中四物理练习卷：热容量、比热容与物态变化（12 题・100 分・75 分钟）

2026-11-09

练习卷 · DSE 物理：热容量、比热容与物态变化全卷

本卷共 12 题、100 分、75 分钟，涵盖比热容与热容量的定义与计算、热容量与比热容的量度实验、混合法的热平衡计算、熔解与汽化的比潜热、加热曲线、蒸发与沸腾的分别，以及保温隔热与家居节能等应用，每题附评分要点与完整计算步骤。

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卷面资料　年级：中四（S4）　｜　科目：物理　｜　时限：75 分钟　｜　总分：100 分　｜　题数：12

考生须知：本卷分甲、乙、丙三部，全部题目均须作答，总分 100 分，时限 75 分钟。

计算题须列出算式与步骤，只写答案者不获步骤分；代入公式时须先写出所用公式，再代入数值。

除特别指明外，数值答案须准确至三位有效数字，并写出适当单位。

建议先用约 30 分钟完成甲部比热容计算，再处理乙部潜热与加热曲线，最后复核丙部热传递分析。

甲部　比热容与热容量

甲部：计算题须列出公式与步骤，答案须附单位。

#	题目	答案与评分要点
1	资料一：水的比热容为 4200 J kg⁻¹ K⁻¹。（a）写出比热容的定义，并说明单位中 J、kg 及 K 分别代表什么；（b）解释为何汽车散热器以水作为冷却剂，而不是用相同质量的金属；（c）计算把 2 kg 水由 20 °C 加热至 60 °C 所需的能量。	（a）比热容指 1 kg 物质温度升高 1 K 所吸收的能量（3 分）；单位 J kg⁻¹ K⁻¹ 中，J 代表能量（焦耳），kg 代表质量，K 代表温度升幅（1 分）。（b）水的比热容大，吸收相同能量时温度升幅较小，可带走引擎大量热量而自身温度不会急升，故适合做冷却剂（2 分）。（c）Q = mcΔT = 2 × 4200 × 40 = 336000 J（3 分）。
2	（a）区分热容量与比热容，并写出 C = mc 这条公式中每个符号的意思；（b）把 0.5 kg、100 °C 的金属块放入 0.4 kg、20 °C 的水中，最终温度为 30 °C。假设没有热量散失，求该金属的比热容；（c）列出上述计算所依据的一项假设。	（a）热容量指整个物体温度升高 1 K 所需的能量（单位 J K⁻¹）；比热容指单位质量物质温度升高 1 K 所需的能量（单位 J kg⁻¹ K⁻¹）；C = mc 中 C 为热容量、m 为质量、c 为比热容（3 分）。（b）水吸热 = 0.4 × 4200 × (30 − 20) = 16800 J；金属放热 = 0.5 × c × (100 − 30) = 35c；令 35c = 16800，得 c = 480 J kg⁻¹ K⁻¹（4 分）。（c）假设没有热量散失到周围环境，且容器不吸收热量（2 分）。
3	（a）把 0.5 kg、80 °C 的水与 0.5 kg、20 °C 的水混合，求混合后的水温；（b）实际上温度计量得的温度略低于计算值，试解释原因；（c）若改为把 0.3 kg、20 °C 的水与 0.2 kg、90 °C 的水混合，求最终水温。	（a）设混合后水温为 T：0.5 × 4200 × (80 − T) = 0.5 × 4200 × (T − 20)，解得 T = 50 °C（3 分）。（b）部分热量散失到空气及容器，实际被水吸收的能量减少，故量得温度较计算值低（2 分）。（c）0.3 × 4200 × (T − 20) = 0.2 × 4200 × (90 − T)，即 0.3T − 6 = 18 − 0.2T，解得 T = 48 °C（3 分）。
4	（a）写出冰的熔解比潜热的定义；（b）冰的熔解比潜热为 3.34 × 10⁵ J kg⁻¹，计算把 0.2 kg、0 °C 的冰完全熔解所需的能量；（c）解释为何冰在 0 °C 熔解期间不断吸收能量，但温度并不上升。	（a）熔解比潜热指 1 kg 固体在熔点完全熔解成同温度液体所需的能量（3 分）。（b）Q = mL = 0.2 × 3.34 × 10⁵ = 66800 J（3 分）。（c）吸收的能量用于破坏粒子间的键、增加粒子的势能，平均动能不变，故温度保持 0 °C 不变（3 分）。

