第二节 科学探究：物质的比热容 初中物理沪科版九年级全一册

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初中物理沪科版九年级全一册
第二节 科学探究：物质的比热容
第1课时 初步认识比热容
第十三章 内能与热机
为什么海水和沙子在同一时刻的温度不一样？
猜想：沙子吸热升温比水快，沙子放热降温比水快。
探究新知
探究物质吸热或放热规律
提出问题：
某种物质升温时吸收热量的多少可能与哪些因素有关，有怎样的关系呢？
生活事例：
1.烧开一壶水和烧开半壶水需要的热量一样多吗？
2.把一壶水烧开和烧成温水需要的热量一样多吗？
小结：
对于同种物质（如水），水吸收的热量与水的质量（m）和升高的温度（Δ t）有关；
质量越大，吸收的热量越多；
温度升高的度数越多，吸收的热量越多。
思考：物体吸收热量除了跟物体的质量和温度的变化有关，还跟哪些因素有关？
使相同质量的铜和铁升高相同温度，需要的热量相同吗？
铜块
铁块
使它们升高相同的温度，吸收的热量一样多吗？
实验探究
实验目的：
探究相同质量的不同物质在升高相同温度时，吸收热量的多少是否相同。
设计实验与制定计划：
取质量相等的水和煤油，用相同的热源加热，采用控制变量法，即在升高相同温度的情况下，比较加热时间的长短，在加热相同时间的情况下，比较升高的温度大小。
实验器材：
两只相同的酒精灯(或电加热器)、两只相同的烧杯、质量相同的水和煤油、两支温度计、两只搅拌器、两个铁架台、秒表、火柴。
实验步骤：
点击图片播放实验视频
实验数据：
液体名称 液体质量 m/g 液体初温 t1/℃ 液体末温 t2/℃ 加热时间 t/min 液体吸热情况“多”或“少”
水 300 20 30 12.3 多
水 150 20 30 6.2 多
煤油 300 20 30 6.1 少
煤油 300 20 25 3.1 少
分析与论证：
用相同的热源，给质量相同的水和煤油加热，升高相同的温度，水需要的加热时间比煤油长，表明水吸收的热量多,水的吸热能力强，即不同的物质吸热本领不同。
小结
物体吸收的热量不仅与物体的质量、物体温度的变化有关还与物质的种类有关。吸热（放热）能力是物质的一种特性。
如何科学地比较不同物质的这种特性呢？
科学家对以上现象进行了详细研究，并由此揭示出物质的一种特性，这种特性被称为比热容。
物质的比热容
定义：一定质量的某种物质在温度升高（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。
　　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 · ℃)。
物理意义：反映物质吸收与放出热量的能力。
水的比热容是： c 水= 4.2×103 J/(kg · ℃)
色拉油的比热容是： c 油= 1.97×103 J/(kg·℃)
尝试说出水的比热容的物理意义：
1 kg水温度升高或降低1 ℃吸收或放出的热量是4.2×103 J。
物质 比热容c/(J·kg-1·℃-1)
水 4.2×103
酒精 2.4×103
煤油 2.1×103
冰 2.1×103
蓖麻油 1.8×103
砂石 0.92×103
物质 比热容c/(J·kg-1·℃-1)
铝 0.88×103
干泥土 0.84×103
铁、钢 0.46×103
铜 0.39×103
汞 0.14×103
铅 0.13×103
常见物质的比热容
1.谁的比热容最大？
2.同种物质的比热容是一直不变的吗？
3.你还有哪些发现？
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。
为什么海水和沙子在同一时刻的温度不一样？
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的比热容大，所以海水升温比沙子少；没有日照时，海水降温比沙子少。
小结
物质的比热容跟密度相似，也是物质的特性之一。
对某种确定的物质来讲，比热容是一个确定的数值，跟物体质量的大小，温度改变的多少，物体的形状、体积、位置等无关，它仅与物质的种类和状态有关。
因此，可以用比热容来鉴别物质的种类。
课堂小结
　　一定质量的某种物质在温度升高（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。
　　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 · ℃)。
随堂练习
1.沿海地区，昼夜温差较小，而内陆沙漠地区的昼夜温差较大，这主要是因为（ ）。
A.海水的密度小，砂石的密度大
B.海水的比热容大，砂石的比热容小
C.海水的内能多，砂石的内能少
D.海水吸收热量少，砂石吸收热量多
B
2.将质量和初温均相同的铝、铜、铁三个金属球（c铝>c铁>c铜），浸没在沸水中煮较长的一段时间，则三个球的温度______。从沸水中吸热最多的是______球，吸热最少的是______球。
相同
铝
铜
3.若将一瓶煤油倒去一半，则留下的一半（ ）。
A.密度不变，比热容变为原来的一半
B.密度和比热容都不变
C.比热容不变，密度变为原来的一半
D.密度、比热容都变为原来的一半
B
4.下列说法正确的是（ ）。
A.一杯煤油用去一半，它的比热容减为原来的二分之一
B.吸收热量多的物质，比热容一定大
C.高温物体放出热量一定多
D.质量相同的水和煤油，吸收了相同的热量，煤油升高的温度大于水升高的温度
D
5.下列物质的比热容发生改变的是（ ）。
A.一杯水倒掉半杯
B.水凝固成冰
