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第3节 比热容
情景
引入
合作
探究
课堂
小结
随堂
训练
第十三章 内能
知识
梳理
人教版初中物理九年级上册
1
知识清单
1.比热容的概念:一定质量的某种物质,在温度升高时吸收的热量与它的_______和升高的_______乘积之比,叫做这种物质的比热容,它的符号是____,单位是___________,读作_________________.比热容反映了物体的_______本领,它是物质的一种特性,同种物质比热容_______,不同的物质比热容一般_______.
2. 水的比热容比较_____,因而常用作_________;
也用热水来取暖;水还能调节_______.
质量
温度
c
大
冷却剂
气温
J/(kg·℃)
焦每千克摄氏度
吸热
相同
不同
比热容在数值上等于____________的某种物质温度升高1℃所_______的热量.物体在热传递的过程中,吸收(或放出)热量的多少与物质的_______、_______________
_____________、_________________三个因素有关系.
热量的计算可以用公式Q = ______表示.物体吸收的热量可以用公式Q吸 = _________表示;物体放出的 热量可以用公式Q放 = _________表示.
单位质量
吸收
质量
种类(或比热容)
cmΔt
cm(t-t0)
cm(t0-t)
改变的温度(或升高、降低)
下面播放中央电视台一天的天气预报的录像片段,注意观察我国各省内城市最高气温和最低气温,看看能不能从中发现什么规律。
2
情景导入
为什么内陆的昼夜温差比沿海地区大呢?
1.探究水吸收的热量跟哪些因素有关
(1)水吸收的热量与水的质量有关,水的质量越大吸收热量越多.
(2)水吸收的热量与水温升高多少有关,水温升高越多吸收热量越多.
3
探究不同物质的吸热能力
2. 探究物体吸收的热量与物质种类有关——比热容
是不是只要物体的质量相等、升高的温度相同,它们吸收的热量就相等呢?或者说物体吸收热量的多少是否还跟其他因素有关?
想一想
物体吸收热量的多少还可能与物质的种类有关.
看看不同种类的物质,吸收热量的性质是否相同。
做一做
(1)比什么?拿谁比?怎么比?
(2)怎么知道哪种物质吸收热量多?
(3)要记录哪些数据?
实验准备
实验设计
比较不同物质吸热能力的方法:
(1)使质量相同的不同物质升高相同的温度,看加热时间的长短。加热时间长的吸热能力强。
(2)使质量相同的不同物质加热相同的时间,看升高温度的多少。升高温度小的吸热能力强。
实验方法:
(1)转换法:利用加热时间的长短来反映物体吸热的多少。
(2)控制变量法:控制物质的质量、升高的温度或吸
收的热量相同。
进行实验
方案一:用相同质量的两种物质(如食用油和水),让它们升高相同的温度,比较加热时间.
设计记录数据的表格.
表一
物质的种类 水 食用油或(沙子) 升高的温度(℃)
加热的时间(min)
方案二:用相同质量的两种物质,给它们加热相同时间,比较温度升高的多少(实验装置上图同样适用).设计记录数据的表格.
表二
物质的种类 水 食用油或(沙子) 升高的温度(℃)
加热的时间(min)
实验结果
等质量的水和食用油,升高相同温度,水需要的加热时间更长,水比食用油吸收热量多。
由本次实验可以看出,水和食用油吸收热量的差异,是由它们的种类决定的。
水跟煤油的实验
经过科学测定,发现一般情况下,不同的物质,在质量相等、升高温度相同时,吸收的热量不同。物质的这种性质,用物理量比热容来表示。
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。
比热容用符号c 表示,它的单位是焦每千克摄氏度,符号是J/(kg · ℃)。
4
认识比热容
3.比热容是物质的属性
比热容是反映物质自身性质的物理量(即是物质的属性),物质种类不同,比热容一般不同.