乙部　物态变化与潜热

乙部：能量计算须用 Q = mcΔT、Q = mL 及 Q = Pt，并保留三位有效数字。

#	题目	答案与评分要点
5	资料二：一块 0.5 kg、−10 °C 的冰以 500 W 的加热器均匀加热。已知冰的比热容为 2100 J kg⁻¹ K⁻¹，熔解比潜热为 3.34 × 10⁵ J kg⁻¹。（a）计算冰由 −10 °C 升至 0 °C 所需的时间；（b）计算整块冰完全熔解所需的时间；（c）描述熔解过程中温度计读数的变化。	（a）Q = mcΔT = 0.5 × 2100 × 10 = 10500 J；t = Q ÷ P = 10500 ÷ 500 = 21 s（3 分）。（b）Q = mL = 0.5 × 3.34 × 10⁵ = 167000 J；t = 167000 ÷ 500 = 334 s（3 分）。（c）熔解期间温度计读数保持在 0 °C 不变，直至冰完全熔解后才再上升（2 分）。
6	（a）区分沸腾与蒸发，各举一项不同之处；（b）水的汽化比潜热为 2.26 × 10⁶ J kg⁻¹，计算把 0.05 kg、100 °C 的水完全汽化所需的能量；（c）解释为何 100 °C 的水蒸气比同温度的开水更易造成严重烫伤。	（a）沸腾在固定温度（沸点）发生，整份液体内部同时汽化；蒸发则在任何温度下、只在液体表面发生（3 分）。（b）Q = mL = 0.05 × 2.26 × 10⁶ = 113000 J（3 分）。（c）水蒸气接触皮肤时会凝结成水，释放汽化比潜热，再加上由 100 °C 降温至体温所放出的能量，故烫伤远较开水严重（2 分）。
7	（a）列举三项影响蒸发速率的因素；（b）解释流汗为何能令身体降温；（c）解释高压锅为何能比普通锅较快煮熟食物。	（a）液体温度、液体表面面积、空气流动速度（风速）及空气湿度，任举三项（3 分）。（b）汗液蒸发时从皮肤吸收汽化比潜热，把身体的热量带走，故有降温作用（3 分）。（c）高压锅内气压较高，水的沸点提高，食物在较高温度下烹调，化学反应速率较快，故较快煮熟（2 分）。
8	资料三：一部额定功率 2000 W 的电热水壶把 1.5 kg、20 °C 的水加热至沸腾（100 °C）。（a）计算水吸收的能量；（b）假设没有热量散失，计算所需的加热时间；（c）实际上所需时间较长，试举两个原因。	（a）Q = mcΔT = 1.5 × 4200 × 80 = 504000 J（3 分）。（b）t = Q ÷ P = 504000 ÷ 2000 = 252 s，即约 4.2 分钟（3 分）。（c）热量散失到周围空气、水壶壶身及发热元件本身吸热、电能并非全部转为水的内能（任举两项，3 分）。

丙部　热传递与生活应用

丙部：作答须结合热传导、对流与辐射的概念，并以完整句子表达。

#	题目	答案与评分要点
9	承资料三，该电热水壶连续使用 1.5 小时，电费为每度电（kWh）1.2 元。（a）计算消耗的电能，以 kWh 为单位；（b）计算所需电费；（c）提出两项减少煲水耗电的方法。	（a）电能 = 功率 × 时间 = 2 kW × 1.5 h = 3 kWh（3 分）。（b）电费 = 3 × 1.2 = 3.6 元（2 分）。（c）只煲实际需要的分量、用保温壶减少重复加热、定期清除水垢以维持加热效率（任举两项，3 分）。
10	（a）解释为何双层玻璃窗中间密封的空气层能减少热量散失；（b）解释为何深色屋顶在夏天会令室内较热；（c）列举两项可减少家居热量散失的建筑措施。	（a）密封的空气是较差的导热体，可减少热传导；空气层内不易形成对流；玻璃及低辐射镀膜可减少热辐射的传递（3 分）。（b）深色表面吸收太阳辐射的能力较强，吸收的能量再以红外辐射及传导方式传入室内，令室内较热（2 分）。（c）在屋顶及墙身加装隔热层、采用双层玻璃窗、密封门窗缝隙，或使用浅色外墙（任举两项，3 分）。
11	（a）描述以电热法（加热线圈法）量度金属块比热容的实验步骤；（b）解释为何实验中要把金属块保温及隔热；（c）指出两项实验误差的来源，并说明它们会令量度值偏大还是偏小。	（a）把金属块包上隔热层，插入温度计及加热线圈并接上电源与计时器；量度电流、电压、通电时间及温度升幅；由 Q = VIt 及 c = Q ÷ (mΔT) 求比热容（3 分）。（b）减少热量散失到周围环境，令量得的温升接近理论值，否则量度得的比热容会偏大（2 分）。（c）热量散失到环境（令 c 偏大）、金属块内部温度分布不均匀（令 ΔT 偏小、c 偏大）、质量或时间量度的误差（3 分）。
12	资料四：一部 300 W 的加热器为 1 kg 的铝块加热 5 分钟。已知铝的比热容为 900 J kg⁻¹ K⁻¹。（a）计算铝块上升的温度；（b）实验中量得的温度升幅小于计算值，试提出一个解释；（c）举一个日常生活应用比热容概念的例子，并加以解释。	（a）Q = Pt = 300 × 300 = 90000 J；ΔT = Q ÷ (mc) = 90000 ÷ (1 × 900) = 100 °C（3 分）。（b）部分热量散失到空气，或铝块未完全隔热，实际用于升温的能量减少，故量得温升较小（2 分）。（c）水比热容大，常用作冷却剂；沿海地区因海水比热容大，气温变化较内陆小（任举一例并解释，3 分）。

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