【轻松备课】沪科版物理九年级上 第十三章第二节 科学探究：物质的比热容 教学详案

第十三章 内能与热机
第二节 科学探究：物质的比热容
设计说明 本节课是在学生学习了热传递、热量知识的基础上进一步研究物体温度升高时吸收热量多少与哪些因素有关，从而提出了比热容的概念，它是本章的重点知识。本节教材是从学生的日常生活常识出发提出问题，经过探究活动得出结论，并应用探究所得解决实际问题。新教材更为关注的是学生的生活体验和实验探究。本课时教学内容主要是比热容的概念的建立，这是下节课进行热量计算的基础。 从学生角度看，初中学生已基本掌握探究的模式程序，基本掌握了控制变量、转换、比值定义等方法的运用，本节的探究活动教材采用的是一种开放式的探究模式，充分发挥学生的主动性和创造性，让学生在探究活动中切实体验物质的热属性，以加深学生对比热容概念的理解。 教学目标 【知识与技能】 1.了解比热容的概念，知道比热容是物质的一种基本属性，是反映物质的吸、放热性能的物理量，知道比热容的单位J/（kg·℃）及其读法、含义。 2.会用比热容的概念解释有关的简单现象，知道水的比热容较大。 3.会计算物体吸收或放出热量的多少。 【过程与方法】 通过实验探究，认识质量相同的不同物质，在吸收相同的热量时，升高的温度不同这一特点，会运用控制变量法设计和进行实验。 【情感、态度和价值观】 通过联系实际，分析与比热容有关的问题，让学生感受物理无处不在，体会物理知识的魅力，养成探索、思考物质世界奥秘的兴趣和好奇心，逐步帮助学生建立对物理和科学的感情。 重点难点 教学重点 1.实验探究物质的吸、放热性能。 2.比热容的概念。 教学难点 1.理应用比热容解释相关物理问题。 2.了解不同物质吸、放热性能上的不同。 教学方法 实验探究法、交流和讨论法。 教具、学具 多媒体课件、小功率电热器2个（同规格）、一杯水、一杯煤油、500 mL烧杯2只、搅拌器2只、温度计2支、秒表、托盘天平和砝码等。 授课时数 2课时 第1课时 科学探究：物质的比热容 教学过程 导入新课 明朗的天，碧蓝的海，人们漫步海滨，感受到海风迎面吹拂，会觉得十分舒畅。这样的风，多半是海风。从海上吹向陆地的风叫海风，从陆地吹向海洋的风叫陆风。气象学上常把两者合称为海陆风，你知道海陆风是怎样形成的吗？从物理学角度分析，应如何解释呢？ 讲授新课 一、探究物质吸热或放热的规律 【活动】体验烧水过程，猜想水吸热的影响因素。 【问题】A.烧开一壶水与烧开半壶水相比较，哪种情况用的时间长？ B.把一壶水烧开和把这壶水烧成温水相比较，哪种情况用的时间长？ 【学生回答后总结】生活经验表明：物体的质量越大，升高的温度越高，吸收的热量越多。 【提问】物体吸收热量除了跟物体的质量和温度的变化有关，可能还跟什么因素有关？ 教师引导学生按照科学探究的步骤，讨论说出实验的设计及实验过程和所得结论。 1.提出问题：同一种物质在质量相同、温度变化相等时，吸收或放出的热量相等，那么，不同物质在质量相同、温度变化相等时，它们吸收或放出的热量也相等吗？ 2.猜想与假设：可能与物体的质量有关，可能与物体的种类有关，也可能与物体温度变化大小有关。 3.设计实验与制订计划： 设计思路： (1)质量相等的不同物质升高相同温度，吸收的热量是否相等？ (2)质量相等的不同物质吸收相等热量，升高的温度是否相等？ 在设计实验时教师要引导学生学会使用控制变量法，并要求学生解决好以下问题： (1)选取哪两种物质(比如两种液体)作为研究对象？ (2)你认为选择怎样的容器较为合适？ (3)怎样才能使物体在一定时间内从热源吸收的热量尽可能相等？ 设计实验时先让学生设计，讨论后交流，在此基础上教师对设计较好的同学给予指导，确定实验方案。 【教师点拨】选择水和煤油，因为使用它们易于加热、易于测量温度；选择相同容器、相同的加热条件，这样才能使物质在一定时间内，从热源吸收的热量尽可能相等。 4.实验器材：相同的烧杯两只、相同的两个酒精灯、质量相同的水和煤油、温度计两支、天平（含配套砝码）一台、搅拌器、火柴、钟表、铁架台、石棉网。 5.进行实验与收集数据 实验步骤 (1)用天平称取一定质量的水和煤油，分别装入两个烧杯中，按图组装实验器材，用酒精灯分别给它们加热； (2)观察并记录加热前两液体的温度； (3)给它们加热一段时间，同时上下拉动搅拌器，待温度平衡后，分别记录几次液体的温度； (4)做完实验后整理器材。 实验记录表格： 加热时间/min012345煤油的温度/℃水的温度/℃
