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9 用加热设备给一间能容纳60人的教室加热，空气温度升高$4\ °\mathrm{C}$的过程中吸收的热量约为[空气的比热容为$1×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})$，空气的密度为$1.29\ \mathrm{kg/m}^3$，不考虑室内空气向外散失的热量]（
A.$1×10^3\ \mathrm{J}$
B.$1×10^4\ \mathrm{J}$
C.$1×10^5\ \mathrm{J}$
D.$1×10^6\ \mathrm{J}$
D
）A.$1×10^3\ \mathrm{J}$
B.$1×10^4\ \mathrm{J}$
C.$1×10^5\ \mathrm{J}$
D.$1×10^6\ \mathrm{J}$
答案
9.D
解析
【分析】要计算空气吸收的热量，需利用热量公式$Q=cm\Delta t$，已知比热容$c$和温度变化$\Delta t$，关键是结合生活常识估算容纳60人的教室体积，再通过密度公式算出空气质量$m$，最后代入公式求解。
【解析】1. 估算教室体积：容纳60人的教室，根据生活常识，单人所需空间约$3\ \mathrm{m}^3$，因此教室体积约为$V=60×3\ \mathrm{m}^3=180\ \mathrm{m}^3$；
2. 计算空气质量：由密度公式$\rho=\frac{m}{V}$，得$m=\rho V=1.29\ \mathrm{kg/m}^3×180\ \mathrm{m}^3\approx232.2\ \mathrm{kg}$；
3. 计算吸收的热量：根据热量公式$Q=cm\Delta t$，代入数据得$Q=1×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×232.2\ \mathrm{kg}×4\ \mathrm{℃}\approx9.3×10^5\ \mathrm{J}$，与$1×10^6\ \mathrm{J}$最接近，故选D。
【答案】D
【知识点】热量计算、密度公式应用
【点评】本题需结合生活常识估算教室体积，再运用物理公式计算，考查知识的实际应用能力，难度适中。
【难度系数】0.5
【解析】1. 估算教室体积：容纳60人的教室，根据生活常识，单人所需空间约$3\ \mathrm{m}^3$，因此教室体积约为$V=60×3\ \mathrm{m}^3=180\ \mathrm{m}^3$；
2. 计算空气质量：由密度公式$\rho=\frac{m}{V}$，得$m=\rho V=1.29\ \mathrm{kg/m}^3×180\ \mathrm{m}^3\approx232.2\ \mathrm{kg}$；
3. 计算吸收的热量：根据热量公式$Q=cm\Delta t$，代入数据得$Q=1×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×232.2\ \mathrm{kg}×4\ \mathrm{℃}\approx9.3×10^5\ \mathrm{J}$，与$1×10^6\ \mathrm{J}$最接近，故选D。
【答案】D
【知识点】热量计算、密度公式应用
【点评】本题需结合生活常识估算教室体积，再运用物理公式计算，考查知识的实际应用能力，难度适中。
【难度系数】0.5
10 小明将一杯温度为 $36°\mathrm{C}$ 的水放入冰箱冷冻室后，水变为$-18°\mathrm{C}$的冰块。现将这杯水的变化过程分为三个阶段：
① $36°\mathrm{C}$的水变为$18°\mathrm{C}$的水，放出热量$Q_1$。
② $18°\mathrm{C}$的水变为$0°\mathrm{C}$的冰，放出热量$Q_2$。
③ $0°\mathrm{C}$的冰变为$-18°\mathrm{C}$的冰，放出热量$Q_3$。
已知水的比热容大于冰的比热容，整个过程中质量不变，下列关系式正确的是 （
A.$Q_1＞Q_2＞Q_3$
