Формулу легко переписать, но хорошее физическое решение должно выдержать проверку. На этом уроке мы научимся не только получать число, но и объяснять, почему выбрана именно эта формула, что означает ответ и правдоподобен ли он.
Мы рассматриваем нагревание и охлаждение тела без плавления, кипения и других фазовых переходов. Смешивание жидкостей и уравнение теплового баланса относятся к следующим темам.
Разобранная оценка масштаба

Постановочный кадр помогает оценить масштаб задачи. Бутылку не нагревают и не используют как измерительный прибор.
В закрытой бутылке примерно 0,50 кг воды. Какой порядок количества теплоты потребуется, чтобы температура воды изменилась на 10 ∘C: десятки джоулей, десятки килоджоулей или тысячи килоджоулей? Сначала запиши оценку, затем сверь её с разобранным вычислением ниже.
Для воды c=4200 Дж/(кг⋅∘C), поэтому
∣Q∣=cm∣Δt∣=4200⋅0,50⋅10=21000 Дж=21 кДж.
Оценка «десятки килоджоулей» верна. Такая предварительная прикидка помогает заметить потерянный множитель 1000.
Маршрут решения
Используй одну и ту же последовательность:
- Дано и вопрос. Выпиши величины и назови неизвестную.
- СИ. Переведи граммы в килограммы, а килоджоули — в джоули.
- Формула. Запиши связь в общем виде и вырази неизвестную.
- Число. Подставь значения вместе с единицами.
- Смысл. Проверь единицу, порядок величины и направление передачи энергии.
Основная связь для модуля количества теплоты:
∣Q∣=cm∣Δt∣,∣Δt∣=∣t2−t1∣.
Из неё получаем:
m=c∣Δt∣∣Q∣,c=m∣Δt∣∣Q∣,∣Δt∣=cm∣Q∣.
Здесь c — удельная теплоёмкость вещества, m — масса тела, а ∣Δt∣ — модуль изменения температуры. Если тело нагревается, оно получает энергию; если охлаждается — отдаёт. В задачах на «сколько теплоты отдало тело» обычно находят положительный модуль ∣Q∣, а направление называют словами.
Полный пример: охлаждение детали

Это постановочная иллюстрация условия. Шкала на изображении не является источником числовых данных; все данные приведены в тексте.
Алюминиевая деталь массой 600 г охлаждается от 85 ∘C до 25 ∘C. Удельная теплоёмкость алюминия c=900 Дж/(кг⋅∘C). Какое количество теплоты деталь отдаёт?
1. Дано и вопрос: m=600 г, t1=85 ∘C, t2=25 ∘C, найти ∣Q∣.
2. СИ:
600 г=0,600 кг.
3. Формула:
∣Δt∣=∣25−85∣=60 ∘C,∣Q∣=cm∣Δt∣.
4. Вычисление:
∣Q∣=900⋅0,600⋅60=32400 Дж=32,4 кДж.
5. Проверка: единицы сокращаются до джоуля,
кг⋅∘CДж⋅кг⋅∘C=Дж.
Обратная подстановка даёт 32400/(900⋅0,600)=60 ∘C. Деталь охлаждалась, значит она отдала 32,4 кДж энергии.
Как сравнивать без длинных вычислений

Учебная модель сравнения: массы и переданное количество теплоты считаются одинаковыми.
Пусть одинаковые массы воды, алюминия и меди получили одинаковое количество теплоты. Из формулы
∣Δt∣=cm∣Q∣
видно: при одинаковых Q и m сильнее изменится температура вещества с меньшей удельной теплоёмкостью. Для школьных округлённых значений
| Вещество | c, Дж/(кг·°C) | Изменение температуры при одинаковых Q и m |
|---|
| медь | 400 | наибольшее |
| алюминий | 900 | среднее |
| вода | 4200 | наименьшее |
Следовательно, порядок убывания ∣Δt∣: медь → алюминий → вода. Это вывод из зависимости, а не свойство изображения.
Данные на графике

