升高
的温度低.
8. 做哪些实验还能用的此实验器材?答:水的沸腾实验，焦耳定律(探究电流产生的热
量与哪些因素有关)。
二、 探究相等质量不同燃料燃烧放热实验
1. 热值(q): 1kg 某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值;热值单位是: J/kg。
2. 燃料燃烧放出热量:Q放 =mq; (Q 是燃料放出的热量，单位是J; q是热值，单位是
J/kg; m是质量，单位是kg。)
3. 对于热值的概念，要注重理解三个关键词:“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。
1kg 是指燃料的质量，如果燃料的质量不是 1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热
值的数值，某种燃料是指热值与燃料的种类有关:完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1 kg
燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。
4. 热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转
变成内能的本领大小;也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的
形态、质量、体积等均无关。
【专题突破】
1．在比较水和煤油比热容大小的实验中，小民取了两只相同的烧杯，且在烧杯里分别装入质量和
初温都相同的水和煤油。他用两个完全相同“电热棒”给它们加热，并记录得到了下表中的实验数据，请你回答下列问题。
加热时间t/min 0 1 2 3 4 5 6 7
水的温度T水/℃ 20 22 24 26 28 30 32 34
煤油的温度T煤油/℃ 20 24 28 32 36 40 44 48
（1）小民用两个相同的电热棒加热水和煤油的目的是为了使水和煤油在相同的时间内 吸收的
热量 相同；
（2）分析表格中的数据可以得出结论：当 水和煤油的质量和升高的温度 一定时，水吸收的
热量比煤油多；
（3）图是小民根据实验数据画出的图象，其中 a 表示的是煤油吸热升温的情况（选填“a”
或“b”）。
【解答】解：（1）实验中两个同样的电热棒加热，在相同时间内放出的热量相等，从而保证水
和煤油在相同的时间内吸收的热量相同。
（2）分析表格中的数据可以得出结论：当水和煤油的质量和升高的温度一定时，水的加热时间
比煤油的加热时间长，说明水吸收的热量比煤油多。
（3）选同样的加热时间（水和煤油吸热相同），如t＝3min，△t ＞△t ，所以b表示的是水吸
a b
热升温情况，a表示煤油吸热升温的情况。
故答案为：（1）吸收的热量；（2）水和煤油的质量和升高的温度；（3）a。
2．为了探究相同质量的不同物质在升高相同温度时，吸收热量的多少是否相同，某实验小组取相
同质量的水和煤油放入两个相同的容器中，用同样的热源分别对它们加热，比较它们升高相同
温度时吸收热量的多少，实验装置如图所示。
液体 液体 液体初温t /℃ 液体末温t /℃ 加热
1 2
名称 质量 时间
m/g t/min
煤油 200 20 30 6
水 200 20 30 12
（1）加热时，某一时刻甲图中的温度计示数如图丙所示，则此时煤油的温度是 2 6 ℃ 。
（2）本实验是通过 加热时间 （选填“温度变化”或“加热时间”）来判断液体吸热多少的（3）分析表中实验数据可得：相同质量的不同种物质，升高相同的温度，吸收的热量 不同
（选填“相同”或“不同”）， 水 的吸热本领更强（选填“水”或“煤油）。
【解答】解：（1）加热时，某一时刻甲图中的温度计示数如图丙所示，温度计的分度值为
2℃，则此时煤油的温度是26℃。
（2）我们使用相同的酒精灯通过加热时间的长短来比较吸热多少，这种方法叫转换法；本实验
是通过加热时间来判断液体吸热多少的。
（3）分析表中实验数据可得：相同质量的不同种物质，升高相同的温度，水加热时间长，水吸
收的热量多，即吸收的热量不同；
因相同质量的水和煤油升高相的温度，水吸热多，由吸热能力的方法，故水的吸热本领更强。
故答案为：（1）26℃；（2）加热时间；（3）不同；水。
