比热容(导学案)九年级物理全一册系列(人教版)2

第3节 比热容（导学案）

【学习目标】

1. 理解比热容的概念，知道比热容是物质的一种特性。

2. 通过比热容的实验，体会控制变量的方法在实验中的作用。

3. 尝试用比热容解释简单的自然现象，感受物理知识与生活的密切联系。

4. 会进行简单的吸、放热计算。

【学习重点】

1. 比热容的概念和应用。2. 热量的计算。

【学习难点】

比热容概念的建立。

【自主预习】

阅读教材，完成以下问题：

1. 相同质量的水和食用油，当升高相同的温度时，吸收的热量不相同（选填“相同”、“不相同”）。

2．在探究不同物质的吸热能力实验中，我们用到了转换法：

①升高相同的温度时，通过比较加热时间长短来判断物体的吸热能力；

②加热时间相同时，通过比较温度变化的快慢来判断物体的吸热能力。

3. 比热容：①比热容是用来比较物质吸热能力的物理量。

②定义：一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比，叫做这种物质的比热容。

③单位： J/(kg·℃)， 读作焦每千克摄氏度。

④比热容是物质的一种特性，每种物质都有自己的比热容。

4．影响吸放热的因素：物质的质量、升高的温度、种类。计算物质吸热的公式：Q吸=cm (t-t0) ＝cmΔt

计算物质放热的公式：Q放=cm (t0-t) ＝cmΔt

【合作探究】

探究一、探究不同物质的吸热能力

1. 探究不同物质的吸热能力

【思考】以烧水为例，物质吸收的热量可能哪些因素有关?有哪些事例支持你的猜想?

【猜想与假设】

（1）物质吸收热量的多少可能与水的质量有关。例如把水烧开时，水的质量越大，加热时间越长。

（2）物质吸收热量的多少可能与升高的温度有关。例如烧水时，水的温度越高，加热时间越长。 （3）物质吸收热量的多少可能与物质的种类有关。例如加热质量相等的水与油，升高相同的温度，加热的时间不等。

【思考】对于不同的物质，例如水、沙子、煤油，如果它们的质量相同,温度升高的度数也一样，它们吸收的热量是否相同? 怎样比较不同物质的吸热能力呢?

【设计实验】

（1）实验方法：该实验用控制变量法、转换法进行探究

①控制变量法：探究物质吸收的热量可能与质量、升高的温度、物质的种类有关时，应该控制两个量不变，每次实验只能改变一个量。

②转换法：因为热量无法直接测量，所以我们可以用加热时间来比较物质吸收的热量。

（2）实验器材：质量相等的水与食用油、温度计2支、电加热器2个、秒表.

【进行实验与收集数据】

（1）取质量相等（相等/不相等）的水与食用油各200g.

（2）按照如图所示安装器材。观察温度计的示数，记下加热前水和食用油的温度.

（3）接通电源，同时对烧杯中的水和食用油加热3～5min（根据实际情况而定）.

（4）停止加热，同时读出两只温度计的示数，记下水和食用油的温度.

（5）算出加热过程中水和食用油的温度各升高多少℃.

（6）处理实验数据.

【分析与论证】

（1）质量相等的水和食用油吸收相同的热量，升高的温度不相等（选填“相等”或“不相等”），食用油升高的温度比水的多。 物质 质量m/g 初温t0/℃ 末温t1/℃ （t1-t0）/℃ 吸收的热量

（加热时间）

水 200 20 42 22 相等

食用油 200 20 55 35 相等

推理：质量相等的水与食用油升高相同的温度，吸收的热量不相等（选填“相等”或“不相等”），，水吸收的热量比食用油的多.

表明水和食用油吸热本领不一样.

