第6章 第2节 热传递与比热容-2021年初中物理竞赛及自主招生大揭秘专题突破 Word版有答案

第二节 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，并且将一直继续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失，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，内能减少(确切地说是物体里的分子做无规则运动的平均动能减小)，低温物体吸收热量，温度升高，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互相撞击，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，不需要任何介质，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。忽略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情况下，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、下表面向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向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)一般情况下，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。如果户外温度为，则房内温度为18℃；如果房外温度为，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，光从太阳传到地球需要，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均匀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 ... ...