3．用图甲所示装置探究水和煤油的吸热能力。
（1）应按照 自下而上 （选填“自上而下”或“自下而上”）的顺序组装实验器材：玻璃棒
的作用是 使物质受热均匀 。
（2）实验用水和煤油的 质量 （选填“体积”或“质量”）相同；通过 加热时间 （选
填“温度计示数”或“加热时间”）来反映水和煤油吸热的多少。
（3）图乙是根据实验数据作出的水和煤油的温度随时间变化图象。由图象可知 水 的吸热能力强；已知水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），则煤油的比热容是 2.1×1 0 3 J/（kg•℃）。
【解答】解：（1）因要用酒精灯的外焰加热，故应按照自下而上的顺序组装实验器材，确保一
次器材调试到位；玻璃棒的作用是使物质受热均匀，提高温度测量的准确性。
（2）我们使用相同的酒精灯通过加热时间的长短来比较吸热多少，这种方法叫转换法；比较物
质吸热能力的2种方法：使相同质量的不同物质升高相同的温度，比较吸收的热量（即比较加热
时间），吸收热量多的吸热能力强；或使相同质量的不同物质吸收相同的热量（即加热相同的
时间），比较温度的变化，温度变化小的吸热能力强。故实验用水和煤油的质量相同（水和煤
油密度不同，根据m＝ V，相同体积的两种物质质量不同）；根据转换法，通过加热时间来反
映水和煤油吸热的多少。ρ
（3）根据图乙水和煤油的温度随时间变化图象知，升高 3℃，煤油用时30s，水用时60s，水的
加热时间长，故水的吸热能力强；
由转换法，升高3℃煤油吸热是水的0.5倍，根据Q＝cmΔt，在质量和升高温度相同的情况下，
吸收热量与比热容成正比，则煤油的比热容为：
c＝0.5×4.2×103J/（kg•℃）＝2.1×103J/（kg•℃）。
故答案为：（1）自下而上；使物质受热均匀；（2）质量；加热时间；（3）水；2.1×103。
4．图甲是探究“比较不同物质吸热的情况”的实验装置中招君独家
（1）在两个相同的烧杯中分别装有质量、初温都 相同 （选填“相同”或“不同”）的水和
食用油，用两盏相同的酒精灯对它们进行加热；
（2）某时刻温度计如图乙，示数为 6 8 ℃；
（3）此实验采用了转换法的思想，用 加热时间的长短 来表示物质吸收的热量。以下实验使
用了相同方法的是： B
A.研究串并联电路的电流特点时，常把电流类比为水流；
B.用电磁铁吸引大头针的多少来判断电磁铁磁性强弱；C.用两个10 的电阻串联替代一个20 的电阻。
（4）图丙是Ω根据测得的数据绘制出水Ω和食用油温度随时间变化的关系图象，由图象可以判断
水 的吸热能力强；
（5）小明把酒精灯换成电加热器，是为了更容易控制相同时间内水和食用油 吸收的热量 相
同。
【解答】解：（1）如图甲所示，在两个相同的烧杯中分别装有质量、初温都相同的水和食用油，
用两个相同的酒精灯对其加热，可以认为单位时间内它们吸收的热量相等；
（2）温度计的分度值是1℃，则此时温度计的示数为68℃；
（3）此实验中采用了转换法的思想，用加热时间的长短来表示物质吸收热量的多少；
A、为了研究不易观察的电流，我们将其与我们较为熟悉的水流进行比较，从而得出电流的一些
特点，这是采用了类比法；
B、用电磁铁吸引大头针的多少来判断电磁铁磁性强弱时，将磁性的强弱转化为吸引大头针的数
目，因此采用了转换法；
C、探究串联电路总电阻的大小时，用一个20欧的电阻代替两个10欧的串联电阻，是采用了等
效替代法；
故选：B；
（4）由图丙可知，吸收相等的热量（即加热时间相同），水升高的温度低，若要使水和食用油
升高到相同的温度，则需要给水加热更长的时间，此时水吸收的热量大于食用油吸收的热量；
（5）选用相同的电加热器目的是：使水和食用油在相同时间内吸收的热量相同。
故答案为：（1）相同；（2）68；（3）加热时间的长短；B；（4）水；（5）吸收的热量。
5．在探究物质的吸热本领实验中，小明将质量相同的甲、乙两种液体分别装入两个完全相同的烧
杯中，分别用两个完全相同的酒精灯同时加热，用两支相同的温度计分别测量烧杯内液体的温
度，液体温度随时间变化关系如图所示。
（1）实验中，记录加热时间有何意义？（2）请你结合图像进行分析，判断哪种液体的吸热本领强；
（3）为了表示物质吸放热的本领，我们引入了一个新的物理量“比热容”。若上面甲、乙两种