B.$Q_2＞Q_1＞Q_3$
C.$Q_3＞Q_2＞Q_1$
D.$Q_1=Q_2＞Q_3$
① $36°\mathrm{C}$的水变为$18°\mathrm{C}$的水，放出热量$Q_1$。
② $18°\mathrm{C}$的水变为$0°\mathrm{C}$的冰，放出热量$Q_2$。
③ $0°\mathrm{C}$的冰变为$-18°\mathrm{C}$的冰，放出热量$Q_3$。
已知水的比热容大于冰的比热容，整个过程中质量不变，下列关系式正确的是 （
B
）A.$Q_1＞Q_2＞Q_3$
B.$Q_2＞Q_1＞Q_3$
C.$Q_3＞Q_2＞Q_1$
D.$Q_1=Q_2＞Q_3$
答案
10.B
解析
【分析】
要比较三个阶段放出热量的大小，需明确各阶段热量的计算逻辑：①阶段是液态水降温放热，用公式$Q=cm\Delta t$计算；②阶段是水凝固成冰，晶体凝固过程温度不变，放出的热量为凝固热（远大于同质量同温度变化的液态水降温的放热）；③阶段是固态冰降温放热，同样用$Q=cm\Delta t$计算，且冰的比热容小于水的比热容，同温度变化下冰降温放热更少。先推导各阶段热量表达式，再结合已知条件比较大小即可。
【解析】
设水和冰的质量均为$m$，水的比热容为$c_水$，冰的比热容为$c_冰$，单位质量的水凝固成同温度的冰放出的热量为凝固热$L$。
1. 阶段①（$36°\mathrm{C}$水→$18°\mathrm{C}$水）：
该阶段为液态水降温放热，$\Delta t_1=36°\mathrm{C}-18°\mathrm{C}=18°\mathrm{C}$，则$Q_1=c_水m\Delta t_1=18c_水m$；
2. 阶段②（$18°\mathrm{C}$水→$0°\mathrm{C}$冰）：
该阶段包含两部分放热：$18°\mathrm{C}$水降温到$0°\mathrm{C}$的放热，加上$0°\mathrm{C}$水凝固成$0°\mathrm{C}$冰的放热，总放热$Q_2$远大于仅液态降温的热量，且数值上大于$Q_1$；
3. 阶段③（$0°\mathrm{C}$冰→$-18°\mathrm{C}$冰）：
该阶段为固态冰降温放热，$\Delta t_3=0°\mathrm{C}-(-18°\mathrm{C})=18°\mathrm{C}$，则$Q_3=c_冰m\Delta t_3=18c_冰m$；
已知$c_水＞c_冰$，因此$18c_水m＞18c_冰m$，即$Q_1＞Q_3$；
综上，$Q_2＞Q_1＞Q_3$，对应选项B。
【答案】
B
【知识点】
热量计算、物态变化放热
【点评】
本题考查热量计算与物态变化放热的综合应用，核心是区分液态降温、凝固、固态降温三个过程的热量差异，需牢记晶体凝固过程放出大量热量，且同温度变化下比热容越大放热越多，是初中物理热学的典型基础题。
【难度系数】
0.5
要比较三个阶段放出热量的大小，需明确各阶段热量的计算逻辑：①阶段是液态水降温放热，用公式$Q=cm\Delta t$计算；②阶段是水凝固成冰，晶体凝固过程温度不变，放出的热量为凝固热（远大于同质量同温度变化的液态水降温的放热）；③阶段是固态冰降温放热，同样用$Q=cm\Delta t$计算，且冰的比热容小于水的比热容，同温度变化下冰降温放热更少。先推导各阶段热量表达式，再结合已知条件比较大小即可。
【解析】
设水和冰的质量均为$m$，水的比热容为$c_水$，冰的比热容为$c_冰$，单位质量的水凝固成同温度的冰放出的热量为凝固热$L$。
1. 阶段①（$36°\mathrm{C}$水→$18°\mathrm{C}$水）：
该阶段为液态水降温放热，$\Delta t_1=36°\mathrm{C}-18°\mathrm{C}=18°\mathrm{C}$，则$Q_1=c_水m\Delta t_1=18c_水m$；
2. 阶段②（$18°\mathrm{C}$水→$0°\mathrm{C}$冰）：
该阶段包含两部分放热：$18°\mathrm{C}$水降温到$0°\mathrm{C}$的放热，加上$0°\mathrm{C}$水凝固成$0°\mathrm{C}$冰的放热，总放热$Q_2$远大于仅液态降温的热量，且数值上大于$Q_1$；
