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三、实验题
14. 如图所示，把一个薄壁金属管固定在支架上，管中装一些酒精，然后用软木塞塞紧。用橡皮条缠绕在金属管上，迅速来回拉动橡皮条，过一会儿看到软木塞被顶开。根据实验现象回答下列问题。
（1）来回拉动橡皮条，使金属管的温度升高，这是通过的方式改变物体内能。
（2）酒精温度升高，这是通过的方式改变物体内能。
（3）酒精蒸气将木塞顶开的过程中，酒精蒸气的内能（选填“增多”或“减少”）。
14. 如图所示，把一个薄壁金属管固定在支架上，管中装一些酒精，然后用软木塞塞紧。用橡皮条缠绕在金属管上，迅速来回拉动橡皮条，过一会儿看到软木塞被顶开。根据实验现象回答下列问题。
（1）来回拉动橡皮条，使金属管的温度升高，这是通过的方式改变物体内能。
（2）酒精温度升高，这是通过的方式改变物体内能。
（3）酒精蒸气将木塞顶开的过程中，酒精蒸气的内能（选填“增多”或“减少”）。
答案
(1)做功
(2)热传递
(3)减少
(2)热传递
(3)减少
解析
【分析】
本题考查改变物体内能的两种方式及内能变化的判断，解题思路如下：
1. 第一问：来回拉动橡皮条时，橡皮条与金属管摩擦，对金属管做功，机械能转化为内能，使金属管温度升高，属于做功改变物体内能；
2. 第二问：金属管温度升高后，热量从温度高的金属管传递给管内温度较低的酒精，使酒精温度升高，这是通过热传递的方式改变酒精的内能；
3. 第三问：酒精蒸气将木塞顶开的过程中，酒精蒸气对木塞做功，自身内能转化为木塞的机械能，因此酒精蒸气的内能减少。
【解析】
（1）来回拉动橡皮条，橡皮条与金属管摩擦，克服摩擦做功，机械能转化为金属管的内能，使金属管温度升高，这是通过做功的方式改变物体内能；
（2）金属管温度升高后，热量从金属管传递给酒精，使酒精温度升高，这是通过热传递的方式改变酒精的内能；
（3）酒精蒸气顶开木塞时，酒精蒸气对木塞做功，内能转化为机械能，因此酒精蒸气的内能减少。
【答案】
(1)做功；(2)热传递；(3)减少
【知识点】
内能改变方式；做功改变内能；热传递改变内能
【点评】
本题结合实验现象考查内能改变的基础知识点，需准确区分做功和热传递改变内能的不同，理解做功过程中内能的变化，属于基础题型。
【难度系数】
0.6
本题考查改变物体内能的两种方式及内能变化的判断，解题思路如下：
1. 第一问：来回拉动橡皮条时，橡皮条与金属管摩擦，对金属管做功，机械能转化为内能，使金属管温度升高，属于做功改变物体内能；
2. 第二问：金属管温度升高后，热量从温度高的金属管传递给管内温度较低的酒精，使酒精温度升高，这是通过热传递的方式改变酒精的内能；
3. 第三问：酒精蒸气将木塞顶开的过程中，酒精蒸气对木塞做功，自身内能转化为木塞的机械能，因此酒精蒸气的内能减少。
【解析】
（1）来回拉动橡皮条，橡皮条与金属管摩擦，克服摩擦做功，机械能转化为金属管的内能，使金属管温度升高，这是通过做功的方式改变物体内能；
（2）金属管温度升高后，热量从金属管传递给酒精，使酒精温度升高，这是通过热传递的方式改变酒精的内能；
（3）酒精蒸气顶开木塞时，酒精蒸气对木塞做功，内能转化为机械能，因此酒精蒸气的内能减少。
【答案】
(1)做功；(2)热传递；(3)减少
【知识点】
内能改变方式；做功改变内能；热传递改变内能
【点评】
本题结合实验现象考查内能改变的基础知识点，需准确区分做功和热传递改变内能的不同，理解做功过程中内能的变化，属于基础题型。
【难度系数】
0.6
15. 如图甲、乙、丙所示的装置完全相同。燃料的质量均为10 g，烧杯内的液体质量也相同。
（1）比较不同燃料的热值，应选择两装置进行实验，实验时通过观察来比较两种燃料的热值大小；比较不同物质的比热容，应选择两装置进行实验，实验时通过来反映物质吸热的多少。
