第十章 机械能、内能及其转化
第3节 比热容
1.理解比热容的概念,知道比热容的单位,知道比热容是物质的一种特性。
2.通过比较不同物质的吸热情况实验,体会控制变量法的作用,了解转换法的应用。
3.会用比热容解释有关现象,感受物理知识与生产生活的密切联系。
4.认识物质的导热性。
“早穿棉袄午穿纱,围着火炉吃西瓜。”这是对我国西北沙漠地区夏季日气温变化大的形象写照。相比之下,沿海地区日气温变化则小得多。这是为什么呢?如图所示是夏日海边的情景,海滩上的沙子热得烫脚,但海水却非常凉爽。同样的日照条件,为什么沙子和海水的温度不一样?其中蕴含着怎样的物理规律?
知识点一:影响物体吸收或放出热量多少的因素
生活经验:
烧开一壶水比烧开半壶水需要的时间长,即烧开一壶水需要吸收的热量较多;将一壶20℃的水加热到100℃比加热到60℃需要的时间长,即加热到100℃需要吸收的热量较多。
同种物质质量不同时,他们升高(或降低)相同的温度,吸收(或放出)的热量是不同的;同种物质质量相同时,升高(或降低)不同的温度吸收(或放出)的热量也是不同的
同步种类的物质,质量相同时,升高(或降低)相同的温度,他们吸收(或放出)的质量相同吗?
实验探究:比较不同物质的吸热情况
如图所示,利用相同的电加热器加热质量相等的水和食用油,使它们升高相同的温度。电加热器每秒放出的热量是一定的,当它浸没在液体中时,可以认为液体每秒吸收的热量相同。比较水和食用油,哪个吸收的热量多?
控制变量法
如何知道哪种物质吸热比较多?
升高相同的温度,比较加热时间
转换法
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}物质
质量m/g
初温t0/℃
末温t0/℃
升高的温度Δt/℃
加热的时间t/min
水
100
19
50
31
1min34s
食用油
100
19
50
31
1min5.6s
实验表明:质量相等的水和食用油,升高的温度相同时,水吸收的热量比食用油多。
保证加热相同时间,物质吸收的热量相同。电加热器加热时稳定,而酒精灯会受到火焰大小的影响,不能保证在相同时间内放热相同。
还可以通过比较加热相同时间升高的温度。实验步骤与前面实验类似,记录数据不同,也要采用控制变量法。
实验中,为何采用相同规格的电加热器和烧杯?为什么用加热器加热而不用酒精灯加热?
还可以采用什么方法来比较物质吸热能力?
不同物质在质量相等、升高的温度相同时,吸收的热量不同,即不同物质的吸热能力不同。
怎样表示物质的这种特性?
比热容
1.定义:一定质量的某种物质,温度升高(或降低)的过程中所吸收(或放出)的热量,与物质的质量和温度变化量乘积的比,叫做这种物质的比热容。
2.符号:c
3.单位:焦每千克摄氏度,符号是J/(kg·℃)。
4.定义式:c=?????????????
?
说明:1kg的某种物质,温度降低1℃所放出的热量,与它温度升高1℃所吸收的热量相等,数值上都等于它的比热容。
知识点二:比热容
常温常压下常见一些物质的比热容
单位J/(kh·K)
{22838BEF-8BB2-4498-84A7-C5851F593DF1}物质
比热容
物质
比热容
物质
比热容
物质
比热容
水
4.2×103
煤油
2.1×103
玻璃
0.84×103
铜
0.39×103
酒精
2.4×103
砂石
0.92×103
干泥土
0.84×103
水银
0.14×103
冰
2.1×103
铝
0.88×103
钢铁
0.46×103
铅
0.13×103
比热容是反应物质自身性质的物理量,不同的物质,比热容一般不同。
为什么在同样的太阳照射下,沙子和海水的温度变化如此不同呢?
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。
水比热容大的应用
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。
如图人们选择用水给发动机冷却,用水取暖,这是为什么?
水比热容大的应用
水稻是喜温作物,在每年三四月份育苗的时候,为了防止霜冻,夜晚降温时,由于水比热容较大,放出一定热量时,温度降低得少,对秧苗起了保温作用。
如图,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?