3. 阶段③（$0°\mathrm{C}$冰→$-18°\mathrm{C}$冰）：
该阶段为固态冰降温放热，$\Delta t_3=0°\mathrm{C}-(-18°\mathrm{C})=18°\mathrm{C}$，则$Q_3=c_冰m\Delta t_3=18c_冰m$；
已知$c_水＞c_冰$，因此$18c_水m＞18c_冰m$，即$Q_1＞Q_3$；
综上，$Q_2＞Q_1＞Q_3$，对应选项B。
【答案】
B
【知识点】
热量计算、物态变化放热
【点评】
本题考查热量计算与物态变化放热的综合应用，核心是区分液态降温、凝固、固态降温三个过程的热量差异，需牢记晶体凝固过程放出大量热量，且同温度变化下比热容越大放热越多，是初中物理热学的典型基础题。
【难度系数】
0.5
11 质量均为0.5 kg的水和另一种液体在相同时间内放出的热量相等，它们的温度随时间变化的关系如图所示，已知$c_{水}＞c_{液}$，则下列说法中正确的是（
A.0～12 min，乙液体的温度降低了$20°\mathrm{C}$
B.甲液体不是水
C.乙液体的比热容为$2.1×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})$
D.0～12 min，甲液体放出了$8.4×10^4\ \mathrm{J}$的热量
C
）A.0～12 min，乙液体的温度降低了$20°\mathrm{C}$
B.甲液体不是水
C.乙液体的比热容为$2.1×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})$
D.0～12 min，甲液体放出了$8.4×10^4\ \mathrm{J}$的热量
答案
11.C
解析
【分析】
本题需结合放热公式$Q_{放}=cm\Delta t$，利用“相同时间内水和另一种液体放出的热量相等”及图像信息分析各选项：首先根据$c_{水}＞c_{液}$，质量相同、放热相同时，比热容大的温度降低慢，判断甲为水；再逐一计算各选项对应的温度变化、热量、比热容，判断正误。
【解析】
已知$m_{甲}=m_{乙}=0.5\ \mathrm{kg}$，相同时间内放出热量相等，即$Q_{甲放}=Q_{乙放}$。
1. 分析选项A：0～12 min，乙的初始温度为$60°\mathrm{C}$，12 min时温度为$20°\mathrm{C}$，温度降低了$\Delta t_{乙}=60°\mathrm{C}-20°\mathrm{C}=40°\mathrm{C}$，故A错误。
2. 分析选项B：根据$Q_{放}=cm\Delta t$，$m$、$Q$相同时，$c$越大，$\Delta t$越小。甲在0～12 min温度降低$\Delta t_{甲}=60°\mathrm{C}-40°\mathrm{C}=20°\mathrm{C}$，$\Delta t_{甲}＜\Delta t_{乙}$，故$c_{甲}＞c_{乙}$，已知$c_{水}＞c_{液}$，所以甲是水，B错误。
3. 分析选项C：0～12 min，甲放出的热量：
$Q_{甲放}=c_{水}m\Delta t_{甲}=4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg·℃})×0.5\ \mathrm{kg}×20°\mathrm{C}=4.2×10^4\ \mathrm{J}$。
因相同时间放热相等，故$Q_{乙放}=Q_{甲放}=4.2×10^4\ \mathrm{J}$，对乙液体，由$Q_{放}=cm\Delta t$得：
$c_{乙}=\frac{Q_{乙放}}{m\Delta t_{乙}}=\frac{4.2×10^4\ \mathrm{J}}{0.5\ \mathrm{kg}×40°\mathrm{C}}=2.1×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg·℃})$，故C正确。
