人教版九年级物理全册预习学案——13.3 比热容（有答案）

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第十三章 内能
第3节 比热容
要点一、比较不同物质吸热的情况
（1）实验探究：不同物质的吸（放）热本领探究
①设计实验：在比较不同物质吸热的情况时可以采取以下两种方法：
a、选取质量相同的不同物质，让他们吸收相同的热量，比较它们升高的温度，温度升高少的物质吸热本领强；
b、选取质量相同的不同物质，使它们升高相同的温度，比较他们吸收热量的多少，吸收热量多的物质吸热本领强。
②实验器材及需要测量的物理量
实验器材：相同规格的电加热器、烧杯、温度计、天平、停表、水、煤油等
实验需要测量的物理量：
a、用温度计测水和煤油的初温t0、末温t末；b、用天评测水和煤油的质量m；c、用停表记录加热时间t。
③实验记录表格
物质 质量m/kg 初温t0/℃ 末温t末/℃ 升高的温度△t/℃ 加热时间t/min
水
煤油
④实验过程
实验装置如图所示，取两只相同的烧杯分别装入500g水和500g煤油，他们的初温都与室温相同，用相同的电加热器加热。
a、对水和煤油加热相同的时间，观察并读出温度计的示数；
b、让水和煤油升高相同的温度，记录并比较加热时间。
⑤分析论证：给质量、初温相同的水和煤油加热，是他们吸收相同的热量（加热时间相同），煤油的温度升的比水高；使它们升高相同的温度，对水加热的时间更长一些，表明水与煤油的吸热本领不同。
⑥探究归纳：质量相等的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同；质量相等的不同物质，吸收相同的热量，升高的温度不同。实验说明不同种类的物质吸热的本领不同。
注意：（1）试验中水和煤油的质量相同，而非体积相同。
（2）电加热器要放在烧杯底部，以使整杯水或煤油受热均匀。
（3）温度计的玻璃泡高度适当，全部浸入液体中且玻璃泡不能碰到容器底、容器壁和电加热器。
（4）为了使探究结论具有普遍性，可以让几个小组选用不同的液体进行试验，这样可以减小实验中偶然因素造成的误差，使实验结论更具有普遍意义。
方法技巧：（1）控制变量法：本实验中，控制了水和煤油的质量、吸收的热量相等，通过温度变化量不同，说明水和煤油的吸热本领不同；控制了水和煤油的质量、温度变化量相同，通过加热时间（吸收热量的多少）不同来说明水和煤油的吸热本领不同。
（2）转换法：电加热器每秒放出的热量是一定的，通电时间越长，放出的热量越多。不考虑热损失，放出的热量全部被水或煤油吸收，故物质吸收热量的多少就转换成加热时间的长短。
要点二、比热容
（1）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。比热容用符号c表示。
（2）物理意义：为了比较不同物质的吸、放热能力而引入的一个物理量。单位质量的某种物质温度升高1℃所吸收的热量，与它温度降低1℃所放出的热量相等，在数值上都等于它的比热容。
（3）单位：焦每千克摄氏度，符号是J/(kg·℃)。有时比热容单位也可写作J·(kg·℃)-1。
要点诠释：
（1）五点透析比热容
①比热容是物质自身的性质之一，它反映了不同物质吸、放热本领的强弱，比热容大的物质吸、放热本领强，比热容小的物质吸、放热本领弱。
②比热容的物理意义：如水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，其物理意义是：质量为1kg的水，温度升高（或降低）1℃时，所吸收（或放出）的热量为4.2×103J。
③对于同一物质，比热容的数值还与物质的物态有关，在不同物态下，比热容是不同的。如：水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，而冰的比热容是2.1×103J/(kg·℃).
