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23. (1) 在“观察不同物质吸热现象”时，同学们用红外灯同时开始均匀加热质量和初温都相等的沙子和水，装置如图甲。沙子和水吸收热量的多少可通过
(2) 小明认为也可选用质量相同的A、B两种液体按图乙所示的装置进行探究。该探究方案的优点是
(3) 小明作出如图丙所示的图像，分析图像可知，A、B两种液体的比热容之比为
(4) 小明又利用如图丁所示的两套相同装置，分别在两个燃烧皿中放入质量相等的不同燃料，点燃后加热质量相等的水，通过比较燃料
加热时间
（物体升高的温度/加热时间）来比较。(2) 小明认为也可选用质量相同的A、B两种液体按图乙所示的装置进行探究。该探究方案的优点是
用同一热源加热，确保在相等时间内两种液体吸收的热量相等
（写出一个即可）。(3) 小明作出如图丙所示的图像，分析图像可知，A、B两种液体的比热容之比为
$9:4$
。(4) 小明又利用如图丁所示的两套相同装置，分别在两个燃烧皿中放入质量相等的不同燃料，点燃后加热质量相等的水，通过比较燃料
全部燃烧
（燃烧相同时间/全部燃烧）后温度计示数的变化，来判断两种燃料热值的大小。实验数据记录如表所示。根据表中数据，计算出碎纸片的热值是$1.5×10^7$
J/kg。答案
（1）加热时间 （2）用同一热源加热，确保在相等时间内两种液体吸收的热量相等 （3）$9:4$ （4）全部燃烧 $1.5×10^7$
解析
【分析】
本题围绕比热容和热值的探究实验展开，需结合转换法、控制变量法及相关公式解题：
(1) 探究吸热多少时，利用相同热源加热，加热时间越长，吸收热量越多，通过转换法判断吸热多少；
(2) 选用同一热源可保证相同时间内两种液体吸热相等，便于控制变量；
(3) 根据热量公式Q=cmΔt，当质量和吸热相同时，比热容与温度变化成反比，结合图像温度变化比求比热容比；
(4) 热值是燃料完全燃烧放出的热量，需让燃料全部燃烧，再通过水吸热等于燃料放热计算热值。
【解析】
(1) 实验中用红外灯均匀加热，相同时间内热源放出热量相同，因此沙子和水吸收热量的多少可通过加热时间比较，加热时间越长，吸收热量越多，故填加热时间；
(2) 图乙装置用同一热源加热，优点是能确保相等时间内A、B两种液体吸收的热量相等，控制了吸热这一变量，便于实验探究；
(3) 由Q=cmΔt得c=Q/(mΔt)，当A、B质量m相同，吸收相同热量Q时，c与Δt成反比。从图像可知，相同时间（Q相同）内，A的温度变化Δt_A与B的Δt_B之比为4:9，因此比热容之比c_A:c_B=Δt_B:Δt_A=9:4；
(4) 热值的定义是单位质量的燃料完全燃烧放出的热量，因此需比较燃料全部燃烧后温度计示数变化来判断热值大小。根据Q放=Q吸，即m燃料q = c水m水Δt，结合实验数据可计算得碎纸片的热值为1.5×10^7 J/kg。
【答案】
（1）加热时间 （2）用同一热源加热，确保在相等时间内两种液体吸收的热量相等 （3）$9:4$ （4）全部燃烧 $1.5×10^7$
【知识点】
比热容、热值、转换法
【点评】
本题是初中物理热学的典型实验题，考查了转换法、控制变量法的应用，以及比热容、热值的计算，注重实验原理的理解和公式的运用，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕比热容和热值的探究实验展开，需结合转换法、控制变量法及相关公式解题：
(1) 探究吸热多少时，利用相同热源加热，加热时间越长，吸收热量越多，通过转换法判断吸热多少；
(2) 选用同一热源可保证相同时间内两种液体吸热相等，便于控制变量；
(3) 根据热量公式Q=cmΔt，当质量和吸热相同时，比热容与温度变化成反比，结合图像温度变化比求比热容比；
(4) 热值是燃料完全燃烧放出的热量，需让燃料全部燃烧，再通过水吸热等于燃料放热计算热值。
【解析】
(1) 实验中用红外灯均匀加热，相同时间内热源放出热量相同，因此沙子和水吸收热量的多少可通过加热时间比较，加热时间越长，吸收热量越多，故填加热时间；
(2) 图乙装置用同一热源加热，优点是能确保相等时间内A、B两种液体吸收的热量相等，控制了吸热这一变量，便于实验探究；
(3) 由Q=cmΔt得c=Q/(mΔt)，当A、B质量m相同，吸收相同热量Q时，c与Δt成反比。从图像可知，相同时间（Q相同）内，A的温度变化Δt_A与B的Δt_B之比为4:9，因此比热容之比c_A:c_B=Δt_B:Δt_A=9:4；
(4) 热值的定义是单位质量的燃料完全燃烧放出的热量，因此需比较燃料全部燃烧后温度计示数变化来判断热值大小。根据Q放=Q吸，即m燃料q = c水m水Δt，结合实验数据可计算得碎纸片的热值为1.5×10^7 J/kg。
【答案】
（1）加热时间 （2）用同一热源加热，确保在相等时间内两种液体吸收的热量相等 （3）$9:4$ （4）全部燃烧 $1.5×10^7$
【知识点】
比热容、热值、转换法
【点评】
本题是初中物理热学的典型实验题，考查了转换法、控制变量法的应用，以及比热容、热值的计算，注重实验原理的理解和公式的运用，难度适中。
【难度系数】
0.6
24.（新情境·科技民生）我国探索空间的火箭一般使用液氢作为燃料，液氧作为助燃剂。[氢的热值为$1.4×10^8$ J/kg，$c_{水}=4.2×10^3$ J/(kg·℃)，气压为标准大气压]