4. 分析选项D：由上述计算，0～12 min甲放出的热量为$4.2×10^4\ \mathrm{J}$，不是$8.4×10^4\ \mathrm{J}$，D错误。
【答案】
C
【知识点】
比热容、放热公式$Q_{放}=cm\Delta t$
【点评】
本题结合温度-时间图像考查比热容的应用，核心是利用放热公式分析温度变化与比热容的关系，关键在于判断甲为水，再利用相同时间放热相等的条件计算另一种液体的比热容，需准确读取图像中的温度变化值。
【难度系数】
0.5
本题需结合放热公式$Q_{放}=cm\Delta t$，利用“相同时间内水和另一种液体放出的热量相等”及图像信息分析各选项：首先根据$c_{水}＞c_{液}$，质量相同、放热相同时，比热容大的温度降低慢，判断甲为水；再逐一计算各选项对应的温度变化、热量、比热容，判断正误。
【解析】
已知$m_{甲}=m_{乙}=0.5\ \mathrm{kg}$，相同时间内放出热量相等，即$Q_{甲放}=Q_{乙放}$。
1. 分析选项A：0～12 min，乙的初始温度为$60°\mathrm{C}$，12 min时温度为$20°\mathrm{C}$，温度降低了$\Delta t_{乙}=60°\mathrm{C}-20°\mathrm{C}=40°\mathrm{C}$，故A错误。
2. 分析选项B：根据$Q_{放}=cm\Delta t$，$m$、$Q$相同时，$c$越大，$\Delta t$越小。甲在0～12 min温度降低$\Delta t_{甲}=60°\mathrm{C}-40°\mathrm{C}=20°\mathrm{C}$，$\Delta t_{甲}＜\Delta t_{乙}$，故$c_{甲}＞c_{乙}$，已知$c_{水}＞c_{液}$，所以甲是水，B错误。
3. 分析选项C：0～12 min，甲放出的热量：
$Q_{甲放}=c_{水}m\Delta t_{甲}=4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg·℃})×0.5\ \mathrm{kg}×20°\mathrm{C}=4.2×10^4\ \mathrm{J}$。
因相同时间放热相等，故$Q_{乙放}=Q_{甲放}=4.2×10^4\ \mathrm{J}$，对乙液体，由$Q_{放}=cm\Delta t$得：
$c_{乙}=\frac{Q_{乙放}}{m\Delta t_{乙}}=\frac{4.2×10^4\ \mathrm{J}}{0.5\ \mathrm{kg}×40°\mathrm{C}}=2.1×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg·℃})$，故C正确。
4. 分析选项D：由上述计算，0～12 min甲放出的热量为$4.2×10^4\ \mathrm{J}$，不是$8.4×10^4\ \mathrm{J}$，D错误。
【答案】
C
【知识点】
比热容、放热公式$Q_{放}=cm\Delta t$
【点评】
本题结合温度-时间图像考查比热容的应用，核心是利用放热公式分析温度变化与比热容的关系，关键在于判断甲为水，再利用相同时间放热相等的条件计算另一种液体的比热容，需准确读取图像中的温度变化值。
【难度系数】
0.5
12 [2025 蚌埠期中]工匠用钢铁打制工具时，有一个重要流程叫“淬火”，把刚打制成型的工具放到炉火中充分煅烧，然后将其迅速放入水中骤冷。现有一成型的合金钢工具的质量为0.5 kg，温度为20 ℃，先放入828 ℃的炉火中煅烧足够长时间，再迅速取出放入5 kg、20 ℃的水中冷却，最终使水的温度上升了8 ℃，不计热量散失，水的比热容$c_{水}=4.2×10^{3} J/(kg·℃)$，则该合金钢的比热容为
$0.42×10^3$
J/(kg·℃)。答案
12.$0.42×10^3$
解析
【分析】这是利用热平衡方程求解物质比热容的问题，不计热量散失时，合金钢放出的热量等于水吸收的热量。需先确定水和合金钢的温度变化量，再根据热量公式列等式计算合金钢的比热容。
【解析】
1. 计算水吸收的热量：