C. 0℃的水变成4 ℃的水
D.将铁块锉成铁球
B
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第二节 科学探究：物质的比热容
第2课时 比热容的计算及应用
第十三章 内能与热机
复习导入
一、物体的吸热能力：与质量、升高的温度、物质种类有关。
二、一定质量的某种物质在温度升高（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c表示。
三、比热容反映了物质吸收或放出热量的能力。水的比热容最大，为4.2×103J/(kg·℃)。
“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。
探究新知
思考：
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（或降低）一定温度吸热（或放热）很多，用水做冷却剂或取暖效果好。
用冷水冷却汽车发动机
用热水取暖
人们培育秧苗时，为了保护秧苗在夜间不被冷空气冻坏，常常在傍晚往农田中灌水，白天再将水放出。因为，在夜间温度下降时水放出的热量较多，从而达到防冻的目的。
沙漠地带昼夜温差很大，而沿海地区昼夜温差不大，这是什么原因？
由于海水比热容比砂石大，海水与砂石比较，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，所以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。所以一天之中，沿海地区温度变化小，内陆地区温度变化大。同理，在一年之中夏季内陆比沿海炎热，冬季内陆比沿海寒冷。
提出问题：
水的比热容是多少？物理意义是什么？
知道了物质的比热容相当于知道了什么？
相当于知道了1㎏的这种物质温度升高或降低1℃时吸收或放出的热量。
如果物体的质量不是1㎏，升高或降低的温度不是1℃，那么物体吸收或放出的热量该怎样计算呢？
　　根据物质比热容的定义可计算出该物体在温度变化过程中吸收（或放出的热量）：
（1）升温吸热：Q吸=cm（t2-t1）；
（2）降温放热：Q放=cm（t1-t2）。
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。
热量和热平衡问题的计算
例题*：要把2kg的水从20℃加热到100℃，至少需供给多少热量？
已知：c=4.2×103J/(kg·℃)，m=2kg，t1=20℃，t2=100℃。
求：Q吸。
解：Q吸=cm(t2－t1)
= 4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃－20℃)
= 6.72×105J。
答：至少需供给6.72×105J的热量。
例题：使20g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2.1×103J/(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：
例题：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____℃。
解析：解答本题的关键是根据热量公式推出 ，且要分清“升高到”与“升高了”的区别。本题“升高到多少”即求水的末温。
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
课堂小结
　　根据物质比热容的定义可计算出该物体在温度变化过程中吸收（或放出的热量）：
（1）升温吸热：Q吸=cm（t2-t1）；
（2）降温放热：Q放=cm（t1-t2）。
随堂练习
1.水的比热容较大，人们往往利用它的这一特性为生活、生产服务，下列事例中与它的这一特性无关的是（ ）。
A.让流动的热水流过散热器供暖
B.汽车发动机用循环水冷却
C.夜晚向稻田里放水以防冻坏秧苗
D.夏天洒水降温
D
2.以下四种现象中，与水的比热容有很大关系的是（ ）（多选）。
A.汽车的发动机用循环流动的水来冷却
B.生活中往往用热水取暖
C.夏天洒水降温
D.滩涂湿地温差小
A B C D
ABD
3.有一根烧红的铁钉，质量是20g，温度是900℃，若它的温度降低到400℃，放出的热量是多少？［c＝0.46×103J/（kg·℃) ］
解：铁钉放出的热量
Q ＝c·m·Δt
＝ 0.46×103J/(kg·℃) ×0.02kg×(900℃－400℃)
＝4.6×103J
答：铁钉放出的热量是4.6×103J。
4.若100g水从20℃升温至90℃，要吸收多少热量？一根铁钉的质量约10g，从1000℃的红热状态冷却至25℃，会放出多少热量？[c水=4.2×103J/(kg·℃)，c铁=0.46×103 J/(kg·℃)]
解：水吸收的热量Q吸 = c水m水Δt =4.2×103J/(kg·℃)×0.1kg
×(90℃－20℃)=2.94×104J。
铁钉放出的热量Q放=c铁m铁Δt=0.46×103J/(kg·℃) ×0.01kg
×(1000℃－25℃)=4.485×103J。
5.把100g、80℃的热水跟250g、10℃的冷水相混合，混合后的温度为28℃，求热水放出的热量和冷水吸收的热量？
解：热水放出的热量
Q放 = cmΔt = 4.2×103J/(kg·℃)×0.1kg×(80℃－28℃)
=2.184×104J
冷水吸收的热量：
Q吸 = cmΔt = 4.2×103J/(kg·℃)×0.25kg×(28℃－10℃)
=1.89×104J
感谢您的观看