④物质的比热容不随物质的质量、吸收（或放出）热量的多少及温度的变化而变化；只要是相同的物质，在物态相同时，不论其形状、质量、温度高低、放置地点如何，比热容一般都相同。
⑤不同物质的比热容一般不同，同种物质（物态相同）的比热容相同
两个角度 物质的吸热本领 物质温度改变的难易程度
具体说明 比热容大的表示吸热本领强 比热容大的表示温度难改变
比热容小表示吸热本领弱 比热容小表示温度容易改变
解释 相同质量的不同物质升高相同的温度，比热容越大，吸收的热量越多，比热容越少，吸收的热量越少 相同质量的不同物质吸收相等的热量，比热容越大温度升高的越少，比热容越小温度升高的越多
应用 某些机器设备用水做冷却剂 沿海地区昼夜温差较小，内绿地去昼夜温差较大
（2）观察下面“一些物质的比热容”表，可以发现： 一些物质的比热容c/[J·(kg·℃)-1]
①每种物质都有确定的比热容，不同物质的比热容一般不同。
②常见的物质中，水的比热容最大，是4.2×103J/(kg·℃)
③水和冰的比热容不同，说明物质的比热容与物质的物态有关。
④有个别的不同种物质（例如冰和煤油），其比热容相同。
⑤液态物质的比热容一般比固态物质的比热容大。
（3）水的比热容较大，这一特点在日常生产生活及调节温度中具有重要应用，其应用主要有以下两个方面：
①水的吸（放）热本领较大强，用水作为散热剂或冷却剂。
②水的温度难改变，对机器或生物体起保护作用。由于水的比热容大，一定质量的水与其它相同质量的物质相比，吸收或放出相同的热量，水的温度变化小。如生物体内水的比例很高，当环境温度变化较快时，水的温度变化较慢，有利于调节生物体自身的温度，以免温度变化太快对生物体造成严重损坏。再如，水的比热容大于泥土、沙石的比热容，是沙漠地区与沿海地区昼夜温差相差很大的原因，沙石、干泥土等物质比热容较小，吸收（或放出）相同的热量，水升高（或降低）的温度比其质量相等的沙石、干泥土升高（或降低）的温度小得多。因此沿海地区昼夜温差较小，沙漠地区昼夜温差较大。某些城市建设人工湖来调节气温，也是相通的道理。
要点三、热量的计算
（1）热量的计算公式
①吸热公式：②放热公式：
式中c表示物质的比热容，m表示物体的质量，t0表示物体原来的初温，，t表示放热后的末温，“t0-t”表示降低的温度，有时可用△t表示，此时吸热公式可写成。
（2）热量计算的一般式：
△t表示温度的变化量。
可见物体吸收或放出热量的多少由物体的质量、物质的比热容和物体温度的变化量这三个量的乘积决定，跟物体温度的高低无关
Q吸和Q放公式中个物理量的单位：比热容c的单位是J/(kg·℃)，质量m的单位是kg，温度（t或t0或△t）的单位是℃，热量Q的单位是J，计算时要注意单位的统一。
要点诠释：
（1）进行热量计算时应注意的四个问题
①正确理解公式中各量的物理意义。
②统一公式中各物理量的单位务必统一。
③公式适用于物态不发生变化时物体升温（或降温）过程中吸热（或放热）的计算。
如果吸、放热过程中存在着物态变化，则不能使用这几个公式。
④解题时要认真审题，注意文字叙述中升高t（℃），升高了t（℃），降低t（℃），降低了t（℃）对应的是温度的改变量，而升高到t（℃），降低到t（℃）对应的是物体的末温为t（℃）。
（2）热平衡方程
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，成为“达到热平衡”。用公式表示为Q吸=Q放（热平衡方程）
3.3.2通过实验，了解比热容。能运用比热容说明简单的自然现象。
例1能运用比热容说明为什么沙漠中的昼夜温差比海边的大。
【例题1】炎热晴朗的夏夜，小海漫步于美丽的海沧湾公园，感受到凉风习习。图中能反映凉风形成原理的是（　　）
【分析】