水的温度变化Δt水=8℃，根据热量公式$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t_{水}$，代入数据得：
$Q_{吸}=4.2×10^3 J/(kg·℃) ×5kg ×8℃=1.68×10^5 J$。
2. 确定合金钢的温度变化量：
合金钢煅烧足够长时间，初温等于炉火温度828℃，最终与水温度相同，末温为$20℃+8℃=28℃$，故温度变化$\Delta t_{钢}=828℃-28℃=800℃$。
3. 根据热平衡条件$Q_{放}=Q_{吸}$，结合$Q_{放}=c_{钢}m_{钢}\Delta t_{钢}$，变形得合金钢的比热容：
$c_{钢}=\frac{Q_{吸}}{m_{钢}\Delta t_{钢}}=\frac{1.68×10^5 J}{0.5kg ×800℃}=0.42×10^3 J/(kg·℃)$。
【答案】0.42×10³
【知识点】热量计算、热平衡方程
【点评】本题是热学基础计算题，核心考查热平衡条件的应用，关键在于准确确定两者的初末温度，计算过程简单，属于学生易掌握的常规题型。
【难度系数】0.6
【解析】
1. 计算水吸收的热量：
水的温度变化Δt水=8℃，根据热量公式$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t_{水}$，代入数据得：
$Q_{吸}=4.2×10^3 J/(kg·℃) ×5kg ×8℃=1.68×10^5 J$。
2. 确定合金钢的温度变化量：
合金钢煅烧足够长时间，初温等于炉火温度828℃，最终与水温度相同，末温为$20℃+8℃=28℃$，故温度变化$\Delta t_{钢}=828℃-28℃=800℃$。
3. 根据热平衡条件$Q_{放}=Q_{吸}$，结合$Q_{放}=c_{钢}m_{钢}\Delta t_{钢}$，变形得合金钢的比热容：
$c_{钢}=\frac{Q_{吸}}{m_{钢}\Delta t_{钢}}=\frac{1.68×10^5 J}{0.5kg ×800℃}=0.42×10^3 J/(kg·℃)$。
【答案】0.42×10³
【知识点】热量计算、热平衡方程
【点评】本题是热学基础计算题，核心考查热平衡条件的应用，关键在于准确确定两者的初末温度，计算过程简单，属于学生易掌握的常规题型。
【难度系数】0.6
13 [2025林芝期末]王明同学为计算他家的天然气灶烧水的热效率，将2 kg的水倒入烧水壶中，测出水温为20 ℃，把水刚加热到70 ℃时，测出消耗的天然气体积为0.03 m³。已知$c_{水}=4.2×10^{3} J/(kg·℃)$，天然气的热值约为$4.0×10^{7} J/m^{3}$。求：
（1）水吸收的热量。
（2）他家的天然气灶的热效率。
（1）水吸收的热量。
（2）他家的天然气灶的热效率。
答案
13.（1）水吸收的热量$Q_吸=c_水 m(t-t_0)=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×2\ \mathrm{kg}×(70\ ℃-20\ ℃)=4.2×10^5\ \mathrm{J}$
（2）天然气完全燃烧放出的热量$Q_放=qV=4.0×10^7\ \mathrm{J/m^3}×0.03\ \mathrm{m^3}=1.2×10^6\ \mathrm{J}$；天然气灶的效率$\eta=\frac{Q_吸}{Q_放}×100\%=\frac{4.2×10^5\ \mathrm{J}}{1.2×10^6\ \mathrm{J}}×100\%=35\%$
（2）天然气完全燃烧放出的热量$Q_放=qV=4.0×10^7\ \mathrm{J/m^3}×0.03\ \mathrm{m^3}=1.2×10^6\ \mathrm{J}$；天然气灶的效率$\eta=\frac{Q_吸}{Q_放}×100\%=\frac{4.2×10^5\ \mathrm{J}}{1.2×10^6\ \mathrm{J}}×100\%=35\%$
解析
【分析】
要解决这道题，需分两步计算：第一步利用吸热公式计算水吸收的热量，需明确温度变化量为末温减初温；第二步先通过热值公式算出天然气完全燃烧放出的总热量，再根据热效率公式（有用热量与总热量的比值）计算燃气灶的热效率。解题时要注意各物理量的单位统一，公式应用准确。