6.分析与论证 (1)比较用水作为研究对象的各组实验数据，在吸收相同热量的情况下，如果水的质量增加一倍，其吸收的热量则几乎增加一倍；用煤油作为研究对象的各组实验数据也能得到上面的结论。 (2)如果要使相同质量的水和煤油升高相同的温度，水吸收的热量多；如果让相同质量的水和煤油吸收相同的热量，水升高的温度少。 7.探究结论 (1)相同质量的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量是不相同的。 (2)不同质量的相同物质，升高相同的温度，吸收热量是不相同的；质量大的吸收的热量多，质量小的吸收的热量少。 教师导入：如果换用其他物质来做实验，结论是相同的。如果做物质的放热实验，质量相等的不同物质降低相同温度时，所放出的热量一般不同，这是由物质本身的一种性质决定的。为比较不同物质吸、放热性能上的差别，物理学中引入比热容这个物理量。 二、物质的比热容 1.比热容的大小等于一定质量的某种物质温度升高（或降低）时吸收（或放出）的热量与它的质量和升高（或降低）温度的乘积之比，用符号“c”表示。 2.单位：J/(kg·℃)，读作“焦耳每千克摄氏度”。 教师引导学生阅读课本“常见物质的比热容”表，然后要求学生回答下列问题。 （1）看过比热容表后，你对比热容概念有什么认识？ （2）表中比热容最大的物质是什么？ （3）砂石的比热容是多少？表示什么意义？并与水的比热容作比较。 （4）为什么沿海地区昼夜温差小，而沙漠地区昼夜温差大呢？ 学生交流讨论并回答以上问题，教师补充更正。 （1）比热容是物质的一种特性，每种物质都有自己的比热容，对于同种物质，不同状态的比热容一般也不同，如水与冰。 （2）水。 （3），表示砂石温度升高(或降低)时，吸收(或放出)的热量为；，水的比热容比砂石的比热容大3倍多。 （4）水的比热容较大，沿海地区海水白天吸收大量的热而温度升高不多，夜晚海水放出大量的热而温度降低很少；砂石的比热容较小，所以沙漠地区白天吸热后温度升高较多，夜晚放出热量后温度降低很多。 【教师点拨】 1.比热容是物质本身的一种特性 （1）物质有许多特性，如已学过的密度、热值等。所谓特性是物质本身所特有的，在一定条件下它具有固定不变的性质。比热容是物质的一种特性，在同种状态下它既不随物体质量的改变而改变，也不随物质吸收(或放出)热量的多少及温度的变化而变化，也就是说，只要是相同的物质在同种物态下，不论其形状、质量、温度的高低、放置地点如何，它的比热容一定是相同的。 （2）对于同一种物质，比热容的值还与物质的状态有关，同一物质在同种物态下的比热容是一定的，但在不同物态时，比热容是不相同的。如水的比热容是，而冰的比热容是。 2.水的比热容的特点及应用 水的比热容较大，这一特点在人们的日常生活和生产中具有十分重要的意义。 （1）一定质量的水升高(或降低)一定的温度吸收(或放出)的热量较多，我们可以用水作冷却剂或取暖。作冷却剂时，是让水吸收带走更多的热量；用来取暖时，是让水放出更多的热量供给人们。 （2）一定质量的水吸收(或放出)较多的热量而自身的温度却改变不多，这一点有利于调节气候。夏天，太阳光照射到海面上，海水的温度在升高过程中吸收大量的热，所以人们住在海边并不觉得特别热；冬天，气温低了，海水由于温度降低而放出大量的热，使沿海气温不致降得太低，所以住在海边的人们又不觉得特别冷。 