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21. 如图是完全相同的装置甲、乙、丙，兴趣小组用这些装置来比较不同物质的比热容或不同燃料的热值。燃料的质量都是10 g，烧杯内液体的质量和初温均相同。
（1）为了比较不同物质的比热容，应选择
（2）比较不同物质的比热容，选用图中合适的装置加热相同时间后，绘制出温度－时间图像如图丁，可知液体a的比热容
（3）小华用图甲装置，根据酒精燃烧后水升高的温度，测出酒精的热值。这种方法测出的热值与“标准值”相比
（4）小明选用甲、乙两个装置比较不同燃料的热值过程中，甲烧杯内液体沸腾时下面的燃料还未燃尽，而乙烧杯中液体在燃料燃尽时都未沸腾（两种燃料都充分燃烧），小明结合这一现象
（1）为了比较不同物质的比热容，应选择
甲、丙
两图进行实验；实验通过加热的时间
（升高的温度/加热的时间）反映液体吸热的多少。（2）比较不同物质的比热容，选用图中合适的装置加热相同时间后，绘制出温度－时间图像如图丁，可知液体a的比热容
大于
（大于/小于/等于）液体b的比热容。（3）小华用图甲装置，根据酒精燃烧后水升高的温度，测出酒精的热值。这种方法测出的热值与“标准值”相比
偏小
（偏大/偏小/一样），理由是酒精未完全燃烧，酒精产生的热量部分被烧杯和陶土网吸收，还有一部分被空气吸收，测得的上升的温度偏低，计算出酒精放出的热量偏小，计算得到热值偏小
。（4）小明选用甲、乙两个装置比较不同燃料的热值过程中，甲烧杯内液体沸腾时下面的燃料还未燃尽，而乙烧杯中液体在燃料燃尽时都未沸腾（两种燃料都充分燃烧），小明结合这一现象
能
（能/不能）比较出哪种燃料热值大。答案
21.（1）甲、丙 加热的时间 （2）大于 （3）偏小 酒精未完全燃烧，酒精产生的热量部分被烧杯和陶土网吸收，还有一部分被空气吸收，测得的上升的温度偏低，计算出酒精放出的热量偏小，计算得到热值偏小 （4）能
解析
【分析】
本题围绕比热容和热值的探究实验展开，核心是运用控制变量法分析实验设计：比较不同物质比热容时，需控制热源相同（保证相同时间内液体吸热相同），改变液体种类；比较不同燃料热值时，需控制液体种类和质量相同，改变燃料种类且燃料充分燃烧。
（1）比较比热容需选燃料相同、液体不同的装置，通过加热时间反映吸热多少；（2）根据比热容公式，质量相同、吸热相同时，温度变化越小比热容越大；（3）测热值时存在热量散失和燃料未完全燃烧的问题，导致测得热值偏小；（4）通过液体是否沸腾可判断相同质量燃料放出热量的多少，进而比较热值。
【解析】
（1）探究不同物质的比热容，应使用相同的热源（即相同燃料），保证相同时间内液体吸收的热量相同，改变液体种类，因此选择甲、丙两图；相同装置相同燃料，加热时间越长，液体吸收的热量越多，所以通过加热的时间反映液体吸热的多少。
（2）根据热量公式$Q=cm\Delta t$，当液体质量$m$相同，吸收相同热量（加热相同时间）时，温度变化$\Delta t$越小，比热容$c$越大。由图丁可知，加热相同时间，液体a的温度升高比b小，因此液体a的比热容大于液体b的比热容。
（3）用图甲装置测酒精热值时，一方面酒精无法完全燃烧，另一方面酒精燃烧放出的热量会有部分被烧杯、陶土网和空气吸收，导致测得的水升高的温度偏低，计算出的水吸收的热量$Q$偏小，根据$q=\frac{Q}{m}$（$m$为酒精质量），计算得到的热值会偏小。
（4）比较不同燃料的热值，需控制液体的种类和质量相同，燃料充分燃烧。甲中液体沸腾时燃料未燃尽，说明该燃料放出的热量能使液体达到沸点；乙中燃料燃尽时液体未沸腾，说明该燃料放出的热量不足以使液体达到沸点。两种燃料质量相同且充分燃烧，因此甲对应的燃料放出的热量更多，结合$Q_{放}=mq$可知，甲对应的燃料热值更大，故能比较出哪种燃料热值大。
【答案】
（1）甲、丙；加热的时间 （2）大于 （3）偏小；酒精未完全燃烧，酒精燃烧放出的热量部分被烧杯、陶土网和空气吸收，导致测得的水吸收的热量小于酒精实际放出的热量，计算出的热值偏小 （4）能
【知识点】
比热容、热值、热量计算
【点评】
本题是热学实验的典型题型，重点考查控制变量法在比热容和热值探究中的应用，同时涉及实验误差分析，需学生明确两个实验的变量控制要点，理解实验原理。
【难度系数】
0.5
本题围绕比热容和热值的探究实验展开，核心是运用控制变量法分析实验设计：比较不同物质比热容时，需控制热源相同（保证相同时间内液体吸热相同），改变液体种类；比较不同燃料热值时，需控制液体种类和质量相同，改变燃料种类且燃料充分燃烧。
（1）比较比热容需选燃料相同、液体不同的装置，通过加热时间反映吸热多少；（2）根据比热容公式，质量相同、吸热相同时，温度变化越小比热容越大；（3）测热值时存在热量散失和燃料未完全燃烧的问题，导致测得热值偏小；（4）通过液体是否沸腾可判断相同质量燃料放出热量的多少，进而比较热值。
