Задание №16 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

#44063Задание №16ФИПИ

Количество теплоты. ТеплоёмкостьПрактические работы

Ученик провёл эксперимент по изучению количества теплоты, выделяющейся при остывании металлических цилиндров различной массы, предварительно нагретых до температуры t₁.

Количество теплоты оценивалось по нагреванию 100 г воды, налитой в калориметр и имеющей первоначально температуру 20°С, при опускании в неё нагретого цилиндра и установлении состояния теплового равновесия.

В таблице указаны результаты экспериментальных измерений массы m цилиндра, первоначальной температуры цилиндра t₁ и изменения температуры Δtводы для четырёх опытов.

$№$ опыта	Материал цилиндра	Масса цилиндра m, г	Начальная температура цилиндра t₁, °С	Изменение температуры воды Δt, °С
1	медь	100	100	10
2	алюминий	100	60	10
3	алюминий	200	100	24
4	медь	200	100	13

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных измерений. Укажите их номера.

Количество теплоты, выделяемое нагретым телом, не зависит от вещества, из которого изготовлено тело.

Количество теплоты, выделяемое нагретым телом, зависит от массы этого тела.

При остывании цилиндров в первом и во втором опытах выделилось одинаковое количество теплоты.

При остывании алюминиевого цилиндра в третьем опыте выделилось наименьшее количество теплоты.

Удельная теплоёмкостьалюминия равна удельной теплоёмкостимеди.

Правильный ответ

Пояснение

Решение.

Для анализа результатов эксперимента важно понимать, как оценивалось количество теплоты. Согласно условию, количество теплоты $Q$ , которое отдал цилиндр при остывании, равно количеству теплоты, которое получила вода в калориметре. Формула для расчёта теплоты, полученной водой: $Q = c_{в} \cdot m_{в} \cdot \Delta t$ , где $c_{в}$ — удельная теплоёмкость воды, $m_{в}$ — масса воды (100 г во всех опытах), $\Delta t$ — изменение температуры воды.

Проанализируем каждое утверждение на основе данных таблицы:

1) Количество теплоты, выделяемое нагретым телом, не зависит от вещества, из которого изготовлено тело.
Чтобы проверить зависимость от вещества, нужно сравнить опыты с одинаковой массой и одинаковой начальной температурой, но разными материалами. Сравним опыт №1 (медь, 100 г, 100 °C) и опыт №2, но в №2 температура 60 °C. Лучше сравнить опыт №3 (алюминий, 200 г, 100 °C) и опыт №4 (медь, 200 г, 100 °C). В опыте №3 вода нагрелась на 24 °C, а в опыте №4 — на 13 °C. Значит, количество выделенной теплоты разное, и оно зависит от вещества. Утверждение неверно.

2) Количество теплоты, выделяемое нагретым телом, зависит от массы этого тела.
Для проверки зависимости от массы выберем опыты с одинаковым веществом и одинаковой начальной температурой, но разной массой. Сравним опыт №1 (медь, 100 г, 100 °C) и опыт №4 (медь, 200 г, 100 °C). В первом случае вода нагрелась на 10 °C, во втором — на 13 °C. Изменение температуры воды разное, следовательно, количество теплоты зависит от массы. Утверждение верно.

3) При остывании цилиндров в первом и во втором опытах выделилось одинаковое количество теплоты.
Количество теплоты оценивается по изменению температуры воды $\Delta t$ . В опыте №1 $\Delta t = 10 \text{ °C}$ . В опыте №2 $\Delta t = 10 \text{ °C}$ . Так как масса воды в калориметре в обоих опытах одинакова (100 г), то и количество переданной теплоты $Q = c_{в} \cdot m_{в} \cdot \Delta t$ в этих опытах одинаково. Утверждение верно.

4) При остывании алюминиевого цилиндра в третьем опыте выделилось наименьшее количество теплоты.
Наименьшее количество теплоты выделится там, где изменение температуры воды $\Delta t$ минимально. В опыте №3 $\Delta t = 24 \text{ °C}$ — это самое большое значение в таблице. Следовательно, в третьем опыте выделилось наибольшее количество теплоты. Утверждение неверно.

5) Удельная теплоёмкость алюминия равна удельной теплоёмкости меди.
Удельная теплоёмкость — это табличная физическая величина, характеризующая вещество. Из физики известно (и это подтверждается сравнением опытов №3 и №4), что теплоёмкости алюминия и меди различны. При одинаковых массах и температурах алюминий отдал больше энергии ( $\Delta t = 24 \text{ °C}$ ), чем медь ( $\Delta t = 13 \text{ °C}$ ). Утверждение неверно.

Ответ: 23

Источник: ФИПИ