【解析】
（1）水吸收的热量根据吸热公式计算：
$Q_吸 = c_水 m(t - t_0)$
代入已知数值：$c_水=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$，$m=2\ \mathrm{kg}$，$t=70\ ℃$，$t_0=20\ ℃$
$Q_吸 = 4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 2\ \mathrm{kg} × (70\ ℃ - 20\ ℃) = 4.2×10^5\ \mathrm{J}$
（2）先计算天然气完全燃烧放出的热量，利用热值公式$Q_放 = qV$：
$Q_放 = 4.0×10^7\ \mathrm{J/m^3} × 0.03\ \mathrm{m^3} = 1.2×10^6\ \mathrm{J}$
再计算天然气灶的热效率，效率为水吸收的热量与天然气燃烧放热的比值：
$\eta = \frac{Q_吸}{Q_放} × 100\% = \frac{4.2×10^5\ \mathrm{J}}{1.2×10^6\ \mathrm{J}} × 100\% = 35\%$
【答案】
（1）水吸收的热量为$4.2×10^5\ \mathrm{J}$；（2）天然气灶的热效率为35%
【知识点】
热量计算、热值、热效率
【点评】
本题是热学基础计算题，核心考查吸热公式、热值公式及热效率公式的应用，解题关键是牢记公式并准确代入数值，属于学生必须掌握的基础题型，难度较低。
【难度系数】
0.7
要解决这道题，需分两步计算：第一步利用吸热公式计算水吸收的热量，需明确温度变化量为末温减初温；第二步先通过热值公式算出天然气完全燃烧放出的总热量，再根据热效率公式（有用热量与总热量的比值）计算燃气灶的热效率。解题时要注意各物理量的单位统一，公式应用准确。
【解析】
（1）水吸收的热量根据吸热公式计算：
$Q_吸 = c_水 m(t - t_0)$
代入已知数值：$c_水=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$，$m=2\ \mathrm{kg}$，$t=70\ ℃$，$t_0=20\ ℃$
$Q_吸 = 4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 2\ \mathrm{kg} × (70\ ℃ - 20\ ℃) = 4.2×10^5\ \mathrm{J}$
（2）先计算天然气完全燃烧放出的热量，利用热值公式$Q_放 = qV$：
$Q_放 = 4.0×10^7\ \mathrm{J/m^3} × 0.03\ \mathrm{m^3} = 1.2×10^6\ \mathrm{J}$
再计算天然气灶的热效率，效率为水吸收的热量与天然气燃烧放热的比值：
$\eta = \frac{Q_吸}{Q_放} × 100\% = \frac{4.2×10^5\ \mathrm{J}}{1.2×10^6\ \mathrm{J}} × 100\% = 35\%$
【答案】
（1）水吸收的热量为$4.2×10^5\ \mathrm{J}$；（2）天然气灶的热效率为35%
【知识点】
热量计算、热值、热效率
【点评】
本题是热学基础计算题，核心考查吸热公式、热值公式及热效率公式的应用，解题关键是牢记公式并准确代入数值，属于学生必须掌握的基础题型，难度较低。
【难度系数】
0.7
14 如图所示是一种新型的金属“冰块”，既经济又耐用。现将质量为0.3 kg、温度为－20 ℃的冷冻金属“冰块”放入装有0.2 kg水的杯中，最终水温从30 ℃下降到20 ℃。若不计热量损失，下列说法错误的是[$c_{水}=4.2×10^3 J/(kg·℃)$]
（
A.金属“冰块”和水达到相同温度后，它们之间就不能发生热传递
B.金属“冰块”吸收的热量为$8.4×10^3 J$
C.金属“冰块”与水的比热容之比为1∶6
