Question

2．物理兴趣小组的同学们做了这样的实验：取500g水放在烧杯中，测得水的温度为10℃，然后点燃酒精灯给烧杯加热，并将温度计插在水中观察水温的变化，当温度计的示数为60℃时，消耗了10g的酒精．（已知水的比热容为4.2×10³J/（kg•℃）
（1）在上述过程中，烧杯中水的内能增加了多少？
（2）有同学认为水吸收的热量等于酒精燃烧所放出的所有热量，你认为对吗？说明理由．
（3）若所用酒精的热值为3×10⁷J/kg，请你帮他们算一下酒精灯烧水时的热效率是多少？（热效率等于水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比）

Answer 1

分析 （1）知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q_吸=cm△t求水吸收的热量，即水增加的内能；
（2）1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值，要计算热值大小就要知道酒精完全燃烧放出的热量和酒精的质量，而水吸收的热量并不等于酒精完全燃烧放出的热量，而是小于，据此分析．
（3）利用Q_放=qm求出10g酒精完全燃烧放出的热量，这是总能量，被水吸收的为有用能量，再利用效率公式求酒精灯的效率．

解答 解：
（1）水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×0.5kg×（60℃-10℃）=1.05×10⁵J；
（2）不相等．
10g酒精完全燃烧放出的热量：
Q_放=q_酒精m_酒精=3.0×10⁷J/kg×0.01kg=3.0×10⁵J＞Q_吸=1.05×10⁵J，
原因是：酒精完全燃烧所放出的热量，一部分被烧杯吸收，一部分散失掉，一部分被水吸收，所以水吸收的热量与酒精完全燃烧放出的热量不相等．
（3）酒精灯的效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$=$\frac{1.05×1{0}^{5}J}{3.0×1{0}^{5}J}$×100%=35%．
答：
（1）烧杯中水的内能增加了1.05×10⁵J；
（2）酒精完全燃烧所放出的热量，一部分被烧杯吸收，一部分散失掉，一部分被水吸收，所以水吸收的热量与酒精完全燃烧放出的热量不相等；
（3）酒精灯的热效率35%．

点评 考查了学生对吸热公式、热值的概念、燃料完全燃烧放热公式、效率公式的掌握和运用，知道酒精完全燃烧放出的热量不能完全被水吸收是本题的关键．