2024年初中物理竞赛及自主招生专题讲义第六讲热学第二节热传递与比热容含解析.docxVIP

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其次节热传递与比热容

一、热传递

热传递是指热量从高温物体传到低温物体，或者从物体的高温部分传到低温部分的过程。热传递是自然界普遍存在的一种自然现象。只要物体之间或同一物体的不同部分之间存在温度差，就会有热传递发生，并且将始终接着到温度相同的时候为止。发生热传递的唯一条件是存在温度差，与物体的状态、物体间是否接触都无关。热传递的结果是温差消逝，即物体达到相同的温度。

在热传递过程中，高温物体放出热量，温度降低，内能削减（准确地说是物体里的分子做无规则运动的平均动能减小），低温物体汲取热量，温度上升，内能增加。因此，热传递的实质就是能量从高温物体向低温物体转移的过程，这是能量转移的一种方式。热传递转移的是内能，而不是温度。

热传递有三种方式：热传导、热对流和热辐射。热传导实质是由物质中大量的分子热运动相互撞击，而使能量从高温物体传给低温物体，或由物体的高温部分传至低温部分的过程。在热传导的过程中，物质的分子并未迁移。热对流是发生在流体（液体和气体）中的一种热传递现象，流体中温度不同的各部分之间发生相对移动时所引起的热量传递的过程；流体内各部分温度不同时，会导致各部分密度不同，一般说来温度高，则密度小，温度低，则密度大，这样密度大小不同的各部分就会产生相对位移，从而使得热量发生转移。物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射，热辐射是指物体的内能转化为电磁波的能量而进行的辐射过程。用辐射方式传递热，不须要任何介质，因此，辐射可以在真空中进行，地球上得到太阳的热就是太阳通过辐射的方式传来的。

热传递的快慢和多种因素有关，比如物体的温差、物质种类、接触面积等。

例1（上海第30届大同杯初赛）一厚度为的薄金属盘悬吊在空中，其上表面受太阳直射，空气的温度保持不变，经过一段时间，金属盘上表面和下表面的温度分别保持为和。假设单位时间内金属盘每个表面散失到空气中的能量与此表面和空气的温度差以及此表面的面积成正比；单位时间内金属盘上、下表面之间传递的热量与金属盘的厚度成反比，与两表面之间的温度差和表面面积成正比。忽视金属盘侧面与空气之间的热传递。那么，在金属盘的厚度变为而其他条件不变的状况下，金属盘上、下表面温度稳定之后，金属盘上表面的温度将变为（）。

A． B．

C． D．

分析与解横截面积为、厚度为的金属盘稳定时，单位时间内上表面接收到的热量等于上、下两个表面散失的热量，设单位时间内上、下表面对空气散热的比例系数为，因此有

①

单位时间内下表面接收到上表面传来的热量等于下表面散失的热量，设单位时间内上表面对下表面散热的比例系数为，因此有

②

当厚度为的金属盘稳定后，有

③

④

由①③式，可得，由②④式，可得，解得，，因此本题正确选项为D。

例2（上海第27届大同杯初赛）一般状况下，单位时间内高温物体向低温物体传递的热量与两个物体的温差成正比。冬天的北方比较冷，房间内都有供暖系统。假如户外温度为，则房内温度为18℃；假如房外温度为，则房内温度为12℃。那么，房间暖气管的温度为（）。

A．75℃ B．70℃ C．65℃ D．60℃

分析与解设单位时间内暖气向房间的散热量为，单位时间内房间向室外的散热量为，则房间温度稳定时有，设暖气片温度为，则当户外温度为时有，当房外温度为时，有，两式联立可得，解得，选项正确。

例3太阳每秒辐射的能量可达，光从太阳传到地球须要，地球半径，那么地球上每秒能接受到多少太阳能？

分析与解设光速为，太阳辐射的能量到达地球时，传播的距离为日、地之间的距离：，太阳每秒发出的能量匀称分布在以太阳为中心、以为半径的球面上，则单位面积上分布的能量为，地球正对着太阳的面积为，则地球单位时间内接受的太阳能为，代入数据得。

二、比热容

1．比热容的概念

比热容简称比热，指单位质量的某种物质上升单位温度所需的热量。国际单位制中的单位是（焦耳每千克摄氏度）或（是指热力学温标）计算比热容的公式为。值得留意的是，比热容不随物质的质量、汲取（或放出）热量的多少及温度的变更而变更；只要是相同的物质，不论形态、质量、温度凹凸、放置地点如何，比热容一般都相同。

比热容是物质的特性之一，不同物质的比热容一般不同，它反映了不同物质吸、放热本事的强弱，利用物质的这种性质可以鉴别物质。依据，质量相同的不同物质，温度变更相同时，比热容大的物质，所须要汲取或放出的热量更多，因此比热容大的物质温度不易变更，比热容是物质“热惯性”的量度。

对于同一种物质，比热容的值还与物质的状态有关，同一种物质在同一状态下的比热容是肯定的，但在不同状态下，比热容是不同的。

水的比热容是，其物理意义是：质量为的水温度上升（或降低）1℃时所汲取（或放出）的热量为。

例