液体中，一种液体是水，另一种液体的比热容是 2.1×1 0 3 J/ （ kg •℃） [c 水 ＝
4.2×103J/（kg•℃）]；
（4）我国北方楼房中大多装有“暖气”，一般利用热水循环的方式将燃料燃烧时产生的热量带
到房屋中取暖；汽车发动机工作时产生大量的热量，则需要用水来冷却。用水取暖和用水散热
的好处是 相同质量的水和其它物质比较，降低相同的温度，水放出的热量多 、 相同质量
的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多 ；
（5）水还有一个特殊之处，那就是它的反常膨胀。水的反常膨胀是指什么？
【解答】解：（1）实验中，用加热时间的长短来表示液体吸收热量的多少，这用到了转换法；
（2）根据图象，当升温到7℃时，甲、乙加热的时间分别是6分钟和12分钟，即甲吸收的热量
小于乙吸收的热量，所以乙的吸热能力强；
（3）若甲、乙两种液体中，一种液体是水，当升温到7℃时，甲、乙加热的时间分别是6分钟
Q
和12分钟，甲吸收的热量是乙吸收热量的一半，所以乙是水，根据 c= ，在质量和升高的
mΔt
1
温度相同时，吸收的热量与比热容成正比，则另一种液体的比热容是 ×4.2×103J/（kg•℃）＝
2
2.1×103J/（kg•℃）；
（4）因为水的比热容大，用水取暖的原因是相同质量的水和其它物质比较，降低相同的温度，
水放出的热量多；
用水散热的好处是相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多；
（5）水具有反常膨胀的特性：在0～4℃时，随着温度的升高，水的体积减小。
故答案为：（1）用加热时间的长短来表示液体吸收热量的多少；（2）乙的吸热能力强；（3）
2.1×103J/（kg•℃）；（4）相同质量的水和其它物质比较，降低相同的温度，水放出的热量多；
相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多；（5）在0～4℃时，随着温
度的升高，水的体积减小。
6．科学探究是物理学科的重要组成部分。下面是物理兴趣小组对“热学”的一些探究，第一小组
进行“探究水沸腾时温度变化的特点”的实验，如图。（1）图甲是同学们组装的实验装置，安装温度计时玻璃泡接触到烧杯底部，此时应适当将 A
处向上 （选填“A处向上”或“B处向下”）进行调整；
（2）实验前，向烧杯中倒入热水而不是冷水，这样做是为了 缩短从加热至沸腾的时间 。
（3）图乙、丙是同学们在实验中观察到的两种不同的实验现象，其中图 乙 是水沸腾时的情
况；
（4）根据实验数据绘制出温度随时间变化的关系如图丁所示。分析该图像可知水的沸点是
97 ℃ ，水沸腾时的特点是 继续吸热，温度保持不变 。
第二小组进行“探究不同物质吸热规律”的实验，如图。
（5）两个相同的烧杯中装有 质量 相同且初温相同的水和煤油，用相同的酒精灯对它们加热
（6）根据实验数据，小红作出了水和煤油的温度随加热时间变化的图像（见图乙），由图乙可
知，杯中的水和煤油，升高相同的温度时，吸收的热量 不相同 （选填“相同”或“不相
同”）， 水 （选填“水”或“煤油”）吸热能力更强。实验完成后，酒精灯中剩余酒精的
热值 不变 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
【解答】解：（1）由于温度计的玻璃泡碰到了烧杯底，需要将温度计向上调整，即将A处向上
调整；
（2）实验前，向烧杯中倒入热水而不是冷水，这样可以提高水的初温，缩短将水加热至沸腾所
用的时间；
（3）水在沸腾前，底部温度较高，底部少部分水汽化为水蒸气冒出时，一部分水蒸气上升过程
中遇到上层温度较低的水，放热液化，所以气泡变小，因此图丙是沸腾前的情况；水沸腾时，容器中不同深度水温相同，不同部位的水都会汽化为水蒸气，气泡上升过程中变大，故图乙是
沸腾时的情况；
（4）由图象可知，水的沸点是97℃，且水在沸腾过程中，继续吸收热量但温度保持不变；
（5）实验采用了控制变量法，两个相同的烧杯中应装质量相同且初温相同的水和煤油；
（6）根据作出的水和煤油的温度随加热时间变化的图象可知，杯中的水和煤油，升高 60℃﹣
30℃＝30℃时，煤油加热4分钟，水加热8分钟，由转换法，水吸收的热量多，实验表明水吸热
的能力更强；
热值是燃料的一种特性，不随质量的改变而改变，故酒精灯中剩余的酒精热值不变。