【解析】
（1）探究不同物质的比热容，应使用相同的热源（即相同燃料），保证相同时间内液体吸收的热量相同，改变液体种类，因此选择甲、丙两图；相同装置相同燃料，加热时间越长，液体吸收的热量越多，所以通过加热的时间反映液体吸热的多少。
（2）根据热量公式$Q=cm\Delta t$，当液体质量$m$相同，吸收相同热量（加热相同时间）时，温度变化$\Delta t$越小，比热容$c$越大。由图丁可知，加热相同时间，液体a的温度升高比b小，因此液体a的比热容大于液体b的比热容。
（3）用图甲装置测酒精热值时，一方面酒精无法完全燃烧，另一方面酒精燃烧放出的热量会有部分被烧杯、陶土网和空气吸收，导致测得的水升高的温度偏低，计算出的水吸收的热量$Q$偏小，根据$q=\frac{Q}{m}$（$m$为酒精质量），计算得到的热值会偏小。
（4）比较不同燃料的热值，需控制液体的种类和质量相同，燃料充分燃烧。甲中液体沸腾时燃料未燃尽，说明该燃料放出的热量能使液体达到沸点；乙中燃料燃尽时液体未沸腾，说明该燃料放出的热量不足以使液体达到沸点。两种燃料质量相同且充分燃烧，因此甲对应的燃料放出的热量更多，结合$Q_{放}=mq$可知，甲对应的燃料热值更大，故能比较出哪种燃料热值大。
【答案】
（1）甲、丙；加热的时间 （2）大于 （3）偏小；酒精未完全燃烧，酒精燃烧放出的热量部分被烧杯、陶土网和空气吸收，导致测得的水吸收的热量小于酒精实际放出的热量，计算出的热值偏小 （4）能
【知识点】
比热容、热值、热量计算
【点评】
本题是热学实验的典型题型，重点考查控制变量法在比热容和热值探究中的应用，同时涉及实验误差分析，需学生明确两个实验的变量控制要点，理解实验原理。
【难度系数】
0.5
22. 一辆使用汽油为燃料的小汽车总质量为 $4.0×10^{3}\ \mathrm{kg}$。若该小汽车在平直公路上匀速行驶了138 km，该过程中汽车受到的阻力为汽车总重力的0.05，消耗了20 kg的汽油，求（g取10 N/kg，汽油的热值 $q=4.6×10^{7}\ \mathrm{J/kg}$）：
（1）汽车受到的牵引力。
（2）牵引力所做的功。
（3）小汽车的热机效率。
（1）汽车受到的牵引力。
（2）牵引力所做的功。
（3）小汽车的热机效率。
答案
22.（1）汽车的重力为 $G=mg=4.0×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=4.0×10^4\ \mathrm{N}$,则汽车受到的阻力为 $f=0.05G=0.05×4.0×10^4\ \mathrm{N}=2\ 000\ \mathrm{N}$,由二力平衡的条件可知,$F=f=2\ 000\ \mathrm{N}$
（2）牵引力所做的功 $W=Fs=2\ 000\ \mathrm{N}×138×10^3\ \mathrm{m}=2.76×10^8\ \mathrm{J}$
（3）20 kg汽油完全燃烧放出的热量 $Q_{放}=mq=20\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=9.2×10^8\ \mathrm{J}$,小汽车的热机效率 $\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{2.76×10^8\ \mathrm{J}}{9.2×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=30\%$
（2）牵引力所做的功 $W=Fs=2\ 000\ \mathrm{N}×138×10^3\ \mathrm{m}=2.76×10^8\ \mathrm{J}$
（3）20 kg汽油完全燃烧放出的热量 $Q_{放}=mq=20\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=9.2×10^8\ \mathrm{J}$,小汽车的热机效率 $\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{2.76×10^8\ \mathrm{J}}{9.2×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=30\%$
解析
【分析】
本题是力学与热学结合的综合计算题，解题思路如下：
1. 求牵引力：先利用重力公式计算汽车总重力，再根据阻力与重力的关系算出阻力，结合汽车匀速行驶时二力平衡的条件，牵引力等于阻力；