D.只将金属“冰块”的质量增加到0.4 kg，水温可以下降到10 ℃
（
D
）A.金属“冰块”和水达到相同温度后，它们之间就不能发生热传递
B.金属“冰块”吸收的热量为$8.4×10^3 J$
C.金属“冰块”与水的比热容之比为1∶6
D.只将金属“冰块”的质量增加到0.4 kg，水温可以下降到10 ℃
答案
14.D 【解析】两个物体间发生热传递的条件是存在温度差，所以当金属“冰块”和水达到相同温度后，不再有温度差，它们之间就不能发生热传递，故A正确；水放出的热量$Q_{放}=c_{水}m_{水}\Delta t_{水}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.2\ \mathrm{kg}×(30\ ℃-20\ ℃)=8.4×10^3\ \mathrm{J}$，若不计热量损失，金属“冰块”吸收的热量等于水放出的热量，即$Q_吸=Q_放=8.4×10^3\ \mathrm{J}$，故B正确；金属“冰块”与水的比热容之比$\frac{c_{冰}}{c_{水}}=\frac{(\frac{Q_吸}{m_{冰}\Delta t_{冰}})}{(\frac{Q_放}{m_{水}\Delta t_{水}})}=\frac{Q_吸}{Q_放}·\frac{m_{水}}{m_{冰}}·\frac{\Delta t_{水}}{\Delta t_{冰}}=\frac{m_{水}}{m_{冰}}·\frac{\Delta t_{水}}{\Delta t_{冰}}=\frac{0.2\ \mathrm{kg}}{0.3\ \mathrm{kg}}×\frac{30\ ℃-20\ ℃}{20\ ℃-(-20\ ℃)}=\frac{1}{6}$，故C正确；金属“冰块”的质量增加到0.4 kg后吸收的热量$Q_吸'=c_{冰}m_{冰}'\Delta t_{冰}'=\frac{1}{6}c_{水}m_{冰}'\Delta t_{冰}'=\frac{1}{6}×4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.4\ \mathrm{kg}×[10\ ℃-(-20\ ℃)]=8400\ \mathrm{J}$，水温下降到10 ℃放出的热量$Q_放'=c_{水}m_{水}\Delta t_{水}'=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.2\ \mathrm{kg}×(30\ ℃-10\ ℃)=16800\ \mathrm{J}$，由于$Q_吸'≠Q_放'$，所以只将金属“冰块”的质量增加到0.4 kg，水温不可以下降到10 ℃，故D错误。
解析
【分析】
本题考查热传递条件、热量计算及比热容的应用，解题思路为：先根据热传递的条件判断选项A；再利用不计热量损失时金属吸收热量等于水放出热量，计算选项B；接着通过热量公式推导金属与水的比热容之比，判断选项C；最后假设水温降到10℃，分别计算金属需吸收的热量和水放出的热量，比较两者关系判断选项D，从而选出错误选项。
【解析】
选项A：热传递的发生条件是存在温度差，当金属“冰块”和水温度相同时，温度差为0，不再发生热传递，A正确，不符合题意；
选项B：水放出的热量$Q_{放}=c_{水}m_{水}\Delta t_{水}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.2\ \mathrm{kg}×(30\ ℃-20\ ℃)=8.4×10^3\ \mathrm{J}$，不计热量损失，金属吸收的热量$Q_{吸}=Q_{放}=8.4×10^3\ \mathrm{J}$，B正确，不符合题意；
选项C：金属的温度变化$\Delta t_{冰}=20\ ℃-(-20\ ℃)=40\ ℃$，根据$Q=cm\Delta t$，比热容之比$\frac{c_{冰}}{c_{水}}=\frac{\frac{Q_{吸}}{m_{冰}\Delta t_{冰}}}{\frac{Q_{放}}{m_{水}\Delta t_{水}}}=\frac{m_{水}\Delta t_{水}}{m_{冰}\Delta t_{冰}}=\frac{0.2\ \mathrm{kg}×10\ ℃}{0.3\ \mathrm{kg}×40\ ℃}=\frac{1}{6}$，C正确，不符合题意；