水的比热容较大，与质量相同的其它物质相比，吸收或放出相同的热量时，温度变化较小，据此结合空气对流的知识进行分析。
【解答】
解：水的比热容比泥土、沙石的比热容大，晚上，气温下降时，海水的温度下降得慢、陆地的温度下降得快，则大海上方的温度高一些，热空气上升，而陆地上方的温度低一些，冷空气会下降，所以风从陆地吹向海面，故B正确。故选：B。
【例题2】诗句“竹外桃花三两枝，春江水暖鸭先知。”出自于苏轼的《惠崇春江晚景》。如图所示，鸭子感知春江水暖是通过 的方式。初春的傍晚，江水比岸上砂石暖是由于水的 较大，温度变化较小。
【分析】
改变内能的方式包括做功和热传递；
水的比热容比较大，质量一定时，在吸收或放出相同热量的情况下，温度变化越小。
【解答】
解：鸭子感知春江水暖是通过热传递的方式；初春的傍晚，江水比岸上砂石暖是由于水的比热容较大，放出相同的热量，温度变化较小。故答案为：热传递；比热容。
【例题3】现需要12kg温度为43℃的温水，但只有17℃的冷水和95℃的热水，则取冷水和热水的质量分别为多少可以符合要求（　　）
A．冷水2kg,热水10kg B．冷水4kg,热水8kg
C．冷水6kg,热水6kg D．冷水8kg,热水4kg
【分析】可以假设冷水的质量为m1，热水的质量为m2，根据热量的计算公式Q=cmΔt分别写出冷水吸热和热水放热的式子，根据热平衡方程Q吸=Q放，就可以求出冷水和热水的质量。
【解答】质量为m1的17℃的冷水温度升高到43℃吸收的热量为：
Q吸=c水m1Δt1=c水m1×（43℃-17℃）=c水m1×26℃，
质量为m2的95℃的热水温度降低到43℃放出的热量为：
Q放=c水m2Δt2=c水m2×（95℃-43℃）=c水m2×52℃，
根据热平衡方程Q吸=Q放，
得c水m1×26℃=c水m2×52℃，
即m1=2m2--①
混合后水的总质量不变，即
m1+m2=12kg--②
联立①②两式得：
m1=8kg,m2=4kg。
故选：D。
【例题4】锻造工艺中，用一块质量为250g的铁块进行锻造，先将铁块加热到560℃，然后反复锻打，在此过程中铁块的 （选填“质量”、“形状”、“内能”或“比热容”）不会发生改变，锻打一个阶段后，将560℃半成品放入水中淬火，冷却到20℃，此冷却过程中是通过 的方式 （选填“增加”或“减少”）内能的，冷却过程中放出了 J热量。[c铁=0.46×103J/（kg ℃）]
【分析】由于物体的质量是物体的一个基本属性，跟物体的形状、状态、位置和温度无关，所以铁块在加热、锻打过程中，铁块的温度和形状都在不断变化，但物体的质量保持不变，由此得出结论；物质的比热容大小取决于物质的种类，还与物体的状态有关，与物体吸收的热量、物体的质量、升高的温度无关，由此可得出结论；铁块在锻打过程中，物体的形状发生改变；铁块加热过程和锻打过程中，铁块的内能会发生改变，由此可得出结论；把铁块放入到冷水中淬火，铁块温度降低，内能减少，水温度升高，内能增加，由此得出结论；根据Q放=cmΔt可计算出铁块放出的热量。
【解答】由于物体的质量是物体的一个基本属性，跟物体的形状、状态、位置和温度无关，所以铁块在加热、锻打过程中，铁块的温度和形状都在不断变化，但物体的质量保持不变，由此可知，在加热、锻打过程中，铁块的质量保持不变；物质的比热容大小取决于物质的种类，还与物体的状态有关，与物体吸收的热量、物体的质量、升高的温度无关，由此可知，在加热、锻打过程中，铁块的比热容保持不变；铁块在锻打过程中，物体的形状发生改变；铁块加热过程和锻打过程中，铁块的内能会发生改变，由此可知，在加热、锻打过程中，铁块的形状和内能在不断改变；把铁块放入到冷水中淬火，铁块温度降低，内能减少，水温度升高，内能增加，铁块把内能传递给水，由此可知，在淬火过程中，铁块的内能是通过热传递的方式改变的，其内能在不断减少；在淬火过程中铁块放出的热量Q放=c铁m铁Δt铁=0.46×103J/（kg ℃）×250×10-3kg×（560℃-20℃）=6.21×104J。故答案为：质量、比热容；热传递；减少；6.21×104J。
