初中定量 · 高中复核 · 热学 · 能量守恒

两杯水混合,温度一定取平均吗?

同种液态水、隔热、忽略容器热容,无相变;0–90°C范围。多倒一份热水,比较混合后的平衡温度。

问题的来处18世纪 · 约瑟夫·布莱克与量热

混合量热:问题从哪里来?

冷热水混合后的温度为什么不总是两个温度的平均?布莱克等研究者区分温度、热量和热容量,让量热成为研究物质性质的方法。

读一段背景,带着问题动手

冷热水混合后的温度为什么不总是两个温度的平均?布莱克等研究者区分温度、热量和热容量,让量热成为研究物质性质的方法。

本页先用相同物质的理想绝热混合。改变质量而非只看温度;容器吸热、散热和相变都被排除,现实测量需要另算。

现在,换你来试多倒一份热水,比较混合后的平衡温度。 固定其他条件,亲手将热水质量分别设为0.5和1kg,各核验一次;平衡温度更靠近哪一杯的初温?

混合量热

P27 / 热学
今天的问题

平衡温度更靠近哪一杯的初温?

独立探索要做什么?

多倒一份热水,比较混合后的平衡温度。 固定其他条件,亲手将热水质量分别设为0.5和1kg,各核验一次;平衡温度更靠近哪一杯的初温?

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
先看一次,再亲手试

从2到0.1 kg逐步改变热水质量;这是条件比较,不是物理时间。暂停后可亲手调整。

尚未开始;也可直接使用装置旁的参数控件。
平衡 50.00 °C平衡温度50 °C0中线 · 各量独立标定热水放出=冷水吸收62700 J0中线 · 各量独立标定

质量决定液面;温度决定热交换和平衡温度。 图中量尺以0为中线,各量按默认值独立作非线性标定,长度不能跨量比较;精确数值与单位见读数。

红杯:热水蓝杯:冷水中央杯:平衡混合
看这里 · 平衡温度50 °C

平衡温度50.000°C;两杯交换62700.0 J,隔热系统总能量守恒。 质量决定液面;温度决定热交换和平衡温度。

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

平衡温度
50 °C
热水放出=冷水吸收
62700 J

平衡温度50.000°C;两杯交换62700.0 J,隔热系统总能量守恒。 质量决定液面;温度决定热交换和平衡温度。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

只有很少热水时,混合温度还接近50°C吗?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

m热c(T热−T)=m冷c(T−T冷);T=(m热T热+m冷T冷)/(m热+m冷)。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

平衡温度更靠近哪一杯的初温?

换个条件,再试一次

只有很少热水时,混合温度还接近50°C吗?

看哪里?

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识热学 · 能量守恒涉及的量与单位:热水质量(kg)、热水初温(°C)、冷水质量(kg)、冷水初温(°C)。初中定量 · 高中复核为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:多倒一份热水,比较混合后的平衡温度。

再做定量:保持其他条件,比较热水质量与平衡温度(°C),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

m热c(T热−T)=m冷c(T−T冷);T=(m热T热+m冷T冷)/(m热+m冷)。

对照核验提示:等量热水:热水质量 0.5 kg;双份热水:只改变热水质量 1 kg。按这些题设自己操作并比较平衡温度,不把参考情景当个人完成。

适用范围:平衡温度50.000°C;两杯交换62700.0 J,隔热系统总能量守恒。 质量决定液面;温度决定热交换和平衡温度。

OpenStax · Calorimetry(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。