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第十三章 内能 章首语
教材分析
本章包括“热量 比热容”“分子动理论的初步知识”和“内能”三部分内容。比热容是本章学习的一个难点;内能是热学中的一个重要概念。通过本章的学习,既能深入理解以前学过的一些热现象的本质,又为下一章学习内能的利用打下基础。
从日常生活经验出发,经历实验探究,建立比热容的概念;在大量实例与实验的基础上,通过观察、描述、分析推理,归纳总结得出分子动理论的基本观点,感受通过宏观现象推测微观结构的科学研究方法。从分子热运动的角度,通过与机械能作类比,提出内能的概念,进而将宏观量和微观机理建立联系。知道比热容和内能知识在生活和生产中有广泛应用。要学会运用本章的知识解释简单的热现象,透过现象看本质,感受物理知识与生活的密切联系。
学情分析
学生在八年级上册第三章“物态变化”的学习中已经接触了一些宏观热现象,如物态变化,了解了发生物态变化时要吸收或放出热量。本章在此基础上首先从宏观角度探究不同物质的吸热能力,引入比热容的概念,然后进一步深入分析这些宏观热现象内部深层次的微观机制。这就涉及一些热学特有的研究方法和手段。如何从复杂的宏观热现象里面分析出其微观机制 微观模型又怎样解释更多的宏观热现象 这些问题的学习是对学生物理能力的一种提高。
课标要求
1.通过实验,了解比热容。能运用比热容说明简单的自然现象。
2.知道常见的物质是由分子、原子构成的。
3.知道自然界和生活中简单的热现象。了解分子热运动的主要特点,知道分子动理论的基本观点。
4.举例说明自然界存在多种多样的运动形式。知道物质分子在不停地运动。
5.了解内能和热量。
本章目标
【物理观念】
了解热量的概念,知道热量的单位是焦耳;理解比热容的概念,知道比热容是物质的一种特性,尝试用比热容知识解释简单的自然现象,根据吸、放热公式Q=cmΔt进行简单的热量计算。知道物质的组成,以及能够分辨什么是扩散现象,知道分子热运动与温度的关系,知道分子之间存在相互作用的引力和斥力;了解内能的概念,能简单描述温度和内能的关系,知道热传递和做功可以改变内能。
【科学思维】
利用比热容解释海边与沙漠昼夜温差等问题,总结出吸、放热的计算公式Q=cmΔt。通过分子力与弹簧弹力类比,使学生知道分子间既存在斥力又存在引力;通过类比的方法得出一切物体都有内能,探究找到改变物体内能的多种方法。
【科学探究】
通过探究比较不同物质的吸热情况;通过演示实验说明一切物质的分子都在不停地做无规则的运动,观察演示实验使学生知道物体温度越高分子热运动越剧烈;通过分组和演示实验说明热传递和做功都可以使物体内能增加和减少。
【科学态度与责任】
用实验激发学生对大千世界的兴趣,使学生了解通过直接感知的现象,可以认识无法直接感知的事实。通过探究,使学生体验探究的过程,激发学生主动学习的兴趣,培养学生自己动脑筋、想办法,解决问题的能力,加强学生关心人类赖以生存的自然环境的意识。
教学思路
本单元包括“热量、比热容”“分子动理论的初步知识”及“内能”三部分内容。首先,挖掘热传递过程中的规律——质量相同的不同的物质吸收或放出相同热量时,升高或降低的温度不同,并通过实验认识到不同物质的吸热能力不同,从而建立比热容的概念,并学会利用比热容解释现象,计算热量。通过宏观实验现象或生活现象推理微观机制,从而认识扩散现象,并引出热运动的概念,再进一步通过实验,了解分子间的作用力,尝试用微观模型解释宏观现象。最后,在认识分子热运动、分子间作用力的基础上建立内能的概念,并通过实验认识内能是怎样变化和量度的,引导学生认识到做功和热传递都能改变物体的内能。
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第十三章 内能
第1节 热量 比热容
