Question

小麗同學(xué)用如圖1所示裝置探究水沸騰的有關(guān)特點，他用一臺功率為420W恒定的電加熱器給質(zhì)量為0.75kg的水加熱，假設(shè)電加熱器產(chǎn)生的熱量全部被水吸收，得到了水的溫度隨時間變化的關(guān)系如圖2．

（1）由圖2可知，水的沸點是______℃，此時的大氣壓______一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（填“大于”“小于”或“等于”），水從加熱到沸騰所需的時間為______min；
（2）水沸騰前所吸收的熱量為多少？（c_水=4.2×10³J/（kg?℃））；
（3）水沸騰前電加熱器消耗的電能為______J．
（4）小麗通過查找資料知道，不同液體汽化時所吸收的熱量不同．物理學(xué)規(guī)定：單位質(zhì)量的某種液體，汽化成同溫度的氣體時吸收的熱量叫這種液體的汽化熱，用字母L表示．
她想利用該裝置來測量水的汽化熱．
①原理探究：若質(zhì)量為m的液體在T℃時全部汽化成T℃的氣體時，吸收的熱量為Q，請寫出該液體的汽化熱的表達(dá)式：L=______．
②數(shù)據(jù)記錄和處理：

電加熱器的功率/W	420
水剛開始沸騰時裝置的初質(zhì)量/g	950
停止加熱時裝置的末質(zhì)量/g	710
從開始沸騰到停止加熱的時間/min	20

汽化成水蒸汽的水的質(zhì)量m=______kg；汽化成水蒸汽的水所吸收的熱量是______J（不計熱損失）；則水的汽化熱L=______J/kg．

Answer 1

解：（1）讀圖可知，當(dāng)水達(dá)到100℃時，繼續(xù)加熱，溫度不再升高，這就是水的沸點，此時的大氣壓等于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；圖象中顯示，水從開始加熱計時，到達(dá)到沸點共歷時10分鐘；
（2）水沸騰前所吸收的熱量：Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×0.75kg×（100℃-20℃）=2.52×10⁵J；
（3）電加熱器消耗的電能：W=Pt=420W×10×60s=2.52×10⁵J；
（4）①根據(jù)汽化熱的定義可得，汽化熱的表達(dá)式為L=；
②汽化成水蒸氣的水的質(zhì)量：m=950g-710g=240g=0.24kg；
汽化成水蒸氣的水所吸收的熱量：W′=Pt′=420W×20×60s=5.04×10⁵J；
水的汽化熱：L===2.1×10⁶J/kg．
故答案為：（1）100，等于，10；（2）水沸騰前所吸收的熱量為2.52×10⁵J；（3）2.52×10⁵；（4）①； ②0.24，5.04×10⁵，2.1×10⁶．
分析：（1）從圖象看，當(dāng)水吸熱但不再升溫時，說明此時對應(yīng)的溫度就是水的沸點，水在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點是100℃，水從加熱到沸騰的時間，就是圖象中溫度上升的一段所對應(yīng)的時間；
（2）根據(jù)吸熱公式Q_吸=cm（t-t₀），可求出水沸騰前吸收的熱量；
（3）水沸騰前電加熱器消耗的電能可利用公式W=Pt求出；
（4）①根據(jù)汽化時溫度不變這一特點可知，結(jié)合汽化熱的概念，可得出它的定義式；
②汽化成水蒸氣的質(zhì)量可用初質(zhì)量減去末質(zhì)量求出；汽化成水蒸氣的水所吸收的熱量則利用W=Pt求出；最后利用汽化熱的公式求計算出水的汽化熱．
點評：（1）考查了水沸騰圖象的分析，氣壓與水的沸點的關(guān)系；
（2）重點考查吸熱公式的計算；
（3）重點考查電功公式的計算，雖然與吸熱的數(shù)值相同，但這只是在理想狀態(tài)下，即放出的熱量全部被水吸收；
（4）①根據(jù)物理量的定義得出定義式，這也是我們在學(xué)習(xí)物理概念時經(jīng)常用到的；②利用表格中的數(shù)據(jù)，選對公式或方法是解決此問題的關(guān)鍵．