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14（2025南通）小明用电水壶烧水给爷爷奶奶泡茶.该壶保温性能较好,烧水时壶会吸收一些热量.在壶中装入500 mL的水,加热至沸腾,用时2 min.水用完后,他又在壶中装入1 000 mL的水,加热至沸腾,所需时间最有可能的是（
A.2 min
B.4 min
C.大于2 min且小于4 min
D.大于4 min
C
）A.2 min
B.4 min
C.大于2 min且小于4 min
D.大于4 min
答案
14. C
解析
【分析】要判断加热时间，需结合电水壶烧水时的能量消耗情况：消耗的电能一部分用于水升温吸热，一部分用于壶升温吸热，还有部分热量散失到外界。水的体积从500mL变为1000mL，质量变为原来的2倍，升高到沸点的温度差相同，因此水需要吸收的热量约为原来的2倍。若仅考虑水吸热，加热时间应为原来的2倍（即4min），但实际中壶会吸热且存在散热，当水的质量增加，加热时间变长，壶吸热和散热的增加量小于水吸热增加量对应的电能，因此总时间大于2min且小于4min。
【解析】设电水壶功率为P，500mL水的质量为m，升高温度Δt，水吸热$Q_{水}=cmΔt$，加热消耗电能$W_1=Pt_1=Q_{水}+Q_{壶}+Q_{散}$（$Q_{壶}$为壶吸热，$Q_{散}$为散热）；1000mL水质量为2m，水吸热$Q_{水}'=c·2m·Δt=2Q_{水}$，加热消耗电能$W_2=Pt_2=Q_{水}'+Q_{壶}'+Q_{散}'$。若$t_2=4min$，则$W_2=2Pt_1=2W_1=2Q_{水}+2Q_{壶}+2Q_{散}$，对比$W_2$的表达式：水质量增加后，加热时间更长，壶吸热$Q_{壶}' ＞ Q_{壶}$，散热$Q_{散}' ＞ Q_{散}$，但由于保温性能较好，$Q_{壶}'+Q_{散}' ＜ 2(Q_{壶}+Q_{散})$，因此$W_2=2Q_{水}+(Q_{壶}'+Q_{散}') ＜ 2Q_{水}+2Q_{壶}+2Q_{散}=2W_1$，即$Pt_2 ＜ 2Pt_1 → t_2 ＜ 2t_1=4min$，同时$t_2 ＞ t_1=2min$，故时间在2min到4min之间。
【答案】C
【知识点】热量计算、电功与电热
【点评】本题联系生活实际，考查对能量分配的理解，需避免仅用理想模型（忽略壶吸热和散热）的错误，注重实际情况的分析，难度中等。
【难度系数】0.5
【解析】设电水壶功率为P，500mL水的质量为m，升高温度Δt，水吸热$Q_{水}=cmΔt$，加热消耗电能$W_1=Pt_1=Q_{水}+Q_{壶}+Q_{散}$（$Q_{壶}$为壶吸热，$Q_{散}$为散热）；1000mL水质量为2m，水吸热$Q_{水}'=c·2m·Δt=2Q_{水}$，加热消耗电能$W_2=Pt_2=Q_{水}'+Q_{壶}'+Q_{散}'$。若$t_2=4min$，则$W_2=2Pt_1=2W_1=2Q_{水}+2Q_{壶}+2Q_{散}$，对比$W_2$的表达式：水质量增加后，加热时间更长，壶吸热$Q_{壶}' ＞ Q_{壶}$，散热$Q_{散}' ＞ Q_{散}$，但由于保温性能较好，$Q_{壶}'+Q_{散}' ＜ 2(Q_{壶}+Q_{散})$，因此$W_2=2Q_{水}+(Q_{壶}'+Q_{散}') ＜ 2Q_{水}+2Q_{壶}+2Q_{散}=2W_1$，即$Pt_2 ＜ 2Pt_1 → t_2 ＜ 2t_1=4min$，同时$t_2 ＞ t_1=2min$，故时间在2min到4min之间。
【答案】C
【知识点】热量计算、电功与电热
【点评】本题联系生活实际，考查对能量分配的理解，需避免仅用理想模型（忽略壶吸热和散热）的错误，注重实际情况的分析，难度中等。
【难度系数】0.5
15 如图所示,小华利用甲、乙、丙三图中完全相同的装置,探究“不同物质吸热升温的现象”及“燃料燃烧放出的热量”两个实验.
