例题1 汽车散热器等制冷设备常用水作为冷却剂，这是利用了水的什么性质？如果汽车散热器中装有4 kg水，当这些水温度升高10 ℃时，吸收了多少热量？［已知$ c_{水}=4.2×10^{3}\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃) $，不计热量损失］
解 析 作为冷却剂，希望相等质量、温度变化量相等的情况下，能吸收更多的热量，水就是这样的物质，它的比热容是常见物质中最大的。因此这是利用了水的比热容大的性质。
4 kg水吸收的热量为 $ Q=cmΔt=4.2×10^{3}\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃)×4\ \mathrm{kg}×10\ ℃=1.68×10^{5}\ \mathrm{J} $。
说 明 热传递过程中吸收或放出热量多少的计算，要特别明确题目中给出的温度数值含义：“升高到”“降低到”后面的温度数值表示的是末温$ t $；“升高了”“升高”“降低了”“降低”后面的温度数值表示的是温度的变化量$ Δt $。本题中给出的是温度变化量$ Δt=10\ ℃ $。
答案：解：汽车散热器等制冷设备常用水作为冷却剂，利用的是水的比热容大的性质。
已知水的质量$m=4\ \mathrm{kg}$，$c_{水}=4.2×10^{3}\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃)$，温度变化量$\Delta t=10\ ℃$，根据吸热公式可得水吸收的热量：
$Q_{吸}=c_{水}m\Delta t=4.2×10^{3}\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃)×4\ \mathrm{kg}×10\ ℃=1.68×10^{5}\ \mathrm{J}$
答：利用了水的比热容大的性质，这些水吸收的热量为$1.68×10^{5}\ \mathrm{J}$。
解析：
【分析】
首先，思考冷却剂的核心要求：需在质量相同、温度变化量相同时，能吸收更多热量以带走设备的热量。根据热量公式Q=cmΔt，质量m和温度变化Δt相同时，比热容c越大，吸收的热量Q越多，因此水做冷却剂利用了比热容大的性质；计算水吸收的热量时，直接使用吸热公式Q吸=cmΔt，题目已给出水的质量、比热容和温度变化量，代入数值计算即可，注意明确温度变化量Δt的含义。
【解析】
1. 分析冷却剂的性质：冷却剂需要吸收大量热量，由Q=cmΔt可知，相同质量的不同物质，升高相同温度时，比热容大的物质吸收的热量更多。水的比热容是常见物质中较大的，因此常用水作为冷却剂，利用了水比热容大的性质。
2. 计算水吸收的热量：已知水的质量m=4 kg，水的比热容c水=4.2×10³ J/(kg·℃)，温度变化量Δt=10 ℃，根据吸热公式Q吸=c水mΔt，代入数值计算：Q吸=4.2×10³ J/(kg·℃)×4 kg×10 ℃=1.68×10⁵ J。
【答案】
解：汽车散热器等制冷设备常用水作为冷却剂，利用了水的比热容大的性质。已知水的质量m=4 kg，c水=4.2×10³ J/(kg·℃)，温度变化量Δt=10 ℃，根据吸热公式可得水吸收的热量：Q吸=c水mΔt=4.2×10³ J/(kg·℃)×4 kg×10 ℃=1.68×10⁵ J。答：利用了水的比热容大的性质，这些水吸收的热量为1.68×10⁵ J。
【知识点】
比热容的应用，热量的计算
【点评】
本题结合生活实际考察热学基础知识点，既考查了比热容的物理意义在实际中的应用，又考查了热量公式的基本计算，属于热学入门级题目，需准确理解比热容的性质和热量公式的应用条件。
【难度系数】
0.8
例题2 太阳能热水器是一种常见的利用太阳能的装置。某品牌太阳能热水器，在晴天能接收到的太阳能平均辐射强度$R=300\ \mathrm{J}/(\mathrm{m}^2·\mathrm{s})$，它表示$1\ \mathrm{m}^2$面积1 s内接收到的太阳能为300 J。该太阳能热水器集热管接收太阳光照射时的有效面积是$2\ \mathrm{m}^2$，贮水箱中盛有$0.1\ \mathrm{m}^3$的水。求：
（1）贮水箱中水的质量。
（2）若在太阳光下照射70 min，且所接收到的太阳能全部被水吸收，则贮水箱中的水温可升高多少？$[\rho_{\mathrm{水}}=1.0×10^3\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^3,c_{\mathrm{水}}=4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})]$
解 析 太阳能是我们目前要大力开发的新能源，它清洁、方便，取之不尽，用之不竭。解太阳能相关问题时，关键是要读懂题目、理解题意，再选择公式进行计算。
