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【原题】 两质量相同的钢球从沸水中取出,分别放入等质量、温度相同的煤油和水中(温度都低于钢球),不计热损失,热平衡时( )
A、水和煤油的温度一样 B、煤油的温度高 C、水的温度高 D、无法确定
一、数学推导
如图1,假设为1个标准气压,钢球的初温为100℃,煤油的质量为m,初温为t,热平衡后末温为t油。如图2,钢球的初温为100℃,水的质量为m,初温为t,热平衡后末温为t水。 , , 。
,符合题意,故选B
二、排除法
假如A正确,末温t煤油=t水,则Δt钢相等,那么钢球放出的热量Q放相等,钢球放出一样的热量,被质量相等的水和煤油吸收,由于C水>C煤油,所以Δt水<Δt煤油,煤油的末温要高些,故选B。
三、图像法
建立函数图。钢球放热降温,但钢球的温度并不是均匀下降的。当钢球与水或煤油的温度差越大时,热传递速度越快,钢球降温也越快。
水和煤油均吸热升温,吸收的热量来自于同一热源——钢球,由于C水>C煤油,故水升温较慢。可以在同一坐标系中画出水和煤油的温度随时间变化的大致图像。同时在同一个坐标系中将钢球、水、煤油三种物质温度随时间变化规律用图像表示。分析图像便知:煤油与钢球先达到热平衡,水后与钢球达到热平衡,末温t水 以上三种方法各有优劣。第一种方法,把这个物理问题完全当成一个数学问题在解答。其优点在于数学推理过程严谨,结果准确可靠,其缺点在于推理过程较复杂,而且對于学生理解“吸热本领”这一概念没有帮助。
第二种方法,学生容易掌握。但排除法“猜”的成分比较多,并不严谨。第三种方法,不失为最好的一种,理由如下:①函数图像既能定量分析,又能形象直观的反映出整个热传递过程。②通过函数图像的绘制,能加深学生对“吸热能力”的理解,即:质量相同的不同物质,吸收相同的热量,升高的温度越少,吸热本领越强。③学生容易掌握,此方法唯一的难点在于:钢球的温度并不是均匀下降的,而是温度差越大,下降越快。对于学生来说,这一生活经验也不难理解。
A、水和煤油的温度一样 B、煤油的温度高 C、水的温度高 D、无法确定
一、数学推导
如图1,假设为1个标准气压,钢球的初温为100℃,煤油的质量为m,初温为t,热平衡后末温为t油。如图2,钢球的初温为100℃,水的质量为m,初温为t,热平衡后末温为t水。 , , 。
,符合题意,故选B
二、排除法
假如A正确,末温t煤油=t水,则Δt钢相等,那么钢球放出的热量Q放相等,钢球放出一样的热量,被质量相等的水和煤油吸收,由于C水>C煤油,所以Δt水<Δt煤油,煤油的末温要高些,故选B。
三、图像法
建立函数图。钢球放热降温,但钢球的温度并不是均匀下降的。当钢球与水或煤油的温度差越大时,热传递速度越快,钢球降温也越快。
水和煤油均吸热升温,吸收的热量来自于同一热源——钢球,由于C水>C煤油,故水升温较慢。可以在同一坐标系中画出水和煤油的温度随时间变化的大致图像。同时在同一个坐标系中将钢球、水、煤油三种物质温度随时间变化规律用图像表示。分析图像便知:煤油与钢球先达到热平衡,水后与钢球达到热平衡,末温t水
第二种方法,学生容易掌握。但排除法“猜”的成分比较多,并不严谨。第三种方法,不失为最好的一种,理由如下:①函数图像既能定量分析,又能形象直观的反映出整个热传递过程。②通过函数图像的绘制,能加深学生对“吸热能力”的理解,即:质量相同的不同物质,吸收相同的热量,升高的温度越少,吸热本领越强。③学生容易掌握,此方法唯一的难点在于:钢球的温度并不是均匀下降的,而是温度差越大,下降越快。对于学生来说,这一生活经验也不难理解。