(1) 比较不同燃料的热值:应选择
(2) 比较不同物质吸热升温的特点:应选择
(3) 三幅图中烧杯中液体的质量
(4) 若图甲烧杯中为500 mL的水,若10 g酒精燃烧后放出的热量全部被水吸收时,温度计示数升高了20 ℃,水的比热容为$4.2×10^3 J/(kg·℃)$,则酒精的热值是
(5) 实验完成后,小华用相同的加热装置分别对质量为0.3 kg的水和0.7 kg的另一种液体进行加热,实验数据如图丁所示.另一种液体比热容为
(1) 比较不同燃料的热值:应选择
甲、丙
两图进行实验;燃料完全燃烧放出的热量,是通过温度计上升示数
(填“温度计上升示数”或“加热时间”)来反映的.(2) 比较不同物质吸热升温的特点:应选择
甲、乙
两图进行实验;不同物质吸热的多少是通过加热时间
(填“温度计上升示数”或“加热时间”)来反映的.(3) 三幅图中烧杯中液体的质量
均要
(填“均要”或“不一定都要”)相同.(4) 若图甲烧杯中为500 mL的水,若10 g酒精燃烧后放出的热量全部被水吸收时,温度计示数升高了20 ℃,水的比热容为$4.2×10^3 J/(kg·℃)$,则酒精的热值是
$4.2×10^6$
J/kg,实际由于酒精未完全燃烧及热量散失,这种方法测出的燃料热值与实际相比偏小
(填“偏大”“偏小”或“一样”).(5) 实验完成后,小华用相同的加热装置分别对质量为0.3 kg的水和0.7 kg的另一种液体进行加热,实验数据如图丁所示.另一种液体比热容为
$0.9×10^3$
J/(kg·℃).[$c_{水}=4.2×10^3 J/(kg·℃)$]答案
15.（1）甲、丙 温度计上升示数 （2）甲、乙 加热时间 （3）均要 （4）$4.2×10^6$ 偏小 （5）$0.9×10^3$
解析
【分析】
本题围绕“比较不同燃料的热值”和“比较不同物质吸热升温的特点”两个热学实验，需运用控制变量法分析实验设计，结合热量公式、热值公式进行计算。
（1）比较燃料热值时，需控制被加热液体的种类和质量相同，改变燃料种类，据此选择装置；燃料放热无法直接观察，通过液体升温反映，利用转换法。
（2）比较物质吸热升温时，需控制燃料相同（保证相同时间放热相同），改变液体种类，吸热多少通过加热时间反映，利用转换法。
（3）控制变量法要求实验中无关变量（液体质量）需保持相同，保证实验准确性。
（4）利用水吸收的热量等于酒精燃烧放出的热量，结合热量公式、热值公式计算；实际中热量散失、燃料未完全燃烧会导致测得的热值偏小。
（5）相同加热装置相同时间提供热量相同，根据热量公式，结合图像中温度变化，代入质量计算另一种液体的比热容。
【解析】
（1）比较不同燃料的热值，应控制被加热液体的种类和质量相同，仅改变燃料种类，故选择甲、丙两图；燃料完全燃烧放出的热量无法直接测量，通过温度计上升示数（液体升温程度）反映，利用转换法。
（2）比较不同物质吸热升温的特点，应控制燃料相同（相同时间内放出的热量相同），仅改变液体种类，故选择甲、乙两图；相同装置加热相同时间，液体吸收的热量相同，因此吸热多少通过加热时间反映，利用转换法。
（3）根据控制变量法，两个实验中烧杯内液体的质量均要相同，才能保证实验变量唯一，结果准确。
（4）水的体积$V=500\ \mathrm{mL}=500\ \mathrm{cm}^3$，质量$m_{\mathrm{水}}=\rho V=1\ \mathrm{g/cm}^3×500\ \mathrm{cm}^3=500\ \mathrm{g}=0.5\ \mathrm{kg}$，水吸收的热量$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.5\ \mathrm{kg}×20\ \mathrm{℃}=4.2×10^4\ \mathrm{J}$；酒精完全燃烧放出的热量$Q_{\mathrm{放}}=Q_{\mathrm{吸}}=4.2×10^4\ \mathrm{J}$，酒精的热值$q=\frac{Q_{\mathrm{放}}}{m_{\mathrm{酒精}}}=\frac{4.2×10^4\ \mathrm{J}}{0.01\ \mathrm{kg}}=4.2×10^6\ \mathrm{J/kg}$；实际实验中，酒精未完全燃烧、热量散失到空气中，导致测得的$Q_{\mathrm{放}}$偏小，因此测出的热值与实际相比偏小。
（5）相同加热装置，相同时间内水和另一种液体吸收的热量相同。由图丁，加热$8\ \mathrm{min}$时，水的温度变化$\Delta t_{\mathrm{水}}=25\ \mathrm{℃}-10\ \mathrm{℃}=15\ \mathrm{℃}$，另一种液体的温度变化$\Delta t_{\mathrm{液}}=50\ \mathrm{℃}-20\ \mathrm{℃}=30\ \mathrm{℃}$；已知$m_{\mathrm{水}}=0.3\ \mathrm{kg}$，$m_{\mathrm{液}}=0.7\ \mathrm{kg}$，根据$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t_{\mathrm{水}}=c_{\mathrm{液}}m_{\mathrm{液}}\Delta t_{\mathrm{液}}$，代入数据得：$4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.3\ \mathrm{kg}×15\ \mathrm{℃}=c_{\mathrm{液}}×0.7\ \mathrm{kg}×30\ \mathrm{℃}$，解得$c_{\mathrm{液}}=0.9×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$。