（2）换用其他物质进行实验，发现在质量相同，升高的温度相同时，不同物质吸收的热量也不同。

（3）实验结论：

质量相等的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不相等（选填“相等”或“不相等”）。

【进行以下讨论】

（1）测量物质的选取：应选取质量、初温相同的不同物质；

（2）选择相同的热源、保证相同加热时间相同目的：是为了让两种物质吸收的热量相等（选填“相等”或“不相等”）。

（3）用规格相同的电加热器对不同物质进行加热的好处：

首先，与酒精灯相比，更容易控制相同时间内提供的热量相同；其次，内部加热，热量损失少.

（4）判断物质吸热能力强弱的两种方法

①加热相同时间，通过比较温度变化的快慢来判断物体吸热能力的强弱，温度变化快的吸热能力弱（选填“强”或“弱”）；

②升高相同温度，通过比较加热时间长短来判断物体吸热能力的强弱，加热时间长的物体吸热能力强（选填“强”或“弱”）。

该实验既可以用方法①比较物质吸热能力的强弱，也可以用方法②比较物质吸热能力的强弱.

⑤该实验用装置常见的有两种，如图所示，两种装置对比，哪种更好一些，为什么？

甲装置更好一些，因为该装置中散热较少；乙装置中两酒精灯在相同的时间放出的热量被水吸收的量很难控制相同，误差大一些，因此有条件时，尽量选择甲装置。

【想一想】通过前面的实验我们知道：不同物质吸热的能力不同。那么应该怎样比较不同物质的吸热能力？我们来看看通过精确实验获得的两组实验数据：

1kg的水，温度升高1℃，需要吸收4.2×103J的热量。

3kg的煤油，温度升高2℃，需要吸收12.6×103J的热量。 甲 乙 水与煤油，哪一种物质吸热的能力更强？你能否比较？

【方法】我们只需计算出1kg煤油温度升高1℃时吸收的热量，再与1kg的水温度升高1℃时吸收4.2×103J的热量进行比较即可。计算方法：

12.6×103J 3kg×2℃ =2.1×103J/(kg·℃) 即：热量 质量×升高的温度

结论：比较物质吸热的能力，可以通过计算热量 质量×升高的温度 ，该比值越大，物质的吸热能力越强。

2.

比热容

（1）物理意义：用来比较物质吸热能力的物理量。

（2）定义：一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比，叫做这种物质的比热容。

（3）定义式：比热容=热量 质量×升高的温度 c=Q m×Δt

Q表示物质吸收的热量，单位是焦耳（J）

m表示物体的质量，单位是千克（kg）

Δt表示升高（或降低）的温度，单位是摄氏度（℃）；吸热时Δt =t末温- t0 放热时Δt=t0 – t末温

c表示物质的比热容，单位是焦/（千克·℃），符号：J/(kg℃)

（4）实验证明：·

单位质量的某种物质，温度降低1℃时放出的热量，也等于这种物质的比热容。

（5）水的比热容是4.2×103J/（kg·℃）。表示的物理意义：1kg水温度升高或降低1℃时吸收或放出的热量是4.2×103J.

（6）比热容是物质的一种特性，每种物质都有自己的比热容。

①同种物质的比热容是不变的，与质量、温度、吸收的热量无关，与物质的种类和状态有关（均选填“有关”或“无关”）。

②比热容反映了物质的吸热能力，比热容越大，越不容易升温，也不容易降温。

常见物质的比热容[J/（kg·℃）]

水 4.2×103 色拉油 1.97×103 铁、钢 0.46×103

酒精 2.4×103 砂石 0.92×103 铜 0.39×103

煤油 2.1×103 铝 0.88×103 水银 0.14×103

冰 2.1×103 干泥土 0.84×103 铅 0.13×103 【想一想】从上表中你可发现什么规律 ？

①不同种物质，比热容值一般不同（选填“相同”或“不相同”）。

②同种物质在不同状态时，比热容值不同（选填“相同”或“不相同”）。

③水的比热容最大，约是砂石的倍。

3. 运用比热容知识解释有关现象

（1）为什么沿海地区比沙漠地区的昼夜温差小？

【分析】因为海水与沙子受光照的时间完全相同，所以它们吸收的热量相同，但是海水的比热容比沙子大，所以海水升温比沙子慢；因此白天海水温度低，沙子温度高。晚上没有光照时，海水和沙子放出相同热量时，海水降低的温度比沙子的小。所以海水温度高，沙子温度低。

