21. 阅读短文，回答问题。
牛顿冷却定律
当一个物体表面温度比周围环境高时，就会向周围环境散热，散热快慢可以用单位时间内散失热量的多少来表示。英国物理学家牛顿提出：物体散热快慢与物体和周围环境的温度差成正比。后人研究发现，在温度差不太大的情况下（小于$15\ °\mathrm{C}$），这个结论符合实际散热规律，称为牛顿冷却定律。如果散热快慢用$q$表示，则牛顿冷却定律可以表示为$q=k(t_{物}-t_{环})$，其中$k$是散热系数，与物体的表面性质、表面积、周围环境性质等因素有关，和物质种类无关，如果上述因素相同，不同物质的散热系数就相同。由于不同物质的比热容不同，即使散热快慢相同，它们降低相同温度需要的时间也不同，根据降温时间可以得到两种物质比热容的大小关系，从而可以进行比热容的测量。

（1）物体向周围散热，内能（选填“变大”“变小”或“不变”）。
（2）沸水放在房间里，温度自然降低的规律是（填字母）。
A. 先快后慢
B. 先慢后快
C. 均匀降低
（3）要喝一杯奶咖，可以有以下两种方式，你认为方式的冷却效果较好。
① 先将烧开的热咖啡倒入杯中，冷却5 min，然后加一匙冷牛奶
② 先将烧开的热咖啡倒入杯中，立即将一匙冷牛奶加进杯中，然后冷却5 min
（4）一个物体温度为$30\ °\mathrm{C}$，周围环境温度保持$20\ °\mathrm{C}$不变，此时物体的散热快慢为$q$。当物体温度降低到$29\ °\mathrm{C}$时，散热快慢为。（用含有$q$的关系式表示）
（5）如图甲所示，用两个同样的保温杯分别装满水和盐水，水和盐水的温度都是$30\ °\mathrm{C}$，周围环境温度保持$20\ °\mathrm{C}$不变，保温杯敞开口，水和盐水温度随时间变化的图像如图乙所示。已知水的比热容为$4.2×10^{3}\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})$，水的密度为$1.0×10^{3}\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^3$，盐水的密度为$1.1×10^{3}\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^3$，则盐水的比热容为$\mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})$。

21. (1) 变小 (2) A (3) ① (4) $0.9q$ (5) $3.5×10^3$

【分析】
本题围绕牛顿冷却定律设置5个问题，需结合内能变化、散热规律、比热容公式等知识逐一分析：
（1）物体散热时，内能随热量散失而减少，据此判断；
（2）根据牛顿冷却定律，散热快慢与物体和环境的温度差成正比，温差越大散热越快、温度降低越快，反之则慢，据此分析沸水降温规律；
（3）高温时散热更快，先冷却热咖啡（利用高温时散热快，快速降温）再加冷牛奶，冷却效果更好；
（4）根据牛顿冷却定律公式，代入初始和降温后的温度，结合比例关系求解；
（5）利用热量公式Q=cmΔt，结合散热时间与散失热量的关系，以及质量公式m=ρV，联立求解盐水的比热容。
【解析】
（1）物体散热过程中，内能以热量形式向外传递，因此内能变小；
（2）根据牛顿冷却定律，沸水初始时与环境温差大，散热快，温度下降快；随温度降低，温差减小，散热变慢，温度下降变慢，故降温规律为先快后慢，选A；
（3）高温时散热更快，先将热咖啡冷却5分钟（此时咖啡温度高，散热快，降温幅度大），再加冷牛奶，整体温度更低，冷却效果更好，故选①；
（4）初始时，由q=k(t物-t环)得：q=k(30℃-20℃)=10k，即k=q/10；当温度降到29℃时，q'=k(29℃-20℃)=9k=9×(q/10)=0.9q；
（5）设保温杯体积为V，水和盐水的质量分别为m水=ρ水V、m盐=ρ盐V；两者初温30℃、末温25℃，温度变化Δt=5℃；水降温用时t水=24min，盐水用时t盐=22min，因散热系数k相同，散失热量Q与时间成正比，故Q水/Q盐=t水/t盐=24/22=12/11；又Q=cmΔt，Δt相同，因此Q水/Q盐=(c水m水)/(c盐m盐)=(c水ρ水)/(c盐ρ盐)；联立得：(c水ρ水)/(c盐ρ盐)=12/11，代入数据：
c盐=(c水ρ水×11)/(12×ρ盐)= (4.2×10³ J/(kg·℃)×1.0×10³ kg/m³×11)/(12×1.1×10³ kg/m³)=3.5×10³ J/(kg·℃)。
【答案】
(1) 变小；(2) A；(3) ①；(4) 0.9q；(5) 3.5×10³
【知识点】
内能变化、比热容、牛顿冷却定律
【点评】
本题结合牛顿冷却定律考查内能、比热容等知识，需理解散热规律，熟练运用热量公式，结合图像分析降温时间与热量的关系，综合性较强，需理清各物理量间的联系。
【难度系数】
0.5