(1)将热水全部与铝合金加热,设最后的平衡温度为t′,
由Q 放=Q 吸可得:c 0m 0(t-t′)=cm(t′-t 0),
即:4.2×10 3J×1.2kg×(90℃-t′)=0.88×10 3J×4.2kg×(t′-10℃)
解得:t′≈56.2℃,
将热水分成相等的两部分,先用一部分热水加热铝合金,设平衡温度为t 1,
由Q 放=Q 吸可得:c 0
1
2 m 0(t-t 1)=cm(t 1-t 0),
即:4.2×10 3J×
1
2 ×1.2kg×(90℃-t 1)=0.88×10 3J×4.2kg×(t 1-10℃)
解得:t 1=42.43℃,
用另一部分热水加热铝合金,设平衡温度为t 2,
由Q 放=Q 吸可得:c 0
1
2 m 0(t-t 2)=cm(t 2-t 1),
即:4.2×10 3J×
1
2 ×1.2kg×(90℃-t 2)=0.88×10 3J×4.2kg×(t 2-42.43℃)
解得:t 1=61.7℃.
答:将铝合金置于质量为1.2kg的热水中,热平衡时温度是56.2℃;若将热水分成相等的两部分,分别加热铝合金,铝合金温度又能达到61.7℃.
(2)操作方案:将保温瓶中t=90℃的热水分若干次倒出来.
第一次先倒出一部分,与温度为t 0=10℃的构件充分接触,并达到热平衡,构件温度升高到t 1;
将这部分温度为t 1的水倒掉,再从保温瓶倒出一部分热水,再次与温度为t 1的构件接触,并达到热平衡,此时构件的温度升高到t 2;
再将这些温度为t 2的热水倒掉,然后再从保温瓶倒出一部分热水来使温度为t 2的构件升温,….
直到最后一次将剩余的热水倒出来与构件接触,达到热平衡,最终就可使构件的温度达到所要求的值;
验证:如将1.2kg热水分5次倒出,每次倒出m 0=0.24kg,在第一次使热水与构件达到热平衡的过程中:
Q 1=c 0m 0(t-t 1),Q 1′=cm(t 1-t 0)
∵Q 1=Q 1′
∴c 0m 0(t-t 1)=cm(t 1-t 0)
即:4.2×10 3J×0.24kg×(90℃-t 1)=0.88×10 3J×4.2kg×(t 1-10℃)
解得:t 1≈27.1℃,
同理:t 2≈40.6℃,…,t 5≈66.0℃.