【想一想】海陆风的形成原因 白天 海风 夜晚 陆风 【教师点拨】 水的比热容比砂石的大，白天吸热，岸上气温比海面气温升得高，使空气对流，近地面风从海面吹来；晚上放热，海面温度较高，风从陆地吹来。 三、热量的计算 多媒体展示：把质量为、温度为的铝块加热到，铝块吸收的热量是多少焦？ 1.铝温度升高，需吸收________的热量； 2.铝温度升高，需吸收________的热量； 3.铝温度升高，需吸收________的热量； 4.铝温度升高，需吸收________的热量； 5.铝温度升高，需吸收________的热量； 6.铝温度升高，需吸收________的热量。 学生回答，教师订正： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 【总结】 如果用表示吸收的热量，某物质的质量为，比热容为，温度变化为，则。如果用表示原来的温度，表示后来的温度，则，上式变为。同理，物质温度降低时放出的热量。 【教师点拨】对公式运用的理解： （1）两个温度不同的物体在一起时，高温物体放出热量，温度降低；低温物体吸收热量，温度升高，最后两物体温度相同。如果没有热损失，则，这就是热平衡方程，利用这个关系和热量的计算公式也可以求出物质的比热容、物体的质量或温度。 （2）计算热量的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(放热)多少的计算。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。例如，冰熔化为水需要吸热，此时冰的温度(或冰水混合物的温度)没有变化，但需要从外界吸收热量。 课堂小结 一、探究物质的吸、放热性能 物体温度升高时吸收的热量，不仅跟质量及升高的温度有关，还跟物质的种类有关。 二、比热容 1.比热容的大小等于一定质量的某种物质温度升高（或降低）时吸收（或放出）的热量与它的质量和升高（或降低）温度的乘积之比叫做这种物质的比热容，用符号表示。 2.比热容的单位：。 3.比热容是物质的一种特性。 三、热量的计算 1.吸热公式：。 2.放热公式：。 当堂达标 1.烧杯中装有酒精，现用去一半，则剩余酒精的下列物理量中，不发生改变的是( ) A.质量 B.重力 C.比热容 D.体积 答案：C 2.小明从下表提供的信息中，得出以下几个结论，其中错误的是（ ） 几种物质的比热容水干泥土酒精铜冰铝汞铅
A.汽车发动机用水来冷却效果好 B.液体的比热容都比固体大 C.同种物质在不同物态下比热容不同 D.质量相等的铜和铅，升高相同的温度，铜吸收的热量多 答案：B 3.甲、乙两个物体的质量之比为，比热容之比为，它们吸收了相同的热量，升高温度之比为（ ） A. B. C. D. 答案：B 4.质量、初温相同的铜块和铁块（已知＜），放出相同的热量后放在一起，热量的传递方向是（ ） A.从铁块传给铜块 B.从铜块传给铁块 C.不发生热传递 D.无法确定 答案：A 5.质量相等，初温相同的三种不同液体，分别用三个完全相同的电加热器加热，加热过程中，温度随时间变化的图线如图所示，根据图线，把三种液体的比热容按从大到小的顺序排列为____________________。 答案： 6.水稻是喜温作物，在每年三四月份育秧时，为了防止霜冻，傍晚常常在秧田里灌一些水过夜，第二天太阳升起后，再把秧田里的水放掉，你能解释原因吗？ 答案：三四月份昼夜温差大，夜晚气温降低，在秧田里灌些水，由于水的比热容较大，在相同的条件下，夜晚水和泥土相比放出相同的热量而温度下降较慢，从而使秧苗的温度不至于太低而被冻坏，白天，将水放掉，因为泥土的比热容较小，吸收热量温度升高得较快，有利于秧苗生长。 板书设计 第1课时 科学探究：物质的比热容 一、物体吸收的热量除了跟物体的质量、温度的变化有关外，还跟物质的种类有关。 二、比热容 1.比热容的大小等于一定质量的某种物质温度升高（或降低）时吸收（或放出）的热量与它的质量和升高（或降低）温度的乘积之比叫做这种物质的比热容，用符号“”表示。 2.