D
【例1】
【答案】
【解析】
是比热容的计算式,而不是比热容的决定式。比热容与物质的种类和状态有关,与物体吸热或放热的多少、温度高低及温度改变量、质量大小无关。
D
D
【例1】
【答案】
【解析】
是比热容的计算式,而不是比热容的决定式。比热容与物质的种类和状态有关,与物体吸热或放热的多少、温度高低及温度改变量、质量大小无关。
D
同样的日照条件,海水的温度和沙滩不一样。白天,海水凉,沙滩烫脚。傍晚,沙滩凉了下来,海水却还暖暖的,这是为什么呢?
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,但是海水的比热比沙子的比热容大,所以海水升温比沙子慢;没有日照时,海水降温比沙子慢。
5
比热容的应用
“水的比热容大”这一特点在人们的日常生活和生产中具有重要的意义。
比热容的应用
讨论 :
1、汽车发动机为何用水来冷却?
2、冬天的散热器(俗称暖气片)为何用热水供暖?
水的比热容大,在质量一定的条件下水升高相同温度时,吸热多,用水作冷却剂效果好。
水的比热容大,在质量一定的条件下水降低相同温度时, 放出的热量多,用热水取暖效果好。
为什么同一纬度的海滨城市和沙漠地区的气温变化会如此大
由于海水的比热容大,沙石比热容小,海水与沙石比较,吸收或放出同样的热量,升高或降低的温度较小, 白天在受太阳照射条件相同时, 海水的温度变化要小些, 沿海地区比内陆地区温升慢, 夜晚放热, 沿海地区温度降低也少。
海滨24℃-28℃
沙漠5℃-38℃
不考虑经济成本,谈一谈暖气用水好,还是用油好?
例1.利用比热容的知识解释一些现象
想想这是为什么呢?
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 。
火焰山的温度计
例2.利用比热容的知识解释一些现象
例3.昆明,又名春城,是云南省的首府。昆明的周边,现在滇池南北长约40千米,东西宽约8千米,总面积300平方千米,湖岸线长163.2千米,最大水深10.4米,平均水深4.4米。那里的气候宜人,四季如春,这与滇池密切相关。你知道其中的缘故吗?
例4.谈起夏日海风,你可知道,在沿海地区陆地表面的气温比海面的气温昼夜变化显著,白天和夜晚的风向往往是不同的,你知道白天风是从哪里吹向哪里?夜晚呢?
为什么?
例5.钢筋水泥都市,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,应该如何应对呢?
种草种树,增加水蒸气蒸腾
修建人工湖,利用水的吸热本领强,来调节气温。
例6.如图是其中一个实验小组画出的冰熔化时温度随时间变化的图象,请你利用图象分析说明冰的比热容小于水的比热容(假定每分钟受热物质吸收热量相等)
答案:因为质量是物质本身的一种属性,与状态无关,所以冰化水后质量不变.
由图象可知,加热相同的时间(第1分钟和第5分钟)内两者吸收的热量相等.
因为相同质量的不同物质吸
收相同的热量时,温度变化小的
物质比热容大,所以水温度的变
化小,比热容大.
总 结
应用 分析
致冷 根据公式Q=cmΔt可知:相同质量的水和其他液体相比,升高相同的温度,水吸收的热量多,降温效果好
散热 根据公式Q=cmΔt可知:相同质量的水和其他液体相比,降低相同的温度,水放出的热量多,取暖效果好
调节气温 沿海地区的温度变化比内陆地区小,原因:根据公式Δt=Q/cm可知:相同质量的水和沙石相比,吸收相同的热量,水升高的温度小,所以沿海地区的温度变化小
运用公式法理解水的比热容大的三种应用:
比热容的单位是J/(kg·℃)
物质吸收(或放出)的热量
与物质的质量、温度和种类有关
能否利用一个公式具体地说明热量、温度、质量、比热容之间的关系呢?
6
热量的计算
水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),表示什么意义呢?
质量为1kg的水,温度升高1℃,要吸收4.2×103J的热量.
物理意义:
1kg
2kg
1℃
2kg
1℃
2℃
4.2×103J
2 × 4.2×103J
2 × 2 × 4.2×103J
质量
温度变化
如果知道有mkg水,加热前初始温度为t0℃,加热后温度为t℃,那么它吸收了多少热量呢?
