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熱功當量 一、焦耳實驗： 1.目的：使力學能完全轉換成熱，證實熱是一種能量，且測定功與熱二數量間之關係。 2.實驗裝置：如右圖。 3.步驟及原理： 1 二質量為公斤之重錘由高米處緩緩下降。 2 重錘下降所損失的位能悉由器內摩擦阻力化成水及容器 的熱量，使水和容器的溫度增高。 3 若重錘升降次後，可使質量克的水及水當量克的 容器溫度上升℃，則： 重錘下降，損失之重力位能對水及容器作功： 　（焦耳） 水及容器獲得的熱量（卡１） 絕熱狀態，因此全轉成。 二、熱功當量：欲產生一單位的熱量所需輸入的功。由焦耳實驗得： 例一：焦耳「熱功當量」實驗，若系統有熱傳遞到外界，則測出的熱功當量值應較實際值大 或小？（需列式說明） 例二：在焦耳實驗中，如兩錘之質量均為10公斤，落下之距離均為20公尺，容器中的水質 量為3.8公斤，原來水溫為20℃，實器及翼瓣之總質量為2公斤，其比熱為0.1卡／ 克-℃，實驗後水溫變為20.25℃，則由此實驗得到的功當量為　　　　。（） 練習：於焦耳熱功當量實驗中，容器中原有50克的水，測得溫度為20℃，再加入100克 30℃之熱水後，熱平衡時溫度為25℃。隨即使2個垂錘緩緩下降1.5米，設法使垂錘 回到原高處，再落下一樣之高度，如此重複21次，則最後之水溫為　　　℃，容器之 水當量為　　　克。（每個重錘；） P.12-19 例三：在焦耳的實驗裝置中，兩邊之垂錘各，設，且容器為絕熱，若重錘下 落之距離為20米，每次下落攪動水後，設法使垂錘回到原處，再使其下落，如此重複 20次後，已知槽中的水為，且容器的水當量為。 1 若垂錘下落之速度甚小，則水溫升高　　　℃。 2 若重錘以之加速度落下，20秒後再使重錘回到原處，再使其以 之加速度落下，如此重複20次後，則水溫升高　　　℃。（計算到小數點以下第 二位，第三位四捨五入。） 練習：於焦耳之熱功當量實驗中，各重錘之質量為，每次使之下落5米，以帶動蹼輪以 攪動容器中的水，水之質量為500公克，共下落42次。則： 若使重錘緩慢下落，則水溫升高若干？ 若重錘下落之加速度為4.8米／秒，則水溫升高若干？ 例四：一瀑布高420米。假設水落至瀑布底時的動能全部變成熱能，則瀑布底及頂點的水溫 相差約為　　　℃。（） 例五：雨點質量千克，由高米處以之等加速度自由落下，落入絕熱之水桶中，桶內裝 有千克之水，設最初雨點之溫度與桶中之水溫相同，不計水桶之吸熱，又水之比熱 設為卡／克-℃，則雨點落下後水溫升高若干℃？ A B C D E 練習： 1.一個洗澡用電熱水器，功率為，設自來水溫20℃，洗澡用水溫40℃，電功率有50 ％用於使水溫上升，問每秒有多少水流量？ P.12-20 2.高空下落的雨滴，因受到空氣阻力，落地前會以等速下降。一雨滴的質量為公斤， 落地後以等速度20公尺／秒下降，設在此等速運動期間，雨滴受空氣阻力所生之熱量全部 被雨滴吸收，且雨滴之質量保持不變，則此雨滴每秒溫度約升高幾度？ 5 B 0.5 C D E ℃ 例六：質量為之鉛塊以之速度沿光滑水平面運動，碰撞另一靜止質量為之鉛 塊。設碰撞後連為一體，若原來二鉛塊溫度相同，鉛之比熱為0.020卡／克-℃，則碰 撞後鉛塊溫度上升若干℃？ 例七：質量的物體，靜置於米的光滑桌緣，質量的物體水平碰撞後， 合體落在地面上距桌腳3.2米處（、為完全非彈性碰撞），若碰撞時所產生熱能的 84％為所吸收，且的比熱為0.1卡／克-℃，則的溫度上升　　　℃。 （） 練習： 1.1公斤的鐵錘，以25公尺／秒的速度敲擊放在地上重100克的銅塊。已知銅的比熱為0.093 卡／克-℃，假設有一半的力學能轉變為銅塊的熱能，則此銅塊的溫度增加　　　℃。 2.有一物質量以某速度正向碰撞質量為之物後合為一體，將力常數 之輕彈簧壓縮了1.2公尺，若、兩物體之比熱均為-℃，則撞 後、兩物之溫度升高若干？（1卡＝4.2焦耳） 例八：將一0℃之冰塊投向石壁，若冰塊動能之變為它熔解所需之熱量，且知冰塊有 熔解，則冰塊撞擊石壁之速度至少為　　　。（焦耳／卡，冰之熔化熱為 80卡／克） P.12-21 練習：如圖，光滑桌面上，一淺盤中置一冰塊質量，呈 靜止，一質量的子彈以的速度水平穿過， 穿出後速度變為，若子彈溫度不變，則此時冰盤整 體的速度為　　　；若子彈穿出後，冰未全熔化，則 可知有　　　克的冰熔化。（已知） P.12-22