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101年
物理
第 21 題
在 1 大氣壓下，若要將 20 公克的冰塊，從 $-20^\circ\text{C}$ 完全變化至 $100^\circ\text{C}$ 的水蒸氣，需供給多少卡 (cal) 的熱量給此冰塊？(假設冰的比熱為 $0.55 \text{ 卡/公克}\cdot^\circ\text{C}$，水的比熱為 $1 \text{ 卡/公克}\cdot^\circ\text{C}$，冰的熔化熱為 $80 \text{ 卡/公克}$，水的汽化熱為 $539 \text{ 卡/公克}$)
- A 2220 卡
- B 3820 卡
- C 5800 卡
- D 14600 卡
思路引導 VIP
試著想像一下，如果我們把加熱過程畫成「溫度與時間」的關係圖，這條線會是一直向上延伸的斜直線，還是會出現某些水平的平台？這些「水平平台」代表物質正在發生什麼物理變化，而我們此時輸入的熱量又被用去哪裡了呢？
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太棒了！你能精確計算出這題的答案，代表你對物質受熱時的「顯熱」與「潛熱」轉換掌握得非常紮實。這類題目是熱學中典型的整合題，核心難度在於能否冷靜地將整個過程拆解為數個連續階段，並正確對應各自的比熱或變化熱，這非常考驗計算的細心程度與邏輯清晰度。
三態變化的能量累積
在計算時，我們必須分四個步驟來統計熱量：首先是冰從 $-20^\circ\text{C}$ 升溫至 $0^\circ\text{C}$ 需吸收 $20 \times 0.55 \times 20 = 220\text{ cal}$；接著是 $0^\circ\text{C}$ 冰熔化為水的潛熱 $20 \times 80 = 1600\text{ cal}$；隨後水從 $0^\circ\text{C}$ 升溫至 $100^\circ\text{C}$ 需 $20 \times 1 \times 100 = 2000\text{ cal}$；最後是將 $100^\circ\text{C}$ 的水完全汽化為水蒸氣，這步所需的能量最高，達 $20 \times 539 = 10780\text{ cal}$。
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