想一想
下面我们一起来总结关于比热容的热量公式.
m
×
× 4.2×103J
(t - t0)
已知铝的比热容是0.88×103J/(kg·℃),这表示质量是1kg的铝块温度升高1℃时吸收的热量是0.88 ×103J.计算:把质量为2kg、温度为30℃的铝块加热到100℃ ,铝块吸收的热量是多少?
如果以Q吸代表物体吸收的热量,c代表物质的比热容,m代表物体的质量,t0和t分别是加热前后物体的温度;通过上面的计算,可以总结出一个由比热容计算物体吸收热量的公式:Q吸=_______________。
如果要计算物体降温时放出的热量,公式会有什么不同?
想想议议(教材P14)
m×(t - t0)×c
热量的计算
运用公式时应注意的问题:
(1)物体吸热升温时,Δt=t-t0;
物体放热降温时,Δt=t0-t。
(2)运用上述公式进行计算时,一定要注意物理量的一一对应,且统一各个物理量的单位。
(3)比热容的单位不可去掉分母的括号而写成“J/kg·℃”。
(4)“升高”“升高了”不同于“升高到”。“升高”和“升高了”是温度的变化量,即Δt;“升高到”是末温,即t。
热平衡
(1)概念:两个温度不同的物体放在一起时,高温物体放出热量,温度降低;低温物体吸收热量,温度升高.若放出的热量没有损失,全部被低温物体吸收,最后两物体温度相同,称为“达到热平衡”.
(2)热平衡方程:Q吸 = Q放.
热量和热平衡
(1)如果某物体的比热容为c,质量为m,温度变化为Δt,则物体吸收或放出的热量为Q=cmΔt.
(2)此公式适用于物体温度改变时,物体吸收或放出热量的计算,对物态变化的过程不适用.
热量和热平衡问题的计算
(3)物体的温度升高时吸收的热量Q吸=cmΔt升=cm(t-t0);物体的温度降低时放出的热量Q放=cmΔt降=cm(t0-t),Δt为物体温度的变化值,即物体高温值和低温值之差.
(4)在热传递过程中,当两个物体之间只有热传递而没有热量的损失时,根据热平衡,则有Q吸=Q放.
例7.某温泉度假村利用地热水作为房间洗浴用水,请计算:质量为100kg的地热水,温度从70℃降低到20℃,放出的热量是多少?[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
解:地热水放出的热量
Q放 = c水m(t0-t)
= 4.2×103J/(kg·℃)×100kg×(70℃-20℃)
= 2.1×107J.
例8.使20 g冰的温度从-10℃升高到0℃,但未熔化成水,需要吸收多少热量?如果这些热量是由温度从5℃降低到0℃的水供给的,需要多少克5℃的水?[冰的比热容2.1×103 J/(kg·℃)]
解:m冰=20 g=20×10-3 kg,Δt冰=0℃-(-10℃)=10℃,冰吸收的热量Q吸=c冰m冰Δt冰=2.1×103 J/(kg·℃)×20×10-3 kg×10℃=420 J;
由题知,冰升高温度吸收的热量由水降温放热提供,即Q吸=Q放=c水m水Δt水,Δt水=5℃-0℃=5℃,需要水的质量
例9.在1标准大气压下,把一质量为500g的高温物体投入质量为8kg、温度为20℃的水中,如果物体放出的热量是2.73×106J,不计热量损失,则水的温度会升高到________℃.
解:根据热量公式Q = cmΔt,得水升高的温度为:
由于t0+Δt=20℃+81.25℃=101.25℃>100℃,又因在标准大气压下水沸腾后温度会保持100℃,故水的末温为100℃.
100
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。
比热容用符号c 表示,它的单位是焦每千克摄氏度,符号是J/(kg · ℃)。
什么是比热容
热量的计算:(1)升温吸热:Q吸=cm(t-t0).
(2)降温放热:Q放=cm(t0-t).
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课堂小结
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课堂训练