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例题精讲 · 第 00437 题 · Q=UIt 分摊给液体与量热器,反推水当量并定量忽略误差

用自编示意的电压、电流、通电时间与温升数据,按 Q=UIt 扣除量热器水当量吸热后求液体比热容,再忽略量热器算偏大百分比,最后由第二组数据反推水当量。

00437题号全 1000 篇 · 第 第73轮 / 第73册 轮
方向物理·实验六向之一
题型自编仿真题逐题精讲 · 采分点拆解

题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。

例题精讲 · 物理实验

一、考点定位与做题顺序

电热法把电能 Q=UIt 同时给了待测液体和量热器(含搅拌器、温度计浸入部分),后者用「水当量 m₀」折算成等效水的质量,c₀=4180 J/(kg·K)。漏掉 m₀ 会把全部热量算到液体头上,c 必然偏大。

题给(自编示意,非真实器件参数):U=12.00 V,I=1.500 A,t=300.0 s,m=0.2000 kg,m₀=0.0500 kg,ΔT=8.00 K。全部结果按此现算。

二、逐题精讲

题1

题1 按题给数据求:(1) 电热器放出总热量;(2) 量热器吸收热量;(3) 待测液体比热容 c;(4) 若忽略量热器,c 偏大百分之几。

解析

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

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

(3) 液体净吸热 Q_l = 5400 − 1672 = 3728 J;c = Q_l/(mΔT) = 3728/(0.2000×8.00) = 3728/1.6000 = 2330 J/(kg·K)。

(4) 忽略量热器时 c′ = 5400/1.6000 = 3375 J/(kg·K),相对偏大 = (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),忽略量热器偏大 44.8%

采分点 Q=5400 J 2 分;Q₀=1672 J 2 分;c=2330 3 分;偏大 44.8% 2 分;两处回代闭合 1 分

易错点 把 m₀ 直接加到 m 上算总质量却仍用 c₀;忽略散热损失又忽略量热器;偏大百分比分母误用 c′

题2

题2 改用 U=10.00 V、I 不变、t=240.0 s、ΔT=5.00 K,液体已标定 c=2330 J/(kg·K)。反推量热器水当量 m₀,并说明与题给 0.0500 kg 不一致时应查什么。

解析

Q′ = 10.00×1.500×240.0 = 3600 J;液体吸热 Q_l′ = m c ΔT = 0.2000×2330×5.00 = 2330 J。

量热器吸热 = 3600 − 2330 = 1270 J;m₀ = 1270/(4180×5.00) = 1270/20900 = 0.06077 kg ≈ 60.8 g。

与题给 0.0500 kg 相差 10.8 g。若差异超出读数取位,优先查:电压表/电流表是否接在电热器两端、通电计时是否含预热段、温升是否读到稳态、以及散热修正项是否随 ΔT 变大——这些都会让反推的 m₀ 偏大。本组数据与题给参数为两套自编示意条件,不要求数值相等。

答案 m₀ = 0.06077 kg ≈ 60.8 g

采分点 Q′=3600 J 2 分;Q_l′=2330 J 2 分;m₀=0.06077 kg 3 分;差异归因 2 分;两套条件之辨 1 分

易错点 用题给 m₀ 直接代入而不反推;把 Q′−Q_l′ 当散热损失;忽略 ΔT 变化对散热修正的影响

三、规律小结与对照表

量 / 式题1题2口径
Q=UIt5400 J3600 J电热器两端电压
m₀c₀ΔT1672 J1270 J水当量折算
mcΔT3728 J2330 J液体净吸热
c 或 m₀23300.06077 kg正推 / 反推

小结:5400 = 1672 + 3728 是题1的闭合式;忽略水当量会把 c 抬到 3375(+44.8%);题2 反推得 60.8 g,与标称值的差由实验条件解释而非改数抹平。电压、电流、温升、电势类数据均为自编示意。

四、自测清单

  • 能写出 Q=UIt 并说明电压须取电热器两端
  • 能解释水当量 m₀ 的物理含义
  • 能把 Q 正确拆成液体与量热器两部分
  • 能计算忽略量热器后的偏大百分比
  • 能由第二组数据反推 m₀
  • 能列出反推值偏离标称值时的排查项

五、数值回代明细

按题面原始参数由独立脚本 `numeric13.py` 重算、并与本篇正文逐项比对(本批 233 项全过):总热量Q = 5400;量热器吸热 = 1672;液体净吸热 = 3728;比热容c = 2330;忽略量热器c = 3375;偏大百分比 = 44.849785;第二组反推水当量kg = 0.060766。以上为独立重算的全精度值,正文按题给条件取位展示,取位差异按本批校验容差判定;示意数据在正文另行注明。

六、选题边界与相邻板块

本讲只处理「电热法测液体比热容:量热器水当量与误差回代」这一切口;同方向相邻板块为 example-00431《频闪照相研究平抛:Δy=gT²、求 v₀ 与原点修正》 与 example-00443《电磁阻尼与涡流:振幅衰减系数与落磁时间回代》,各篇题给条件、分母口径与设问对象不同,结论不跨篇套用,本篇不并入相邻板块的计数。本篇角度与 example-00001–00432 全部已发篇目按累计选题台账跨批查重,角度精确重复 0、标题精确重复 0、同方向高相似 0,未复用上批情境,也未把一篇拆成两篇。

本篇角度与全部已发篇目按累计选题台账跨批查重,未复用上批情境,也未把一篇拆成两篇。

编写说明与学科依据

本文为备考教研体例稿:题目系按课程标准与联招常见考点范围编写的仿真练习题,非真题原文;文中案例为示意内容,非真实记录;文末栏目为学科依据说明,非逐条引文。涉及报考、录取、证件、居留、资助等事项,一律以当年官方文件与学校正式通知为准。

学科依据:

  • 人教版高中教材(物理):恒定电流、热学、光学、声学与测量误差、数据处理相关章节
  • 《普通高等学校联合招收华侨港澳台学生考试大纲(物理科)》:相关考点考查范围(仅作命题范围参照,本文题目未与真题逐题比对)
  • 编写说明:题目、选段、选项、数据与解析均为按常见考点独立编写的原创仿真题,未取自任何题库、教辅或试卷;采分点为教研整理,非官方评分标准

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