故答案为：（1）A 处向上；（2）缩短从加热至沸腾的时间；（3）乙；（4）97℃；继续吸热，
温度保持不变；（5）质量；（6）不相同；水；不变。
7．如图，在探究“不同物质吸热能力”的实验中：
（1）某同学在两个相同的烧杯中加入初温相同、液面等高的水和煤油如图甲所示。同组的同学
立即指出了其中的问题，你认为问题是 未控制水和煤油的质量相同 。
（2）纠正错误后进行实验得出了水和煤油温度随时间变化如图乙所示，根据图乙可判断冬季取
暖应选用物质 a （选填a或b）；
（3）给质量同为100g的液体甲和水加热，它们的温度随时间的变化关系如图丙所示，据此判断
液体甲的比热容为 2.1×1 0 3 J/（kg•℃）；
（4）为了比较酒精和碎纸片的热值，小明设计了如图丁所示实验，实验中除所用两个烧杯及水的初温相同外，还需控制相同的量有：水的质量和 酒精和碎纸片的质量 。实验通过比较
升高的温度 （选填“加热时间”或“升高的温度”）来确定酒精和碎纸片燃烧放出热量的多
少。
（5）通过（4）实验得到的燃料热值与实际相比会偏 小 （填“大”或“小”），其原因可
能是 燃料没有完全燃烧且燃烧放出的热量没有全被水吸收 。
【解答】解：（1）实验是探究不同物质的吸热能力，所以要保持水和煤油的质量相同，而题目
中是在两个相同的烧杯中加入液面等高的水和煤油，没有控制水和煤油的质量相等；
（2）水和煤油相比，水的比热容较大，同样受热的情况下，温度变化较慢，由乙图知，a为水，
b为煤油；
若相同质量的a和b升高相同的温度，a吸收热量更多，a的吸热能力更强；所以冬季取暖应选
用的物质是a；
（3）由图象可知：用两个相同的电热器给质量相同的物质甲和水加热，水温度升高 60℃需要
20min，物质甲温度升高60℃需要10min。
所以质量相同的物质甲和水升高相同的温度需要吸收的热量关系为：Q水吸 ＝2Q甲吸 。
Q
由热量计算公式Q＝cmΔt得：c= ，
mΔt
所以c水 ＝2c甲 ，
又因为c水 ＝4.2×103J/（kg•℃），
所以c甲 ＝2.1×103J/（kg•℃）；
（4）实验时为了控制变量，应用天平分别测出等质量的酒精和碎纸屑，将其放入装置中的燃烧
皿内，并使用相同的容器中放入质量和初温相同的水；
因燃料的热值不能直接测量，但燃料燃烧放出的热量可以被水吸收，从而使水温发生变化；所
以可以通过温度计示数的变化（烧杯内水升高的温度）来比较酒精和碎纸片燃尽放出热量的多
少，从而比较它们热值的大小关系。
（5）因为烧杯、空气也吸收热量，并且燃料不可能完全燃烧，所以测得的热值会偏小。
故答案为：（1）未控制水和煤油的质量相同；（2）a；（3）2.1×103；（4）酒精和碎纸片的质
量；升高的温度；（5）燃料没有完全燃烧且燃烧放出的热量没有全被水吸收。
8．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同．燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量、初始
温度都相同，当燃料燃烧完时（烧杯内的液体均未沸腾），立即读取相应温度计的读数，分别
为T甲 、T乙 和T丙 ，且有T甲 ＞T乙 ＞T丙 ．（1）比较不同物质的比热容，应选择 甲丙 两图进行实验，液体a的比热容c 与液体b的比
a
热容c 相比，有c ＜ c （选填“＞”、“＝”或“＜”）；
b a b
（2）比较不同物质的热值，应选择 甲乙 两图进行实验，燃料1的热值q 与燃料2的热值
1
q 相比，有q ＞ q （选填“＞”、“＝”或“＜”）；
2 1 2
（3）若在燃料燃烧完前，甲图中的液体a已处于沸腾状态，且燃料燃烧完时温度计读数仍然为
T甲 ＞T乙 ＞T丙 ，液体b没有沸腾，则c
a
＜ c
b
（选填“＞”、“＝”、“＜”或“无法判
断”）；
（4）在甲装置中，若燃料为酒精，烧杯内的液体是质量为 200克的水，点燃燃料直至燃烧完，
温度计的示数由20℃上升到70℃，再结合“10g”燃料这一数据，计算出燃料的热值，通过实验
算出的热值与实际相比 偏小 （填“偏大”或“偏小”），理由是 存在热量损失 。
【解答】解：
（1）为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量相同，