（1）某火箭发射时携带48 t液氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是多少？
（2）若上述液氢放出的热量有10%被水吸收，能将$2×10^6$ kg、初温为30 ℃的水升高多少摄氏度？
（3）氢能源汽车在我国开始进入研发测试阶段，某次测试中，一辆氢能源汽车以70 kW的功率匀速行驶30 min，发动机的效率是45%，则需要消耗多少千克氢燃料？
（1）某火箭发射时携带48 t液氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是多少？
（2）若上述液氢放出的热量有10%被水吸收，能将$2×10^6$ kg、初温为30 ℃的水升高多少摄氏度？
（3）氢能源汽车在我国开始进入研发测试阶段，某次测试中，一辆氢能源汽车以70 kW的功率匀速行驶30 min，发动机的效率是45%，则需要消耗多少千克氢燃料？
答案
（1）$Q_{放}=qm=1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}×48×10^3\ \mathrm{kg} = 6.72×10^{12}\ \mathrm{J}$
（2）$\Delta t = \dfrac{Q_{放}}{c_{水}m_{水}}=\dfrac{6.72×10^{12}\ \mathrm{J}×10\%}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×2×10^6\ \mathrm{kg}}=80\ \mathrm{℃}$,水的末温 $t_{温}=30\ \mathrm{℃}+80\ \mathrm{℃}=110\ \mathrm{℃}＞100\ \mathrm{℃}$,在标准大气压下,水的沸点是100 ℃,所以水的末温是100 ℃,则水升高的温度 $\Delta t'=100\ \mathrm{℃}-30\ \mathrm{℃}=70\ \mathrm{℃}$
（3）$W=Pt=70×10^3\ \mathrm{W}×30×60\ \mathrm{s}=1.26×10^8\ \mathrm{J}$,$Q=\dfrac{W}{\eta}=\dfrac{1.26×10^8\ \mathrm{J}}{45\%}=2.8×10^8\ \mathrm{J}$, $m'=\dfrac{Q}{q}=\dfrac{2.8×10^8\ \mathrm{J}}{1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}}=2\ \mathrm{kg}$
（2）$\Delta t = \dfrac{Q_{放}}{c_{水}m_{水}}=\dfrac{6.72×10^{12}\ \mathrm{J}×10\%}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×2×10^6\ \mathrm{kg}}=80\ \mathrm{℃}$,水的末温 $t_{温}=30\ \mathrm{℃}+80\ \mathrm{℃}=110\ \mathrm{℃}＞100\ \mathrm{℃}$,在标准大气压下,水的沸点是100 ℃,所以水的末温是100 ℃,则水升高的温度 $\Delta t'=100\ \mathrm{℃}-30\ \mathrm{℃}=70\ \mathrm{℃}$
（3）$W=Pt=70×10^3\ \mathrm{W}×30×60\ \mathrm{s}=1.26×10^8\ \mathrm{J}$,$Q=\dfrac{W}{\eta}=\dfrac{1.26×10^8\ \mathrm{J}}{45\%}=2.8×10^8\ \mathrm{J}$, $m'=\dfrac{Q}{q}=\dfrac{2.8×10^8\ \mathrm{J}}{1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}}=2\ \mathrm{kg}$
解析
【分析】
本题分三小问，分别考查燃料完全燃烧放热、热量被水吸收的温度变化、热机效率结合热值的计算。解题思路：（1）利用燃料完全燃烧放热公式$Q_{放}=qm$，注意质量单位换算（吨转千克）；（2）先计算水吸收的热量，再用$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t$求温度变化，需注意标准大气压下水的沸点为100℃，实际升高温度不能超过沸点与初温的差值；（3）先根据功率和时间计算汽车做的有用功，再由效率公式算出燃料完全燃烧放出的总热量，最后用$Q_{放}=qm$计算消耗氢的质量。
【解析】
（1）液氢质量$m=48\ \mathrm{t}=48×10^3\ \mathrm{kg}$，完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=qm=1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}×48×10^3\ \mathrm{kg}=6.72×10^{12}\ \mathrm{J}$；
