Question

12．小強同學在探究“冰熔化時溫度變化的規(guī)律”實驗中．根據(jù)溫度隨時間變化的實驗數(shù)據(jù)描繪了如圖的圖象．請你限據(jù)圖象，回答下列問題：
（1）其中一個實驗小組安裝的實驗裝置如圖所示，該裝置存在的不足是沒有用水浴法對試管加熱，使物質(zhì)受熱不均勻．
（2）冰的熔點是0℃，冰從開始熔化到完全熔化完，經(jīng)歷了3分鐘，圖象BC段的狀態(tài)是固液共存．
（3）圖是其中一個實驗小組畫出的冰熔化時溫度隨時間變化的圖象，請你利用圖象分析說明冰的比熱容小于水的比熱容（假定每分鐘受熱物質(zhì)吸收熱量相等）．答：冰化水后質(zhì)量不變，由圖象可知，加熱相同的時間內(nèi)兩者吸收的熱量相等，
因為相同質(zhì)量的不同物質(zhì)吸收相同的熱量時，溫度變化小的物質(zhì)比熱容大，
所以水溫度的變化小，比熱容大．，根據(jù)圖象可知冰的比熱容是2.1×10³J/（kg•℃）．
（4）還想觀察水的沸騰現(xiàn)象，她繼續(xù)用酒精燈加熱，她能（“能”或“不能”）觀察到試管中水的沸騰現(xiàn)象．
（5）設(shè)冰的質(zhì)量是0.01kg，請計算該物質(zhì)在BC段吸收的熱量1260J．

Answer 1

分析 （1）在研究物質(zhì)熔化的實驗中，使物質(zhì)均勻受熱是關(guān)鍵的步驟，這樣才能保證所觀察的溫度變化更準確，可從這一角度分析實驗裝置中的不足之處；
（2）在熔化圖象中，若有一段時間溫度保持不變，則為晶體，此時的溫度為熔點．
從開始熔化到完全熔化為熔化過程．在熔化之前為固態(tài)；熔化過程中為固液混合態(tài)；完全熔化后為液態(tài)．
（3）因質(zhì)量是物質(zhì)本身的一種屬性、與狀態(tài)無關(guān)可知，冰化水后質(zhì)量不變；每分鐘受熱物質(zhì)吸收熱量相等，根據(jù)冰和水吸收1min相同的熱量溫度的變化判斷水和冰比熱容之間的關(guān)系．
（4）沸騰的條件；達到沸點，不斷吸熱．
（5）由圖可知，從4min到5min升高的溫度是10℃，根據(jù)Q_CD=cm△t可求得水吸收的熱量，由圖可知，冰的熔化時間為3min，冰的熔化過程所用時間為CD的3倍，然后可知該物質(zhì)在BC段吸收的熱量．

解答 解：（1）圖中裝置的缺點是沒有采用水浴法給試管加熱，造成試管受熱不均勻，影響實驗效果；
（2）從圖象上看，在熔化過程中溫度保持0℃不變，所以冰的熔點為0℃，冰從1min開始熔化到4min結(jié)束，熔化過程用了3min．
AB段還沒有開始熔化，因此是冰吸熱升溫過程，BC段為晶體的熔化過程，所以處于固液混合態(tài)，
（3）質(zhì)量是物質(zhì)本身的一種屬性、與狀態(tài)無關(guān)，
所以冰化水后質(zhì)量不變，
由圖象可知，加熱相同的時間（第0～1分鐘和第4～5分鐘）內(nèi)兩者吸收的熱量相等，
因為相同質(zhì)量的不同物質(zhì)吸收相同的熱量時，溫度變化小的物質(zhì)比熱容大，
所以水溫度的變化小，比熱容大．
由Q_吸水=Q_吸冰可知，c_水m△t_水=c_冰m△t_冰，
由圖象可知，△t_水=10℃，△t_冰=0-（-20℃）=20℃，
則c_冰=$\frac{1}{2}$c_水=$\frac{1}{2}$×4.2×10³J/（kg•℃）=2.1×10³J/（kg•℃）．
（4）沸騰的條件；達到沸點，不斷吸熱．試管中的水可以達到沸點，能繼續(xù)吸熱，所以會沸騰
（5）冰熔化成水，質(zhì)量不變，水的質(zhì)量m=0.01kg，
由圖可知，從4min到5min升高的溫度是10℃，
則水吸收的熱量Q_CD=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×0.01kg×10℃=420J，
由圖可知，冰的熔化時間為3min，冰的熔化過程所用時間為CD的3倍，且是同一酒精燈加熱，所以BC段吸收額熱量為CD段熱量的3倍，
即Q_BC=3Q_CD=3×420J=1260J．
故答案為：
（1）沒有用水浴法對試管加熱，使物質(zhì)受熱不均勻；（2）0；3；固液共存；（3）冰化水后質(zhì)量不變，由圖象可知，加熱相同的時間內(nèi)兩者吸收的熱量相等，因為相同質(zhì)量的不同物質(zhì)吸收相同的熱量時，溫度變化小的物質(zhì)比熱容大，所以水溫度的變化小，比熱容大；2.1×10³；（4）能；（5）1260．

點評 本實驗中，對如何合理裝配實驗器材也進行了相關(guān)考查，尤其是如何給物質(zhì)均勻加熱，這是本實驗中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，值得我們在實踐中關(guān)注．