Question

（2004?青島）物質(zhì)的特性及其應用
曉麗收集到了如下的一些金屬特性數(shù)據(jù)：

金屬	密度/（×103kg/m3）	熔點/℃	比熱容/[J/（kg?℃）]	導熱性能	導電性能
鋁	2.7	660	0.88	4	4
銅	8.9	1083	0.39	2	2
金	19.3	1063	0.13	3	3
鋼鐵	7.9	1540	0.46	8	7
鉛	11.3	327	0.13	9	9
銀	10.5	961	0.24	1	1

（注：導電性能、導熱性能的數(shù)值越小表示性能越好）
利用這個金屬特性表，曉麗解決了不少問題：
（1）下圖表示其中

鉛

金屬的熔化過程，圖象的

BC

段表示該金屬處于固液共存狀態(tài)，熔化用了

15min

時間．除金屬外，常見的晶體還有

冰

、

食鹽

等．

（2）曉麗買了一件工藝品，但不知究意是什么金屬制成的．于是她用天平和量筒對該工藝品的密度進行了測量，得到以下表格中的一些數(shù)據(jù)．請結(jié)合下圖將表格填完整．

金屬塊的質(zhì)量m/g	水的體積V1/ml	金屬塊和水的體積V2/ml	金屬塊的體積V/cm3	金屬塊的密度ρ/（kg/m3）
10.8	14

通過測量，發(fā)現(xiàn)這件工藝品是用表中

鋁

金屬制成的，這種金屬在日常生活中應用廣泛，例如：

鋁制燒水壺

．這種金屬的質(zhì)量與體積的關系可用圖象中的

c

直線來表示．圖中直線a表示的是表中

鐵（鋼）

金屬的質(zhì)量與體積的關系．
請你畫出工藝品靜止在上圖量筒底部時的受力示意圖（不計繩子的拉力）．
（3）為了研究金屬的吸熱能力，曉麗做了如下的探究：
器材與裝置：兩個燒杯、兩支溫度計、質(zhì)量相同的水和鐵粉．

探究過程：將分別盛有水和鐵粉的燒杯放到陽光下照射，用溫度計每隔一段時間測一測溫度，得到如下實驗數(shù)據(jù)：

時間/min 溫度/℃	0	3	6	9	12	15	…
鐵粉	15	17	20	22	24	27	…
水	15	16	17	18	18	19	…

曉麗換用其它金屬與水一起做相同的實驗，均得出相似的數(shù)據(jù)．她經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論：質(zhì)量相同的金屬和水在陽光下照射相同的時間，金屬升高的溫度比水的

大

．為比較物質(zhì)這種能力的不同，引入了比熱容這一物理量．
因此，曉麗解釋了家中暖氣片內(nèi)用水做循環(huán)物質(zhì)的原因：因為水的比熱容比較

大

．
（4）一個密度為ρ、底面積是S的圓柱體金屬塊，放在水平地面時，對地面的壓強為p．曉麗要用一個動滑輪將它運送到樓上，動滑輪的機械效率為η，則圓柱體的質(zhì)量有多大？勻速上提時曉麗要用多大的力？（已知重力與質(zhì)量的比值為g）

Answer 1

分析：（1）從圖象中辨別晶體與非晶體主要看這種物質(zhì)是否有一定的熔點，即有一段時間這種物質(zhì)吸熱，但溫度不升高，而此時就是這種物質(zhì)熔化的過程，根據(jù)熔點即可知道物質(zhì)的種類．圖中從第10min開始熔化，到第25min結(jié)束，這段時間物體處于熔化過程中．
（2）①通過量筒可讀出金屬塊和水的體積，讀數(shù)時注意觀察量筒的分度值，再通過計算得出金屬塊的體積；金屬塊的密度可根據(jù)表中數(shù)據(jù)，利用密度公式計算得出；
②分析圖象中的圖線，找出對應點，可估算三種物質(zhì)的密度，再根據(jù)測量結(jié)果與三種物質(zhì)的密度相對照，可確定是哪一種物質(zhì)，圖線所表示的是三種最常見的金屬的密度，是我們所熟知的；③
③靜止在量筒底部的工藝品受豎直向下的重力和豎直向上的支持力、浮力作用；作用點都在物體的重心．
（3）單位體積某種物質(zhì)，溫度升高1℃所吸收的熱量叫做這種物質(zhì)的比熱容．
（4）圓柱體金屬塊，放在水平地面時，此時重力就等于它對地面的壓力，再根據(jù)壓強公式及其變形即可求出圓柱體的質(zhì)量；
根據(jù)動滑輪的機械效率η=