（2）沙漠地带昼夜温差变化大的原因

吐鲁番夏天最高温度大多在四十多摄氏度，居中国之首，而火焰山又是吐鲁番最热的地方，其表面温度最高曾达到八十多摄氏度。但一到晚上气温一下子就降到二十多摄氏度，空调都不用开。这是为什么呢？

【分析】砂石的比热容比较小，在吸收（或放出）相同的热量时，升高（或降低）的温度比其他物质的要大。

（3）城市的“热岛效应”

城市内有大量的钢筋水泥建筑，给我们的生活带来方便的同时，也给我们带来诸多不便。比如，炎炎夏季，都市气温往往比郊外要高3℃～5℃，这就是热岛效应，你能够解释其中的道理吗？

【分析】这些人工构筑物吸热快而比热容小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，吸收热量多，因而其表面温度明显高于自然下垫面。

解决方法：种草种树、建造人工湖等。

（4）体温计中为什么用水银作测温介质? 用水可以吗?

【分析】因为水银的比热容较小 0.14×103焦/（千克·℃），与质量相同的水比较，当吸收相同的热量时，温度的变化量大，温度计的示数变化明显，便于精确读出温度。

4. 水的比热容比较大的应用

（1）水的比热容比较大的物理意义：

水的比热容大，在质量一定、升高相同温度时，吸热多，故用水作冷却剂效果好。水的比热容大，在质量一定、降低相同温度时，放热多，故用水取暖效果好。

（2）水的比热容比较大的应用：散热、制冷、调节气温。

①用水取暖 因为水的比热容比油的大，在质量一定时，降低相同温度，水放出的热量多，故用热水取暖效果好。

②用水冷却

汽车发动机为什么用水来冷却? 有什么好处?

因为水的比热容大，在质量一定时，升高相同温度时，水吸收热量多，故用水作冷却剂效果好。

③为解决城市的热岛效应，不少城市修建人工湖来调节气温，为什么？

因为水的比热容比较大，和其他液体相比，如果它们吸收相等的热量，水温升高比较小；如果它们放出相等的热量，水温降低较小．在相同情况下，水能使周围物体的温度变化减少，所以说水对气温的调节起较大作用．

5. 扩展性实验—用传感器比较不同物质的比热容

【读一读】不同物质吸热的差异还可以用图所示的实验很快比较出来。用铁夹将温度传感器及分别盛有质量相同的水和色拉油的两个试管固定在铁架台上，温度传感器的探头部分要与试管内的水或色拉油良好接触，两只温度传感器通过数据采集线与计算机相连接。

在计算机上打开与此仪器配套的专用软件，点击“开始记录”，同时打开红外加热器开关，对盛有水和油的试管进行加热，在计算机上可以得到相应的实验图线。

【例题1】下列事例能说明物质吸收的热量与物质种类有关的是（ ）

A．质量相等的水，温度升高5℃，它们吸收的热量相等

B．质量相等的水和煤油，温度都升高5℃，水吸收的热量比煤油多

C．质量相等的水，温度分别升高10℃和5℃，它们吸收的热量不相等

D．质量不相等的水，温度都升高10℃，它们吸收的热量不相等

【答案】B。

【解析】物质吸收热量的多少与物质的种类、物质升高的温度及物质的质量有关。要探究物质吸收的热量与物质种类有关，应比较不同的物质在质量、升高的温度相同的情况下吸收热量的关系，故ACD不符合题意，B符合题意。故选B。