【答案】
（1）甲、丙；温度计上升示数 （2）甲、乙；加热时间 （3）均要 （4）$4.2×10^6$；偏小 （5）$0.9×10^3$
【知识点】
热值、比热容、热量计算、控制变量法
【点评】
本题综合考查热学实验的控制变量法、转换法应用，以及热量与热值的计算，需准确理解实验设计原理，结合图像分析温度变化，是热学的典型实验题，对学生的实验分析和计算能力有一定要求。
【难度系数】
0.5
本题围绕“比较不同燃料的热值”和“比较不同物质吸热升温的特点”两个热学实验，需运用控制变量法分析实验设计，结合热量公式、热值公式进行计算。
（1）比较燃料热值时，需控制被加热液体的种类和质量相同，改变燃料种类，据此选择装置；燃料放热无法直接观察，通过液体升温反映，利用转换法。
（2）比较物质吸热升温时，需控制燃料相同（保证相同时间放热相同），改变液体种类，吸热多少通过加热时间反映，利用转换法。
（3）控制变量法要求实验中无关变量（液体质量）需保持相同，保证实验准确性。
（4）利用水吸收的热量等于酒精燃烧放出的热量，结合热量公式、热值公式计算；实际中热量散失、燃料未完全燃烧会导致测得的热值偏小。
（5）相同加热装置相同时间提供热量相同，根据热量公式，结合图像中温度变化，代入质量计算另一种液体的比热容。
【解析】
（1）比较不同燃料的热值，应控制被加热液体的种类和质量相同，仅改变燃料种类，故选择甲、丙两图；燃料完全燃烧放出的热量无法直接测量，通过温度计上升示数（液体升温程度）反映，利用转换法。
（2）比较不同物质吸热升温的特点，应控制燃料相同（相同时间内放出的热量相同），仅改变液体种类，故选择甲、乙两图；相同装置加热相同时间，液体吸收的热量相同，因此吸热多少通过加热时间反映，利用转换法。
（3）根据控制变量法，两个实验中烧杯内液体的质量均要相同，才能保证实验变量唯一，结果准确。
（4）水的体积$V=500\ \mathrm{mL}=500\ \mathrm{cm}^3$，质量$m_{\mathrm{水}}=\rho V=1\ \mathrm{g/cm}^3×500\ \mathrm{cm}^3=500\ \mathrm{g}=0.5\ \mathrm{kg}$，水吸收的热量$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.5\ \mathrm{kg}×20\ \mathrm{℃}=4.2×10^4\ \mathrm{J}$；酒精完全燃烧放出的热量$Q_{\mathrm{放}}=Q_{\mathrm{吸}}=4.2×10^4\ \mathrm{J}$，酒精的热值$q=\frac{Q_{\mathrm{放}}}{m_{\mathrm{酒精}}}=\frac{4.2×10^4\ \mathrm{J}}{0.01\ \mathrm{kg}}=4.2×10^6\ \mathrm{J/kg}$；实际实验中，酒精未完全燃烧、热量散失到空气中，导致测得的$Q_{\mathrm{放}}$偏小，因此测出的热值与实际相比偏小。
（5）相同加热装置，相同时间内水和另一种液体吸收的热量相同。由图丁，加热$8\ \mathrm{min}$时，水的温度变化$\Delta t_{\mathrm{水}}=25\ \mathrm{℃}-10\ \mathrm{℃}=15\ \mathrm{℃}$，另一种液体的温度变化$\Delta t_{\mathrm{液}}=50\ \mathrm{℃}-20\ \mathrm{℃}=30\ \mathrm{℃}$；已知$m_{\mathrm{水}}=0.3\ \mathrm{kg}$，$m_{\mathrm{液}}=0.7\ \mathrm{kg}$，根据$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t_{\mathrm{水}}=c_{\mathrm{液}}m_{\mathrm{液}}\Delta t_{\mathrm{液}}$，代入数据得：$4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.3\ \mathrm{kg}×15\ \mathrm{℃}=c_{\mathrm{液}}×0.7\ \mathrm{kg}×30\ \mathrm{℃}$，解得$c_{\mathrm{液}}=0.9×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$。
【答案】
（1）甲、丙；温度计上升示数 （2）甲、乙；加热时间 （3）均要 （4）$4.2×10^6$；偏小 （5）$0.9×10^3$
【知识点】
热值、比热容、热量计算、控制变量法
【点评】
本题综合考查热学实验的控制变量法、转换法应用，以及热量与热值的计算，需准确理解实验设计原理，结合图像分析温度变化，是热学的典型实验题，对学生的实验分析和计算能力有一定要求。
【难度系数】
0.5