2. 求牵引力做功：利用功的计算公式，注意将行驶距离单位转换为米，代入牵引力和距离计算；
3. 求热机效率：先利用热值公式计算汽油完全燃烧放出的总热量，再根据热机效率公式，用牵引力做的有用功除以总热量得到效率。
【解析】
（1）计算汽车重力：根据重力公式 $ G = mg $，代入数据得 $ G = 4.0×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg} = 4.0×10^4\ \mathrm{N} $；
计算汽车阻力：阻力为重力的0.05倍，即 $ f = 0.05G = 0.05×4.0×10^4\ \mathrm{N} = 2000\ \mathrm{N} $；
汽车匀速行驶，牵引力与阻力是平衡力，故 $ F = f = 2000\ \mathrm{N} $。
（2）计算牵引力做功：行驶距离 $ s = 138\ \mathrm{km} = 138×10^3\ \mathrm{m} $，根据功的公式 $ W = Fs $，代入得 $ W = 2000\ \mathrm{N}×138×10^3\ \mathrm{m} = 2.76×10^8\ \mathrm{J} $。
（3）计算汽油完全燃烧放出的热量：根据热值公式 $ Q_{放} = mq $，代入得 $ Q_{放} = 20\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg} = 9.2×10^8\ \mathrm{J} $；
根据热机效率公式 $ \eta = \frac{W}{Q_{放}}×100\% $，代入得 $ \eta = \frac{2.76×10^8\ \mathrm{J}}{9.2×10^8\ \mathrm{J}}×100\% = 30\% $。
【答案】
22.（1）汽车受到的牵引力为2000 N；（2）牵引力所做的功为 $ 2.76×10^8\ \mathrm{J} $；（3）小汽车的热机效率为30%。
【知识点】
重力计算、二力平衡、热机效率
【点评】
本题考查初中物理力学与热学的基础公式应用，解题步骤清晰，只要掌握重力、二力平衡、功、热值及热机效率的相关公式即可顺利解答，属于常规综合题型。
【难度系数】
0.7
本题是力学与热学结合的综合计算题，解题思路如下：
1. 求牵引力：先利用重力公式计算汽车总重力，再根据阻力与重力的关系算出阻力，结合汽车匀速行驶时二力平衡的条件，牵引力等于阻力；
2. 求牵引力做功：利用功的计算公式，注意将行驶距离单位转换为米，代入牵引力和距离计算；
3. 求热机效率：先利用热值公式计算汽油完全燃烧放出的总热量，再根据热机效率公式，用牵引力做的有用功除以总热量得到效率。
【解析】
（1）计算汽车重力：根据重力公式 $ G = mg $，代入数据得 $ G = 4.0×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg} = 4.0×10^4\ \mathrm{N} $；
计算汽车阻力：阻力为重力的0.05倍，即 $ f = 0.05G = 0.05×4.0×10^4\ \mathrm{N} = 2000\ \mathrm{N} $；
汽车匀速行驶，牵引力与阻力是平衡力，故 $ F = f = 2000\ \mathrm{N} $。
（2）计算牵引力做功：行驶距离 $ s = 138\ \mathrm{km} = 138×10^3\ \mathrm{m} $，根据功的公式 $ W = Fs $，代入得 $ W = 2000\ \mathrm{N}×138×10^3\ \mathrm{m} = 2.76×10^8\ \mathrm{J} $。
（3）计算汽油完全燃烧放出的热量：根据热值公式 $ Q_{放} = mq $，代入得 $ Q_{放} = 20\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg} = 9.2×10^8\ \mathrm{J} $；
根据热机效率公式 $ \eta = \frac{W}{Q_{放}}×100\% $，代入得 $ \eta = \frac{2.76×10^8\ \mathrm{J}}{9.2×10^8\ \mathrm{J}}×100\% = 30\% $。
【答案】
22.（1）汽车受到的牵引力为2000 N；（2）牵引力所做的功为 $ 2.76×10^8\ \mathrm{J} $；（3）小汽车的热机效率为30%。
【知识点】
重力计算、二力平衡、热机效率
【点评】
本题考查初中物理力学与热学的基础公式应用，解题步骤清晰，只要掌握重力、二力平衡、功、热值及热机效率的相关公式即可顺利解答，属于常规综合题型。
【难度系数】
0.7