（1）根据质量与密度的关系可知$m=\rho V=1.0×10^3\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^3×0.1\ \mathrm{m}^3=100\ \mathrm{kg}$。
（2）由题目中提供的数据可知太阳能热水器接收到的热量$Q=300\ \mathrm{J}/(\mathrm{m}^2·\mathrm{s})×2\ \mathrm{m}^2×70×60\ \mathrm{s}=2.52×10^6\ \mathrm{J}$。
由$Q=cm\Delta t$得，这些热量能使100 kg水升高的温度
说 明 本题求的是70 min内水温度的升高量$\Delta t$，而非末温，这是我们必须读清楚的。对于题中给出的新物理量（如本题的$R$），要注意理解其含义，才能正确求解。
实际上，该太阳能热水器在70 min内水温升高不到$6\ °\mathrm{C}$。想一想：这是为什么？下一步我们要思考的就是在热传递过程中的能量转换和转移的效率问题了。
答案：解：
（1）由$\rho=\frac{m}{V}$可得，贮水箱中水的质量：
$m=\rho_{\mathrm{水}}V=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×0.1\ \mathrm{m^3}=100\ \mathrm{kg}$
（2）水吸收的太阳能：
$Q_{\mathrm{吸}}=RSt=300\ \mathrm{J/(m^2· s)}×2\ \mathrm{m^2}×70×60\ \mathrm{s}=2.52×10^6\ \mathrm{J}$
由$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m\Delta t$可得，水升高的温度：
$\Delta t=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}m}=\frac{2.52×10^6\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg· ° C)}×100\ \mathrm{kg}}=6\ °\mathrm{C}$
答：（1）贮水箱中水的质量为100 kg；（2）贮水箱中的水温可升高$6\ °\mathrm{C}$。
解析：
【分析】
本题分为两小问，第一问求水的质量，已知水的密度和体积，利用密度公式的变形即可求解；第二问求水温升高量，需先根据太阳能辐射强度计算水吸收的太阳能，再利用热量公式的变形计算温度变化量，解题时要注意单位的统一，以及正确理解题目中给出的新物理量（辐射强度R）的含义，避免混淆温度升高量和末温。
【解析】
（1）根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$，变形可得贮水箱中水的质量：
$m=\rho_{\mathrm{水}}V=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×0.1\ \mathrm{m^3}=100\ \mathrm{kg}$。
（2）先计算70 min内贮水箱接收到的太阳能（即水吸收的热量），已知辐射强度$R=300\ \mathrm{J/(m^2·s)}$，有效面积$S=2\ \mathrm{m^2}$，时间$t=70\ \mathrm{min}=70×60\ \mathrm{s}=4200\ \mathrm{s}$，则：
$Q_{\mathrm{吸}}=RSt=300\ \mathrm{J/(m^2·s)}×2\ \mathrm{m^2}×4200\ \mathrm{s}=2.52×10^6\ \mathrm{J}$。
再根据热量公式$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m\Delta t$，变形得水升高的温度：
$\Delta t=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}m}=\frac{2.52×10^6\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·°C)}×100\ \mathrm{kg}}=6\ \mathrm{°C}$。
【答案】
（1）贮水箱中水的质量为100 kg；（2）贮水箱中的水温可升高$6\ \mathrm{°C}$。
【知识点】
密度公式应用、热量计算、太阳能相关计算
【点评】
本题结合新能源太阳能的应用，考察密度和比热容的基础计算，解题关键是理解新物理量的含义、正确运用公式并统一单位，难度不大，是对基础知识点的综合应用。
【难度系数】
0.6