1. 利用如图甲所示，使用相同规格的电加热器和烧杯分别对水和食用油加热，得到温度随时间变化的图象如图乙所示，水的比热容c水=4.2×103J/（kg ℃），下列说法正确的是（　　）
A．要完成实验探究，应在两个相同的烧杯中加入体积和初温均相同的水和食用油
B．利用图乙中图像的数据，可计算出食用油的比热容为2.8×103J/（kg ℃）
C．比较第2min和第3min的吸热情况，在第2min时a吸收的热量比b多
D．吸热能力较强的是a,a是水，它更适合作冷却剂
2. 某燃气热水器将20L的水从20℃加热到70℃，完全燃烧了0.21m3的煤气。水吸收的热量是 J，该燃气热水器烧水的效率是 。[已知水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），水的密度为1.0×103kg/m3，煤气的热值为4×107J/m3]。
3. 热岛效应主要原因是城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被吸热能力弱且具有更大的吸热率。在相同的日照情况下，城市地区比郊区升温较 （选填“快”或“慢”）。很多城市保护并增大城区的绿地、水体面积来减弱城市热岛效应，这主要是利用了水的 的特点。
4. 如图是2022厦门沙滩极限飞盘赛的一幕，请解释：
（1）比赛中飞盘离开手后，为什么还能继续向前运动？
（2）在同样的日照条件下，为什么沙滩的温度比海水高？。
5. “早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜。”这句谚语反映了我国新疆的某些地区夏季昼夜气温变化大，而沿海地区比内陆地区昼夜气温变化小，请你用所学的物理知识解释这奇妙的现象。
6. 在探究“不同物质吸热能力”的实验中，实验装置如图甲、乙所示。
（1）实验除了温度计，还需要的测量工具是 和 ；
（2）此实验有两种探究方案：其中一种方案：取质量相同的两种物质，用两个 的电加热器给两种物质加热相同的时间，看它们的温度变化，就能比较它们的吸热能力；
（3）每隔1min记录一次温度，整个实验操作无误。记录实验数据并绘制图像，图像中线 （选填“甲”或“乙”）的吸热能力强。如果要在甲、乙两液体中选择一种液体作为冷却剂，你认为
（选填“甲”、“乙”或“都可以”）液体较为合理。
1. 半潜式钻井平台是一种可在深海开采可燃冰的巨型设备，其工作原理图如图甲，它由平台、立柱和浮箱组成。半潜式钻井平台在海面上通常有两种工作状态：处于上浮状态时，浮箱有少部分露出水面，以便在海上航行；处于半潜状态时，浮箱整体潜入水面以下一定深度，这样的设计增强了开采作业时整个设备抗风浪的能力。
（1）不计加热过程中的能量损失，0.3kg的可燃冰完全燃烧放出的热量可以使多少kg的水温度升高10℃？[q可燃冰=4.2×108J/kg,c水=4.2×103J/（kg ℃）]
（2）如图乙所示平台上起重机的钢丝绳正在将一根横放在水平甲板上的匀质钢管从一端匀速吊起。①把图中的钢管看做一个杠杆，在图乙中画出杠杆所受阻力。
②整根钢管直径一定，质量为200kg,长度为15m。钢丝绳拉着钢管的右端上升30m后，接着又水平移动10m,不计摩擦，在整个过程中钢丝绳拉力做了多少功？（g取10N/kg）
2. 阅读下面材料，回答问题。
空间站如何应对“冰火两重天”
中国空间站位于距离地面约400km的太空环境中，由于没有大气层的保护，空间站表面温度最高可达150℃以上，最低可达-100℃以下。在这种“冰火两重天”的太空环境中，为保证航天员能有一个适宜工作和生活的空间站环境，就需要热控系统来实现温度的控制。