水比热容大的应用
(1)由于水的比热容较大,一定质量的水升高(或降低)一定温度吸收(或放出)的热量多,可以作冷却剂或取暖。
(2)由于水的比热容较大,一定质量的水吸收(或放出)很多的热而自身的温度却变化不多,有利于调节气温。
(3)生物体内水的比例很高,有助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害。
水比热容大的应用
知识点三:导热性
将一双木筷和一把金属汤匙一起浸在热水中,数秒后,两只手摸到筷子和汤匙的冷热感觉有什么不同?为什么?
汤匙比筷子要烫,可见金属比木材更容易导热。
活动
物质传到热量的性能称为导热性。
导热性是物质的一种属性,不同物质具有不同的导热性。金属的导热性一般比非金属的导热性好,纯金属的导热性通常优于合金材料。
若某些器件在使用中需要大量吸热或放热,往往需要使用导热性好的材料,如我跟北方有些地区冬季供暖用的“暖气片”,要使用金属材料。而用来保温的材料,则需要选择导热性差一些的物质,如泡沫塑料。
强
弱
银
铜
铝
铁
锡
铅
不锈钢
花岗石
拌石水泥
陶瓷
普通玻璃
沥青
水
硬水
如图展示了一些常见物质的导热性能,从下到上导热性能越来越强。
比热容在数值上等于单位质量的某种物质温度升高1℃所吸收的热量。如果知道一种物质的比热容,再知道这种物质的质量和温度升高的度数,就能计算它吸收的热量。
?
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA} Q吸:物质吸收的热量;
Q放:物质放出的热量;
c :物质的比热容;
m :物体的质量;
t0 :物体的初温;
t :物体的末温;
Δt: 变化的温度 ,Δt=t-t0 或 Δt=t0-t
物体吸收热量计算公式:
物体放出热量计算公式:
Q吸=cm(t-t0)
Q放=cm(t0-t)
知识点四:热量的计算
沙子的比热容约为0.92×103J/(kg·℃),这表示质量是1kg的沙子温度升高1℃时吸收的热量约为0.92×103J。把质量是2kg、温度为20℃的沙子加热到30℃,沙子吸收的热量约为多少?利用这些热量给质量是2kg、温度为20℃的水加热,水的温度会上升到大约多少摄氏度?
质量是2kg、温度为20℃的沙子加热到30℃,沙子吸收的热量
Q=cmΔt
=0.92×103J/(kg·℃)×2kg×(30℃-20℃)
=1.84×104J
利用这些热量给质量是2kg、温度为20℃的水加热,水的温度会上升到
Δt=????????????=1.84×104????4.2×103????/(????????·℃)×2????????≈2.2℃
?
t=t0+Δt=20℃+2.2℃=22.2℃
实验:比较不同物质的吸热情况
定义:一定质量的某种物质,温度升高(或降低)的过程中所吸收(或放出)的热量,与物质的质量和温度变化量乘积的比,叫做这种物质的比热容。
单位:焦每千克摄氏度,符号是J/(kg·℃)
定义式:c=?????????????
?
比热容
比热容的应用
导热性
比热容
热量的计算
Q吸=cm(t-t0)
Q放=cm(t0-t)
1.下列说法中正确的是( )。
A. 一杯水倒去一半,它的比热容减为原来的一半
B. 吸收热量多的物质,比热容一定大
C. 高温物体放出的热量一定多
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
2.由Q=cm(t-to),同一种物质的比热容c,列说法正确的是( )
A.若吸收的热量增大一倍,则比热容增大一倍
B.若质量增大一倍,则比热容减至一半
C.若加热前后的温度差增大一倍,则比热容增大一倍
D.无论质量多大,比热容都一样
D
3.一个钢件,加热到560 ℃,然后在空气中自然冷却,室温为20 ℃,在冷却过程中放出6.21×104 J热量,这个钢件的质量为多少g?(钢的比热容为0.46×103 J/(kg·℃)
解:由Q放 = cm(t0-t1)得:
????=?????????????=6.21×104?J?????.46×103?J/(kg·℃)×(560?℃?20?℃)
=0.25kg
=250g
答:这个钢件的质量为250g