Постановочный фон для работы с графиком; координаты задачи заданы ниже текстом.
Для тела массой 0,50 кг точка линейного участка графика t(Q) имеет координаты: Q=18 кДж, температура изменилась от 20 ∘C до 60 ∘C. Определим вещество:
∣Δt∣=60−20=40 ∘C,Q=18000 Дж,
c=m∣Δt∣∣Q∣=0,50⋅4018000=900 Дж/(кг⋅∘C).
Полученное значение близко к алюминию по школьной таблице. Поскольку t=t0+Q/(cm), увеличение массы при том же веществе уменьшает наклон графика t(Q).
Частые ошибки
| Ошибка | Как исправить |
|---|
| 250 г=0,025 кг | Делить на 1000: 250 г=0,250 кг |
| Δt=t2+t1 | Находить разность температур: ∣Δt∣=∣t2−t1∣ |
| m=∣Q∣c∣Δt∣ | При выражении массы произведение переносится в знаменатель |
| В формулу подставлено 42, хотя дано 42 кДж | Сначала записать 42000 Дж |
| Получено число без пояснения | Указать единицу и сказать, получило или отдало тело энергию |
Самостоятельная практика
A. Найди количество теплоты. Медная заготовка массой 0,40 кг нагрелась от 20 ∘C до 70 ∘C. Для меди c=400 Дж/(кг⋅∘C).
- Найди ∣Δt∣.
- Вычисли полученное количество теплоты в джоулях и килоджоулях.
- Проверь единицу.
- Объясни направление передачи энергии.
B. Вырази массу. Вода получила 84 кДж и нагрелась на 20 ∘C. Для воды c=4200 Дж/(кг⋅∘C). Найди массу воды и выполни обратную проверку.
C. Используй данные новой точки графика. С графика считано: тело массой 0,25 кг получило 10 кДж, а его температура изменилась от 15 ∘C до 55 ∘C. Найди c и предположи вещество по школьной таблице.
Проверь себя
- Почему перед подстановкой 300 г нужно записать как 0,300 кг?
- Чем конечная температура отличается от изменения температуры?
- Как выразить массу из формулы ∣Q∣=cm∣Δt∣?
- Как изменится ∣Q∣, если при неизменных c и ∣Δt∣ массу увеличить вдвое?
- Как по смыслу проверить ответ для охлаждающегося тела?
- У какого из двух одинаковых по массе тел температура изменится сильнее при одинаковом Q: с большим или меньшим c?
Сначала запиши все ответы и только затем переходи к разбору.
Ответы
- Формула записана в единицах СИ; в ней массу подставляют в килограммах.
- Конечная температура — одно состояние t2, а изменение — разность ∣t2−t1∣.
- m=∣Q∣/(c∣Δt∣).
- Количество теплоты увеличится вдвое.
- Температура уменьшается, следовательно, тело отдаёт энергию; найденный положительный результат — модуль отданного количества теплоты.
- У тела с меньшим c, потому что ∣Δt∣=∣Q∣/(cm).
Самостоятельная практика:
A.
∣Δt∣=70−20=50 ∘C,
∣Q∣=400⋅0,40⋅50=8000 Дж=8,0 кДж.
Единица результата — джоуль. Заготовка нагрелась, значит она получила энергию.
B. Сначала 84 кДж=84000 Дж, затем
m=4200⋅2084000=1,0 кг.
Обратная проверка: 4200⋅1,0⋅20=84000 Дж.
C. Здесь ∣Δt∣=40 ∘C и Q=10000 Дж, поэтому
c=0,25⋅4010000=1000 Дж/(кг⋅∘C).
Значение ближе всего к алюминию, но отличается от школьного табличного 900 Дж/(кг⋅∘C). Такое определение по графику является приближённым.
Короткий итог
- Решение защищает маршрут: дано → СИ → формула → число → смысл.
- Для нагревания и охлаждения без фазового перехода используют ∣Q∣=cm∣Δt∣.
- Неизвестную выражают до подстановки чисел.
- Ответ проверяют по единице, порядку величины, обратной подстановке и направлению передачи энергии.
- Смешивание, тепловой баланс и фазовые переходы в этот урок не входят.
Комментарии
Войдите, чтобы оставлять комментарии.
Пока нет комментариев. Будьте первым!