（2）水吸收的热量：$Q_{吸}=Q_{放}×10\%=6.72×10^{12}\ \mathrm{J}×10\%=6.72×10^{11}\ \mathrm{J}$，
由$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t$得理论温度变化：
$\Delta t=\dfrac{Q_{吸}}{c_{水}m_{水}}=\dfrac{6.72×10^{11}\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×2×10^6\ \mathrm{kg}}=80\ \mathrm{℃}$，
标准大气压下水的沸点为100℃，水的初温为30℃，故实际升高温度：
$\Delta t'=100\ \mathrm{℃}-30\ \mathrm{℃}=70\ \mathrm{℃}$；
（3）汽车行驶的有用功：
$W=Pt=70×10^3\ \mathrm{W}×30×60\ \mathrm{s}=1.26×10^8\ \mathrm{J}$，
由发动机效率$\eta=\dfrac{W}{Q_{放}}$得燃料需放出的总热量：
$Q_{放}=\dfrac{W}{\eta}=\dfrac{1.26×10^8\ \mathrm{J}}{45\%}=2.8×10^8\ \mathrm{J}$，
消耗氢燃料的质量：
$m'=\dfrac{Q_{放}}{q}=\dfrac{2.8×10^8\ \mathrm{J}}{1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}}=2\ \mathrm{kg}$；
【答案】
（1）$6.72×10^{12}\ \mathrm{J}$；（2）$70\ \mathrm{℃}$；（3）$2\ \mathrm{kg}$
【知识点】
热值计算、热量计算、热机效率
【点评】
本题结合火箭燃料、氢能源汽车的新情境，考查热值、热量、热机效率的综合应用，第二问需注意标准大气压下水的沸点限制，是易错点，整体难度适中。
【难度系数】
0.6
本题分三小问，分别考查燃料完全燃烧放热、热量被水吸收的温度变化、热机效率结合热值的计算。解题思路：（1）利用燃料完全燃烧放热公式$Q_{放}=qm$，注意质量单位换算（吨转千克）；（2）先计算水吸收的热量，再用$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t$求温度变化，需注意标准大气压下水的沸点为100℃，实际升高温度不能超过沸点与初温的差值；（3）先根据功率和时间计算汽车做的有用功，再由效率公式算出燃料完全燃烧放出的总热量，最后用$Q_{放}=qm$计算消耗氢的质量。
【解析】
（1）液氢质量$m=48\ \mathrm{t}=48×10^3\ \mathrm{kg}$，完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=qm=1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}×48×10^3\ \mathrm{kg}=6.72×10^{12}\ \mathrm{J}$；
（2）水吸收的热量：$Q_{吸}=Q_{放}×10\%=6.72×10^{12}\ \mathrm{J}×10\%=6.72×10^{11}\ \mathrm{J}$，
由$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t$得理论温度变化：
$\Delta t=\dfrac{Q_{吸}}{c_{水}m_{水}}=\dfrac{6.72×10^{11}\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×2×10^6\ \mathrm{kg}}=80\ \mathrm{℃}$，
标准大气压下水的沸点为100℃，水的初温为30℃，故实际升高温度：
$\Delta t'=100\ \mathrm{℃}-30\ \mathrm{℃}=70\ \mathrm{℃}$；
（3）汽车行驶的有用功：
$W=Pt=70×10^3\ \mathrm{W}×30×60\ \mathrm{s}=1.26×10^8\ \mathrm{J}$，
由发动机效率$\eta=\dfrac{W}{Q_{放}}$得燃料需放出的总热量：
$Q_{放}=\dfrac{W}{\eta}=\dfrac{1.26×10^8\ \mathrm{J}}{45\%}=2.8×10^8\ \mathrm{J}$，
消耗氢燃料的质量：
$m'=\dfrac{Q_{放}}{q}=\dfrac{2.8×10^8\ \mathrm{J}}{1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}}=2\ \mathrm{kg}$；
【答案】
（1）$6.72×10^{12}\ \mathrm{J}$；（2）$70\ \mathrm{℃}$；（3）$2\ \mathrm{kg}$
【知识点】
热值计算、热量计算、热机效率
【点评】
本题结合火箭燃料、氢能源汽车的新情境，考查热值、热量、热机效率的综合应用，第二问需注意标准大气压下水的沸点限制，是易错点，整体难度适中。
【难度系数】
0.6