（2）比较不同物质的比热容，选用合适装置加热相同一段时间后，液体a升温更多，由此可推测：质量相同的液体a与b，升高相同的温度时，液体a吸收的热量比液体b吸收的热量（选填“多”或“少”）。
（3）若装置甲的烧杯中为200 mL的水，10 g酒精完全燃烧后水温升高了60 ℃，假设酒精燃烧放出的热量全部被水吸收，则酒精的热值为$\mathrm{J/kg}$。$c_{\mathrm{水}}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$。
（4）小红同学用同样的装置进行实验，发现在燃料燃尽之前水就沸腾了，无法比较出两种燃料的热值。为避免出现小红同学实验的情况，请提出一条改进建议：。
（1）比较不同燃料的热值，应选择两装置进行实验，实验时通过观察来比较两种燃料的热值大小；比较不同物质的比热容，应选择两装置进行实验，实验时通过来反映物质吸热的多少。
（2）比较不同物质的比热容，选用合适装置加热相同一段时间后，液体a升温更多，由此可推测：质量相同的液体a与b，升高相同的温度时，液体a吸收的热量比液体b吸收的热量（选填“多”或“少”）。
（3）若装置甲的烧杯中为200 mL的水，10 g酒精完全燃烧后水温升高了60 ℃，假设酒精燃烧放出的热量全部被水吸收，则酒精的热值为$\mathrm{J/kg}$。$c_{\mathrm{水}}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$。
（4）小红同学用同样的装置进行实验，发现在燃料燃尽之前水就沸腾了，无法比较出两种燃料的热值。为避免出现小红同学实验的情况，请提出一条改进建议：。
答案
(1)甲、乙；液体升高的温度；甲、丙；加热时间
(2)小于
(3)5.04×10⁶
(4)减少烧杯内液体的质量(或换用沸点更高的液体等合理答案)
(2)小于
(3)5.04×10⁶
(4)减少烧杯内液体的质量(或换用沸点更高的液体等合理答案)
解析
【分析】
解决本题需运用控制变量法和转换法分析实验：比较不同燃料热值时，要控制被加热液体的种类、质量相同，改变燃料种类，通过液体升高的温度反映燃料放热多少；比较不同物质比热容时，要控制燃料种类相同，改变液体种类，通过加热时间反映液体吸热多少；计算热值时，先结合密度公式求水的质量，再利用热量公式计算；避免液体沸腾的问题，可从减少液体质量或换高沸点液体等角度改进。
【解析】
(1) 比较不同燃料的热值，需控制液体种类、质量相同，燃料种类不同，故选甲、乙两装置；相同质量的燃料完全燃烧，放出热量越多，相同液体升高温度越高，因此通过液体升高的温度比较热值大小。
比较不同物质的比热容，需控制燃料种类相同，液体种类不同，故选甲、丙两装置；相同装置相同时间放出热量相同，因此通过加热时间反映液体吸收热量的多少。
(2) 加热相同时间，液体a和b吸收热量相同，液体a升温更多，说明a的比热容更小；根据$Q=cm\Delta t$，质量相同的a和b，升高相同温度时，比热容小的a吸收的热量更少。
(3) 水的体积$V=200\ \mathrm{mL}=200\ \mathrm{cm}^3$，水的质量$m=\rho_{\mathrm{水}}V=1\ \mathrm{g/cm}^3×200\ \mathrm{cm}^3=200\ \mathrm{g}=0.2\ \mathrm{kg}$；
水吸收的热量$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.2\ \mathrm{kg}×60\ \mathrm{℃}=5.04×10^4\ \mathrm{J}$；
酒精燃烧放出的热量全部被水吸收，故$Q_{\mathrm{放}}=Q_{\mathrm{吸}}=5.04×10^4\ \mathrm{J}$；
