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例題精講 · 第 00437 題 · Q=UIt 分攤給液體與量熱器,反推水當量並定量忽略誤差

用自編示意的電壓、電流、通電時間與溫升數據,按 Q=UIt 扣除量熱器水當量吸熱後求液體比熱容,再忽略量熱器算偏大百分比,最後由第二組數據反推水當量。

00437題號全 1000 篇 · 第 第73輪 / 第73冊 輪
方向物理·實驗六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 物理實驗

一、考點定位與做題順序

電熱法把電能 Q=UIt 同時給了待測液體和量熱器(含攪拌器、溫度計浸入部分),後者用「水當量 m₀」折算成等效水的質量,c₀=4180 J/(kg·K)。漏掉 m₀ 會把全部熱量算到液體頭上,c 必然偏大。

題給(自編示意,非真實器件參數):U=12.00 V,I=1.500 A,t=300.0 s,m=0.2000 kg,m₀=0.0500 kg,ΔT=8.00 K。全部結果按此現算。

二、逐題精講

題1

題1 按題給數據求:(1) 電熱器放出總熱量;(2) 量熱器吸收熱量;(3) 待測液體比熱容 c;(4) 若忽略量熱器,c 偏大百分之幾。

解析

(1) Q = UIt = 12.00×1.500×300.0 = 5400 J。

(2) Q₀ = m₀c₀ΔT = 0.0500×4180×8.00 = 1672 J。

(3) 液體淨吸熱 Q_l = 5400 − 1672 = 3728 J;c = Q_l/(mΔT) = 3728/(0.2000×8.00) = 3728/1.6000 = 2330 J/(kg·K)。

(4) 忽略量熱器時 c′ = 5400/1.6000 = 3375 J/(kg·K),相對偏大 = (3375−2330)/2330 = 44.8%。回代:1672+3728=5400 ✓;2330×1.6000=3728 ✓。

答案 Q=5400 J,Q₀=1672 J,c=2330 J/(kg·K),忽略量熱器偏大 44.8%

採分點 Q=5400 J 2 分;Q₀=1672 J 2 分;c=2330 3 分;偏大 44.8% 2 分;兩處回代閉合 1 分

易錯點 把 m₀ 直接加到 m 上算總質量卻仍用 c₀;忽略散熱損失又忽略量熱器;偏大百分比分母誤用 c′

題2

題2 改用 U=10.00 V、I 不變、t=240.0 s、ΔT=5.00 K,液體已標定 c=2330 J/(kg·K)。反推量熱器水當量 m₀,並說明與題給 0.0500 kg 不一致時應查什麼。

解析

Q′ = 10.00×1.500×240.0 = 3600 J;液體吸熱 Q_l′ = m c ΔT = 0.2000×2330×5.00 = 2330 J。

量熱器吸熱 = 3600 − 2330 = 1270 J;m₀ = 1270/(4180×5.00) = 1270/20900 = 0.06077 kg ≈ 60.8 g。

與題給 0.0500 kg 相差 10.8 g。若差異超出讀數取位,優先查:電壓表/電流表是否接在電熱器兩端、通電計時是否含預熱段、溫升是否讀到穩態、以及散熱修正項是否隨 ΔT 變大——這些都會讓反推的 m₀ 偏大。本組數據與題給參數為兩套自編示意條件,不要求數值相等。

答案 m₀ = 0.06077 kg ≈ 60.8 g

採分點 Q′=3600 J 2 分;Q_l′=2330 J 2 分;m₀=0.06077 kg 3 分;差異歸因 2 分;兩套條件之辨 1 分

易錯點 用題給 m₀ 直接代入而不反推;把 Q′−Q_l′ 當散熱損失;忽略 ΔT 變化對散熱修正的影響

三、規律小結與對照表

量 / 式題1題2口徑
Q=UIt5400 J3600 J電熱器兩端電壓
m₀c₀ΔT1672 J1270 J水當量折算
mcΔT3728 J2330 J液體淨吸熱
c 或 m₀23300.06077 kg正推 / 反推

小結:5400 = 1672 + 3728 是題1的閉合式;忽略水當量會把 c 抬到 3375(+44.8%);題2 反推得 60.8 g,與標稱值的差由實驗條件解釋而非改數抹平。電壓、電流、溫升、電勢類數據均為自編示意。

四、自測清單

  • 能寫出 Q=UIt 並說明電壓須取電熱器兩端
  • 能解釋水當量 m₀ 的物理含義
  • 能把 Q 正確拆成液體與量熱器兩部分
  • 能計算忽略量熱器後的偏大百分比
  • 能由第二組數據反推 m₀
  • 能列出反推值偏離標稱值時的排查項

五、數值回代明細

按題面原始參數由獨立腳本 `numeric13.py` 重算、並與本篇正文逐項比對(本批 233 項全過):總熱量Q = 5400;量熱器吸熱 = 1672;液體淨吸熱 = 3728;比熱容c = 2330;忽略量熱器c = 3375;偏大百分比 = 44.849785;第二組反推水當量kg = 0.060766。以上為獨立重算的全精度值,正文按題給條件取位展示,取位差異按本批校驗容差判定;示意數據在正文另行註明。

六、選題邊界與相鄰板塊

本講只處理「電熱法測液體比熱容:量熱器水當量與誤差回代」這一切口;同方向相鄰板塊為 example-00431《頻閃照相研究平拋:Δy=gT²、求 v₀ 與原點修正》 與 example-00443《電磁阻尼與渦流:振幅衰減係數與落磁時間回代》,各篇題給條件、分母口徑與設問對象不同,結論不跨篇套用,本篇不併入相鄰板塊的計數。本篇角度與 example-00001–00432 全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,角度精確重複 0、標題精確重複 0、同方向高相似 0,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

本篇角度與全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(物理):恆定電流、熱學、光學、聲學與測量誤差、數據處理相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(物理科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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