单位：。 3.意义：反映物质吸、放热的性能。 三、热量的计算 物体吸收或放出热量的公式：。 第2课时 习题课 教学过程 题型一 不同物质的吸热能力 例1 小明设计了如图所示的实验装置来探究水和食用油的吸热本领。 (1)写出调整实验器材的方法步骤。 (2)依据小明的探究方案,在实验探究过程中,除了选用相同规格的烧杯和酒精灯,还需要控制不变的量有哪些 (3)实验探究记录数据如下表： 在这些数据中,哪一个最可能是由于测量或者记录的疏忽而产生了错误？分析实验数据,可以得出的结论是什么？ 解析：(1)调整实验器材时,注意调整铁夹、石棉网的位置。(2)在探究过程中要利用控制变量法,使两种物质的质量和初始温度相同,比较末温和加热时间。(3)分析食用油的变化温度,第食用油的温度应为,故第数据有误。分析食用油和水的温度的变化关系,每加热,水的温度变化为,食用油的温度变化为,则食用油温度变化快。所以升高相同的温度,水需要吸收的热量多,故水的吸热能力较强。 答案：(1)调整下面的铁夹,使石棉网处于适当的高度；调整上面的铁夹,使温度计处于适当的高度。(2)水与食用油的质量和初始温度相同。(3)第食用油的温度记录错误；水的吸热本领比食用油的吸热本领强。 跟踪训练 1.如图所示是“比较水和煤油吸热升温特点”的实验装置。 (1)加热过程中,用搅棒搅动的目的是使液体均匀受热；水和煤油吸热的多少是通过加热时间（选填“温度计示数”或“加热时间”）来反映的。 (2)关于该实验的变量控制,下列要求中不正确的是_B__（填字母）。 A.采用相同的加热方法（如酒精灯火焰的大小,与杯底的距离等） B.烧杯中分别装入相同体积的水和煤油 C.使用相同的烧杯 题型二 比热容 例2 小明根据表中提供的几种物质的比热容得出以下四个结论,其中正确的是( ) 几种物质的比热容水煤油酒精铜冰铝汞砂石
A.液体的比热容一定比固体的大 B.同一物质状态发生变化后,比热容不变 C.汽车发动机用水来冷却是因为水的比热容较大 D.质量相等的铝块和铜块,升高相同的温度,铜块吸收的热量多 解析：根据题表可知，汞是液体，而汞的比热容最小，故A选项错误；冰和水是同种物质，状态不同,比热容也不一样，说明比热容大小与物质的物态有关，故B选项错误；水的比热容较大，在其他条件相同时，吸收(或放出)相同热量,温度变化较小，所以可用于发动机冷却，故C选项正确；铝的比热容比铜的大，升高相同的温度，能吸收更多的热量，故D选项错误。 答案：C 跟踪训练 2.内陆地区的温差比沿海地区的温差大，造成这种差别的主要原因是(　A　) A.水的比热容比泥土、砂石的比热容大 B.水的内能比泥土、砂石的内能大 C.水的密度比泥土、砂石的密度小 D.水的温度比泥土、砂石的温度低 3.（多选）小东根据图提供的信息得出以下四个结论，其中正确的是（　AC　） A.我国北方楼房中的“暖气”用水作介质是因为水的比热容大 B.质量相等的水和沙子，吸收相同热量，水比沙子升温多 C.质量相等的沙子和铁，降低相同温度，沙子比铁放出热量多 D.铁块和铝块升高相同温度，一定吸收相等的热量 题型三 热量的计算 例3 把一质量为的某金属球在的炉火中加热足够长的时间，然后迅速投入到的初温为的某种液体中，达到热平衡后金属球的温度变为。已知金属球的比热容为，不计热量的损失。求：(1)金属球放出的热量；(2)该液体的比热容。 解：(1)金属球放出的热量： 。 (2)根据可得，该液体的比热容。 跟踪训练 4.某同学将一杯质量是、温度是的冷水倒入一杯质量是、温度是的热水中，混合后的水温度最高是多少？（若没有热量损失） 解：设混合后的水温为,根据和得： 解得。 题型四 利用图像判断比热容大小 例4 用两个相同的“热得快”，分别给质量、初温都相同的甲、乙两种液体同时加热，两液体的温度随时间变化的图像如图所示。根据图像可知，甲液体的比热容________(选填“大于”“等于”或“小于”)乙液体的比热容。质量为、初温为的甲液体温度升高到，吸收的热量为________J。