选项D：假设水温降到10℃，水放出的热量$Q_{放}'=c_{水}m_{水}\Delta t_{水}'=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.2\ \mathrm{kg}×(30\ ℃-10\ ℃)=1.68×10^4\ \mathrm{J}$；金属质量为0.4kg时，若水温降到10℃，金属需吸收的热量$Q_{吸}'=c_{冰}m_{冰}'\Delta t_{冰}'=\frac{1}{6}×4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.4\ \mathrm{kg}×[10\ ℃-(-20\ ℃)]=8.4×10^3\ \mathrm{J}$，$Q_{吸}'≠Q_{放}'$，水温无法降到10℃，D错误，符合题意。
【答案】
D
【知识点】
热传递条件、热量计算、比热容
【点评】
本题综合考查热传递、热量公式的应用，需熟练掌握热量计算及不计热量损失时吸放热相等的关系，易错点为选项D中温度变化量的确定，整体难度适中。
【难度系数】
0.6
本题考查热传递条件、热量计算及比热容的应用，解题思路为：先根据热传递的条件判断选项A；再利用不计热量损失时金属吸收热量等于水放出热量，计算选项B；接着通过热量公式推导金属与水的比热容之比，判断选项C；最后假设水温降到10℃，分别计算金属需吸收的热量和水放出的热量，比较两者关系判断选项D，从而选出错误选项。
【解析】
选项A：热传递的发生条件是存在温度差，当金属“冰块”和水温度相同时，温度差为0，不再发生热传递，A正确，不符合题意；
选项B：水放出的热量$Q_{放}=c_{水}m_{水}\Delta t_{水}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.2\ \mathrm{kg}×(30\ ℃-20\ ℃)=8.4×10^3\ \mathrm{J}$，不计热量损失，金属吸收的热量$Q_{吸}=Q_{放}=8.4×10^3\ \mathrm{J}$，B正确，不符合题意；
选项C：金属的温度变化$\Delta t_{冰}=20\ ℃-(-20\ ℃)=40\ ℃$，根据$Q=cm\Delta t$，比热容之比$\frac{c_{冰}}{c_{水}}=\frac{\frac{Q_{吸}}{m_{冰}\Delta t_{冰}}}{\frac{Q_{放}}{m_{水}\Delta t_{水}}}=\frac{m_{水}\Delta t_{水}}{m_{冰}\Delta t_{冰}}=\frac{0.2\ \mathrm{kg}×10\ ℃}{0.3\ \mathrm{kg}×40\ ℃}=\frac{1}{6}$，C正确，不符合题意；
选项D：假设水温降到10℃，水放出的热量$Q_{放}'=c_{水}m_{水}\Delta t_{水}'=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.2\ \mathrm{kg}×(30\ ℃-10\ ℃)=1.68×10^4\ \mathrm{J}$；金属质量为0.4kg时，若水温降到10℃，金属需吸收的热量$Q_{吸}'=c_{冰}m_{冰}'\Delta t_{冰}'=\frac{1}{6}×4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.4\ \mathrm{kg}×[10\ ℃-(-20\ ℃)]=8.4×10^3\ \mathrm{J}$，$Q_{吸}'≠Q_{放}'$，水温无法降到10℃，D错误，符合题意。
【答案】
D
【知识点】
热传递条件、热量计算、比热容
【点评】
本题综合考查热传递、热量公式的应用，需熟练掌握热量计算及不计热量损失时吸放热相等的关系，易错点为选项D中温度变化量的确定，整体难度适中。
【难度系数】
0.6