酒精质量$m_{\mathrm{酒精}}=10\ \mathrm{g}=0.01\ \mathrm{kg}$，酒精的热值$q=\frac{Q_{\mathrm{放}}}{m_{\mathrm{酒精}}}=\frac{5.04×10^4\ \mathrm{J}}{0.01\ \mathrm{kg}}=5.04×10^6\ \mathrm{J/kg}$。
(4) 水沸腾后温度不变，无法比较热值，可减少烧杯内液体的质量，使液体升温更快，避免过早沸腾；或换用沸点更高的液体，延长沸腾时间，便于实验。
【答案】
(1) 甲、乙；液体升高的温度；甲、丙；加热时间
(2) 小于
(3) $5.04×10^6$
(4) 减少烧杯内液体的质量(或换用沸点更高的液体等合理答案)
【知识点】
热值、比热容、热量计算
【点评】
本题考查热值和比热容的探究实验，核心是控制变量法和转换法的应用，需明确实验设计的逻辑，结合热量公式进行计算，同时能分析实验中出现的问题并提出改进方案，是初中物理热学的常规重点题型。
【难度系数】
0.5
解决本题需运用控制变量法和转换法分析实验：比较不同燃料热值时，要控制被加热液体的种类、质量相同，改变燃料种类，通过液体升高的温度反映燃料放热多少；比较不同物质比热容时，要控制燃料种类相同，改变液体种类，通过加热时间反映液体吸热多少；计算热值时，先结合密度公式求水的质量，再利用热量公式计算；避免液体沸腾的问题，可从减少液体质量或换高沸点液体等角度改进。
【解析】
(1) 比较不同燃料的热值，需控制液体种类、质量相同，燃料种类不同，故选甲、乙两装置；相同质量的燃料完全燃烧，放出热量越多，相同液体升高温度越高，因此通过液体升高的温度比较热值大小。
比较不同物质的比热容，需控制燃料种类相同，液体种类不同，故选甲、丙两装置；相同装置相同时间放出热量相同，因此通过加热时间反映液体吸收热量的多少。
(2) 加热相同时间，液体a和b吸收热量相同，液体a升温更多，说明a的比热容更小；根据$Q=cm\Delta t$，质量相同的a和b，升高相同温度时，比热容小的a吸收的热量更少。
(3) 水的体积$V=200\ \mathrm{mL}=200\ \mathrm{cm}^3$，水的质量$m=\rho_{\mathrm{水}}V=1\ \mathrm{g/cm}^3×200\ \mathrm{cm}^3=200\ \mathrm{g}=0.2\ \mathrm{kg}$；
水吸收的热量$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.2\ \mathrm{kg}×60\ \mathrm{℃}=5.04×10^4\ \mathrm{J}$；
酒精燃烧放出的热量全部被水吸收，故$Q_{\mathrm{放}}=Q_{\mathrm{吸}}=5.04×10^4\ \mathrm{J}$；
酒精质量$m_{\mathrm{酒精}}=10\ \mathrm{g}=0.01\ \mathrm{kg}$，酒精的热值$q=\frac{Q_{\mathrm{放}}}{m_{\mathrm{酒精}}}=\frac{5.04×10^4\ \mathrm{J}}{0.01\ \mathrm{kg}}=5.04×10^6\ \mathrm{J/kg}$。
(4) 水沸腾后温度不变，无法比较热值，可减少烧杯内液体的质量，使液体升温更快，避免过早沸腾；或换用沸点更高的液体，延长沸腾时间，便于实验。
【答案】
(1) 甲、乙；液体升高的温度；甲、丙；加热时间
(2) 小于
(3) $5.04×10^6$
(4) 减少烧杯内液体的质量(或换用沸点更高的液体等合理答案)
【知识点】
热值、比热容、热量计算
【点评】
本题考查热值和比热容的探究实验，核心是控制变量法和转换法的应用，需明确实验设计的逻辑，结合热量公式进行计算，同时能分析实验中出现的问题并提出改进方案，是初中物理热学的常规重点题型。
【难度系数】
0.5