[甲液体的比热容为] 解析：由图像可以看出：在相等时间内，液体甲温度变化量大，则甲液体温度升高较快；而两个加热器相同、加热时间相等时，两种液体吸收的热量相等，由公式可知，在质量相等、初温相同、吸热也相同的情况下，温度升高快的液体比热容小，所以甲液体的比热容小，乙液体的比热容大。。 答案：小于 规律总结：图像法是数形结合思想的一种重要应用，用图像来描述物质的吸热能力(比热容)时，通常用横轴表示时间，用纵轴表示温度，具体情况如下：（1）质量和初温都相同的两种物质，分别用两个相同的加热器加热，物质吸热升温,图像如图a所示。分析比较比热容的大小时，可采取以下两种方法：①作一条垂直于时间轴的直线，如图b所示，相同时间内，甲、乙吸收的热量是相同的，甲的温度变化量大于乙的温度变化量,根据热量公式分析可知，。②作一条垂直于温度轴的直线，如图c所示，当甲、乙升高的温度相同时，甲比乙加热时间要短，即甲比乙吸收热量少，由可知。（2）质量和初温都相同的两种物质，在相同的时间内放出的热量相等，即物质放热降温， 图像如图d所示。可运用上述方法分析比热容的大小。 跟踪训练 5.用两个相同的电加热器给质量同为的物质甲和水加热，如图所示是它们的温度随时间变化的关系图像，据此判断甲物质吸收的热量为（ C ） A. B. C. D.条件不足，不能计算 当堂达标 1.“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显著。沿海地区不像内陆地区昼夜气温变化那么大，其主要原因是砂石比水具有较小的（ ） A.体积 B.密度 C.比热容 D.质量 答案：C 2.分别用两个完全相同的“热得快”，同时给质量相同的A、B两种液体加热。它们的温度随时间变化的图像如图所示，由图可以看出，A、B液体的初温_________（选填“相同”或“不相同”），_______液体的温度升高得较快，_________液体的比热容较大。 答案：相同 A B 3.现在在许多城市都修建了人工湖，这是利用了水的比热容_______的性质来调节气候。若水的比热容为，一人工湖湖水质量为，水温升高，则湖水吸收的热量_________J。若这些热量被同等质量的砂石吸收（），则砂石升高的温度将_________（选填“大于”“小于”或“等于”）。 答案：大 大于 4.甲物体的质量是乙物体的4倍，当甲物体的温度从升高到，乙物体的温度从升高到时，甲、乙两物体吸收热量之比为，则甲物体与乙物体的比热容之比是__________，然后让甲、乙吸收相同热量后再将它们相互接触，__________（选填“甲”或“乙”）把热量传给另一物体。 答案： 乙 5.“卡路里”简称“卡”，是热量的另一个单位，现在仍被广泛使用在营养计量和健身手册中。1卡是这样规定的：在一个标准大气压下，1克水温度升高吸收的热量。那么1卡=________焦耳。[] 答案：4.2 6.探究“比较不同物质吸热能力”的实验中，在两支相同的试管中分别加入水和沙子。分别用同一酒精灯加热（如图所示），实验数据记录如下表。 材料升高所需时间升高所需时间升高所需时间水54110167沙子112336
（1）试管中加入的水和沙子应保证________（选填“体积”或“质量”）相等。 （2）实验中，物质吸热的多少是通过________________________（选填“升高的温度”或“加热的时间”）来反映的。 （3）分析表中数据可知，水和沙子两种物质吸热能力较强的是________。 答案：（1）质量 （2）加热的时间 （3）水 7.珊珊同学测量天然气灶火焰中心温度时，她先把一枚的铁钉放入火焰中心加热足够长的时间，然后用一把绝热钳夹住铁钉，立即放入盛有水的绝热容器中，已知绝热容器原来装有、的水，后来水温不再升高后，测得水温为。已知铁的比热容为，求： （1）水升温过程中吸收的热量。 （2）火焰中心的温度。 解：（1）水吸收的热量： 。 （2）铁钉放出的热量：，火焰中心的温度。 教学反思