通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断两种比热容的大小关系，应选择甲、丙两图进
行实验；
甲、丙所示实验中所用燃料种类与质量相同，相同时间内燃料燃烧释放的热量相等，烧杯中的
液体吸收的热量相等，则Q ＝Q ，
a b
又知甲、丙两实验烧杯中液体的初温相等，末温T甲 ＞T丙 ，则△t甲 ＞△t丙 ，即△t
a
＞△t
b
，
Q
由Q＝cm△t可知，c= ，所以c ＜c 。
a b
m△t
（2）为了比较热值大小，要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计
的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择甲、乙两图进行实验；由题意在，甲、
乙两实验烧杯中液体的初温相等，末温T甲 ＞T乙 ，则△t甲 ＞△t乙 ，
由图甲、乙所示实验可知，两烧杯中的液体种类即比热容c、质量m都相等，由热量公式Q＝
cm△t可知，
Q甲 ＞Q乙 ，燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则燃料释放的热量Q
1
＞Q
2
，由于甲、乙两实验所使用的燃料质量m相同而种类不同，由Q＝mq可知，q ＞q 。
1 2
（3）由题意知，在燃料燃烧完前，甲图中的液体 a已处于沸腾状态，且燃料燃烧完时温度计读
数为：T甲 ＞T乙 ＞T丙 ，
液体b没有沸腾，甲、丙所示实验所用燃料相同，则吸收相等的热量时，a液体升高的温度大于
b液体升高的温度，
a、b两液体质量相同，由热量公式Q＝cm△t可知，甲液体a的比热容小于液体b的比热容。
（4）因为存在热散失，燃料燃烧放出的热量没有全部被水吸收，所以测得的热值会偏小。
故答案为：（1）甲丙；＜；（2）甲乙；＞；（3）＜；（4）偏小；存在热量损失。
9．根据能量转化与守恒定律，在与外界没有热传递的条件下，物体内能的增加量与外界对物体做
功多少相等。为了验证此规律，某兴趣小组设计了如图所示的实验：在容器里装一定质量的水，
中间装上带有叶片的转轴，转轴上绕上绳子，绳子另一端通过滑轮与一重物相连；当重物下降
时，绳子拉动转轴转动，带动叶片旋转，使容器里的水温度升高，结合水的比热计算出水增加
的内能，以此验证水的内能增加量与重物的重力做功多少是否相等。
（1）为了完成此实验，除已提供测质量的电子天平外，还需要的测量工具有： 刻度尺 、
温度计 。
（2）兴趣小组在实验过程中发现，水内能的增加量小于重物做功的大小，请写出造成这种现象
的一种原因： 滑轮存在摩擦 。
（3）改进实验后，获得了如下数据，规律得到验证。
实验 重物质量 下降高度 升高温度 实验 重物质量 下降高度 升高温度
序号 （kg） （m） （℃） 序号 （kg） （m） （℃）
1 20 5 0.5 4 10 10 0.5
2 20 10 1.0 5 30 10 1.5
3 20 15 1.5 6 40 10 2.0
若使容器内相同质量水的温度升高2.5℃，则25kg的重物需下降 2 0 m。
（4）若已知容器中水的质量是0.2kg，计算第二次实验中，当重物下降，重物的重力做功转化
为水的内能增加的效率。【解答】解：（1）实验中应需要用刻度尺测量重物下降的高度、用温度计水升高的温度；
（2）在实验的过程中，由于滑轮存在摩擦、液体会散热等情况，使得水内能的增加量小于重物
做功的大小；
（3）由实验可知，20kg的重物高度下降5m，水温升高0.5℃，即1kg的重物高度下降1m，水
温升高0.005℃，则有25kg的重物高度下降1m，水温升高0.125℃，要使水温升高2.5℃，根据
比例可知需要下降的高度为20m；
（4）重物的重力：G＝mg＝20kg×10N/kg＝200N，
重物的重力做功：W＝Gh＝200N×10m＝2000J；
水增加的内能为：Q＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×0.2kg×1.0℃＝840J。
Q 840J
重物的重力做功转化为水的内能增加的效率： = = ×100%＝42%。
W 2000J
η
故答案为：（1）刻度尺、温度计；（2）滑轮存在摩擦；（3）20；（4）第二次实验中，当重
物下降，重物的重力做功转化为水的内能增加的效率为42%。
