初中物理中烧水问题

初中物理中的烧水问题

江苏省扬州市邗江区杭集中学 225111

初中物理中,特别是学过热学以后,在计算题中,我们会经常碰到烧水的问题。其实烧水问题很简单,根据热平衡方程q吸=q放可知,水需要吸收多少热量(q吸),我们就提供多少热量(q放)就行了。虽然解题思路很简单,但命题者命题的形式却比较多,可以将这类问题跟热学、电学等联系起来进行命题。总体而言笔者认为,命题者可以从以下三个方面进行命题。

1.用太阳能烧水

【例】某物理兴趣小组为了探究水吸收太阳能的本领,做了如下实验:在一个水盆内装入6kg水,水的表面积为0.12,在太阳光下垂直照射15min后,水温升高了5℃(水的比热容为4.2×10

j/(kg.℃))。

(1)实验时,6kg水在15min内吸收了多少热量?

(2)1㎡水面平均每分钟吸收的热量是多少焦?

解析:(1)6kg水,温度升高了5℃,吸收的热量可利用公式q吸=cm △t

求出:(2)第1问中求出的热量是0.1m2面积上15min吸收的热量,除以面积、时间就可以得到每平方米面积上每分钟吸收的热量。

解:(1)q吸= cm△t=4.2×103×6×5j=1.26×105j

(2) △q=q吸st=1.26×105j/0.1㎡1.5min=8.4×10

4j/(㎡min)

【练习】森林是一个巨大的天然氧吧,因为绿色植物在光合作用下可以放出大量的氧气,小明同学为了测量地球表面植物吸收太阳能的本领,做了如下实验:用一个脸盆装5kg的水,水面的表面积为

0.1m2,经太阳垂直照射10min,温度升高了5℃,请计算:

(1)实验时5kg水吸收了多少热量?

(2)若地表植物接收太阳能的能力与水相等,则每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少j?

(3)1002的绿地可以放出多少l的氧气?(若绿色植物在光合作用下每吸收10 j的太阳能可以放出0.05l氧气)

2.用化学能烧水

【例】小洋家煮饭、烧水使用的是管道天然气,已知天然气的热值为8.4×107j/m 3 ,放出的热量有50%被有效利用,现要将质量为4kg初温为25℃的水加热到100℃,求需要完全燃烧多少天然气?

解析:4kg水温度从25℃升高到100℃吸收的热量可由q吸=cm△t 求出,要注意“升高到”与“升高了”的问题,水吸收的热量是由燃烧天然气提供的(其中还存在热效率问题),天然气放热可由q放= ηuq求出:

解:q吸= q放

c水m水△t=ηvq

4.2×103×4×75j=0.5×v×8.4×107j

v=0.03m 3

【练习】博爱中学为了给学生供应开水,用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃,消耗了6kg的无烟煤,已知水的比热容是4.2×103j/(kg℃),无烟煤的热值是3.4×107j/kg,问:

(1) 锅炉内200kg水吸收了多少热量?

(2) 完全燃烧6kg无烟煤放出的热量是多少?

(3) 为什么水吸收的热量小于无烟煤完全燃烧放出的热量?

3.用电能烧水

【例】在一次课外活动中,某同学对家用电器进行了相关的观察和研究,他以一台电磁炉为观察研究对象,记录了有关数据,如下表:

观察对象有关记录和相关活动

观察电磁炉铭牌u额=220v,p额=1kw

观察电能表铭牌220v10(40)a 50hz 2000r/(kwh)

用电磁炉加热一壶水,水的质量m=2kg,初温t=30℃关闭家里其他用电器,只将电磁炉接入电路烧水,观察电能表,表盘5min内转了150r,此时用温度计测量水温为50℃

请你就这位同学在活动中获得的有关资料,求解或提出有关问题。

(1)加热5min水所吸收的热量

(2)电磁炉工作5min消耗的电能

(3)电磁炉的功率

(4)请你将(3)的求解结果与这位同学在活动中的有关数据进行比较,发现了什么新问题?并解释原因。

解析:(1)水吸收的热量可由q吸=cm△t求出,(2)电磁炉5min中消耗的电能根据电能表铭牌200 r/(kwh)和5min内转了150r可求出:

解:(1)q吸=cm△t=4.2×103×2×(50-30)j=1.68×10 j

(2)w=150r/200r×3.6×106j=2.7×105j

(3)p=w/t=(2.7×10 5)/5×60s=900w

(4)数据计算结果小于理论值,可能是当时电压小于220v,电磁炉未在额定电压下工作。

【练习】小明家新购置了一台电热水器,电热水器的铭牌如图所示,若自来水的温度为20℃,加满水后,小时将温控开关调到60℃位置,接通电源,加热指示灯亮;达到设定温度时,加热指示灯熄灭,请你帮小明解答下列问题。

(1)加热指示灯从亮到灭的过程中,热水器的水一共吸收了多少热量?

(2)电热水器正常工作时,其发热电阻丝中电流多大?电阻多大?

(3)若晚间用电高峰,电路上实际电压只有198v,热水器加热的效

率为80%,从接通电源到指示灯熄灭需多少时间?(c水=4.2×10

3j(kg℃),不考虑电阻心有温度变化)

贮水式电热水器

型号:v-50 额定压强:0.6mpa

额定电压:220v 额定频率:50hz 额定功率:2200w 防水等级:△a 收稿日期:2010-03-17