Gh

FS

即可求出F．

解答：解：（1）讀圖可知，BC段時這種物質(zhì)吸熱，但溫度不再升高，說明此時物質(zhì)達到了熔點，即327℃，因此這種物質(zhì)是鉛，而且此時物質(zhì)處于固液共存的狀態(tài)．從10min開始熔化，到第25min結(jié)束，該過程從開始熔化到完全熔化大約持續(xù)了15min．屬于晶體的物質(zhì)還有：冰，食鹽等．
故答案為：鉛；BC；15min；冰、食鹽．
（2）①讀圖可知，量筒的分度值為1mL，故其示數(shù)為10mL+8mL=18mL=18cm³；金屬塊的體積v=18cm³-14cm³=4cm³；金屬塊的密度ρ=

m

v

=

10.8g

4cm3

=2.7g/cm³=2.7×10³kg/m³；如下表所示：

金屬塊的質(zhì)量m/g	水的體積V1/ml	金屬塊和水的體積V2/ml	金屬塊的體積V/cm3	金屬塊的密度ρ/（kg/m3）
10.8	14	18	4	2.7×103

②該金屬的密度為2.7×10³kg/m³與金屬鋁的密度相同，故可初步斷定，這個工藝品是用金屬鋁制成的；鋁在日常生活中的應用非常廣泛，如用作室外導線，各種廚房用具，如鋁鍋、鋁壺、鋁勺等；從圖象中畫出對應點，如右圖所示．可以粗略估計c的密度在2.7g/cm³附近，a的密度在7.9g/cm³附近，因此，c表示的是鋁的質(zhì)量與體積的關系，a表示的是鋼鐵的質(zhì)量與體積的關系．
故答案為：鋁；鋁制燒水壺；c；鐵（鋼）．
③過物體重心沿表示出重力、支持力以及浮力的方向；如圖所示：
 
（3）水和鐵質(zhì)量是相同的；讓太陽光同時照射，照射時間相同的情況下，水和鐵吸收的熱量就相同，觀察表中數(shù)據(jù)得：水和鐵的初溫相同，照射相同時間后，它們的溫度不再相同，即水和鐵升高的溫度不同，鐵升高的溫度要高．這個實驗說明了質(zhì)量相同的不同物質(zhì)的吸熱能力是不同的．家中暖氣片內(nèi)用水做循環(huán)物質(zhì)的原因：因為水的比熱容比較大．
故答案為：大；大．
（4）由P=

F

S

得F=PS也就是G=PS，G=mg
所以mg=PS，由此得m=

PS

g

；由動滑輪的機械效率為η得：η=

Gh

FS

因是動滑輪，所以S=2h，將S=2h代入上式可得：
η=

Gh

F×2h

=

G

2F

=

PS

2F

，由此可得F=

PS

2η

．
答：圓柱體的質(zhì)量為

PS

g

；勻速上提時曉麗要用的力是

PS

2η

．

點評：此題是個綜合實驗題目，考查了晶體和非晶體區(qū)別、密度的運用、比熱容知識、壓強的大小及其計算、動滑輪拉力的計算、重力的計算、機械效率等，此題綜合性較強，要求同學們熟練掌握這些計算公式．