空间站的热控系统中的“中央空调”——流体回路是空间站热控系统的核心，通过特殊液体在管路内的循环实现散热和补热功能。空间站的外部还涂有银闪闪的低吸收——低发射型热控涂层。低吸收，顾名思义就是涂层材料自身具有较低的太阳光吸收特性，可有效减弱太阳辐照导致的温度升高。低发射，则是指涂层具有较低的红外发射率，可有效阻隔飞船内部向外部深冷环境的辐射，避免舱内温度的不断降低。
（1）中国空间站位于距离地面约 m的太空环境中，外太空的最低温度可以达到 ℃以下；
（2）一束光射向神舟飞船表面，这束光大部分会被飞船的低吸收-低发射型热控涂层 （选填“反射”、“折射”或“吸收”）；
（3）空间站的热控系统中的“中央空调”——流体回路中的特殊液体，为了实现散热和补热功能，应具有什么热学特征： 。（写出一种即可）
3. 阅读短文，回答文后问题。
牛顿冷却定律
当一个物体表面温度比周围环境高时，就会向周围环境散热，散热快慢可以用单位时间内散失热量的多少来表示，英国物理学家牛顿提出：物体散热快慢与物体和周围环境的温度差成正比。后人研究发现，在温度差不太大的情况下（小于15℃），这个结论符合实际散热规律，称为牛顿冷却定律，如果散热快慢用q表示，则牛顿冷却定律可以表示为q=k（t物-t环），其中k是散热系数，与物体的表面性质、表面积、周围环境性质等因素有关，和物质种类无关，如果上述因素相同，不同物质的散热系数就相同，由于不同物质的比热容不同，即使散热快慢相同，它们降低相同温度需要的时间也不同，根据降温时间可以得到两种物质比热容的大小关系，从而可以进行比热容的测量。
（1）物体向周围散热，内能减少，这种改变内能的方式叫做 ；当物体温度降低时，物体的内能 （选填“一定”或“不一定”）减少。把一杯沸水放在放在房间里，温度自然降低的规律是 （选填“先快后慢”、“先慢后快”或“均匀降低”）；
（2）散热快慢和下列概念中物理意义最接近的是 ；
A.路程 B.密度 C.功率 D.效率
（3）一个物体温度为30℃，周围环境温度保持20℃不变，此时物体的放热快慢为q,当物体温度降低到29℃时，散热快慢为 ；
（4）如图甲所示，用两个同样的保温杯分别装满水和盐水，水和盐水的温度都是30℃，周围环境温度保持20℃不变，保温杯敞开口，水和盐水温度随时间变化的图象如图乙所示，已知水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），盐水的密度为1.1×103kg/m3，则盐水的比热容为 J/（kg ℃）。
参考答案：
热身训练：
1. B；
2. 4.2×106；50%；
3. 快；比热容大；
4. 答：（1）比赛中飞盘离开手后，飞盘由于具有惯性，仍然能继续向前运动；
（2）因为水的比热容较大，同样受热或冷却的情况下，吸收或放出相同热量，水的温度变化比沙子小。因此，我们会感到海水的温度比沙滩的温度低；
5. 答：因为沙子的比热容比海水的比热容小，由Q吸=cmΔt可知，吸收相同热量，相同质量的沙子比海水温度上升快，所以小明在烈日当空的海边玩耍，感到沙子烫脚，海水却凉凉的。
6. （1）秒表；天平；（2）规格相同；（3）乙；乙。
拓展阅读：
1. （1）不计加热过程中的能量损失，0.3kg的可燃冰完全燃烧放出的热量可以使3×103kg的水温度升高10℃；
（2）①见解答图；
②在整个过程中钢丝绳拉力做了45000J的功；
2. （1）400000；-100；（2）反射；（3）汽化时会吸收热量，液化时会放出热量。
3. （1）热传递；不一定；先快后慢；（2）C；（3）0.9q；（4）3.5×103。
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