教材 解读 《初中物理新课程标准》对本节内容的要求是:“通过实验,了解比热容,尝试用比热容说明简单的自然现象。”“比热容”是本章的重点内容。因为比热容的概念比较抽象,且又与质量、温度的变化量、吸收或放出的热量三个物理量有联系,理解起来比较困难,所以“比热容”也是整本教材的难点。
学 习 目 标 物理观念 1.知道热量的概念。 2.通过实验,了解比热容,知道比热容是物质的一种特性。 3.能运用比热容说明简单的自然现象。 4.知道热量的计算公式。
学 习 目 标 科学思维 归纳不同物质吸热的特点,能根据比热容进行简单的热量计算。
科学探究 1.运用控制变量法设计实验方案,然后进行实验。 2.对实验数据进行分析、比较、归纳。
科学态度 与责任 提高学生关心人类赖以生存的自然环境的意识。
教学 重、 难点 重点:比热容的概念及根据比热容进行简单的热量计算。 难点:理解比热容的概念并能利用它解释有关现象。
教学 建议 比热容概念的教学既是重点又是难点,可采用以下策略:(1)通过实验探究,理解“不同物质在质量相等、升高温度相同的情况下,吸收的热量不同”。(2)引导学生对比分析,运用比值定义法抽象出比热容的概念,并进一步由比热容的定义说明其单位。(3)引导学生运用比热容知识解释一些生活和自然现象,深化认识。(4)根据比热容的物理意义推导出热量公式Q=cmΔt后,推导变形公式c=,从而将定义描述和公式表达结合起来,加深对比热容的理解。 从学生角度看,学生已基本掌握了科学探究的模式,基本掌握了控制变量法、转换法、比值定义法等方法的运用,本节的探究活动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。
教学设计① (对应ppt见电子资源)
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 情境引入:烈日炎炎的夏季,白天海滩上的沙子热得烫脚,海水却非常凉爽;傍晚太阳西落,沙子很快凉了下来,海水却仍然暖暖的。 提出问题:同样的日照条件,为什么沙子和海水的温度不一样 引入新课:热量 比热容。 思考、感受 活跃课堂气氛,引入课题,激发学生的学习兴趣。
【探究新知】 一、热量 提问:在学习物态变化时,我们经常说物体吸热或放热。例如在烧水的时候,水会吸热。什么是热量呢 小结:在热传递过程中,传递的热的多少叫作热量。热量的单位是焦耳,单位符号为J。1 g水温度升高1 ℃时吸收的热量为4.2 J。 演示实验或播放视频,比较不同物质吸收热量的情况(教材P2、P3演示) 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。 思考、交流 使学生理解热量的基本概念。
二、比热容 1.比热容 展示比热容的概念、定义式、单位及物理意义。 (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,叫作这种物质的比热容。比热容用符号“c”表示。 (2)单位:焦每千克摄氏度,符号是J/(kg ℃)。 (3)比热容是物质的一种特性:同种物质的比热容一定,不同种物质的比热容一般不同。 (4)观察教材P4“小资料”一些物质的比热容(下表): 物质比热容 c/[J·(kg·℃)-1]物质比热容 c/[J·(kg·℃)-1]水4.2×103铝0.88×103酒精2.4×103干泥土约0.84×103煤油约2.1×103铁、钢0.46×103冰2.1×103铜0.39×103色拉油约1.97×103水银0.14×103沙子约0.92×103铅0.13×103
讨论:水的比热容的物理意义是什么 物理意义:1 kg的水温度升高(降低)1 ℃所吸收(放出)的热量为4.2×103 J。 ①水的比热容较大,c水=4.2×103 J/(kg·℃)。 ②不同物质的比热容一般不同(特例:c煤油=c冰)。 ③物质的比热容与物质的状态有关(如:冰和水)。 2.利用比热容的知识解释生活中的现象 过渡语:水的比热容比一般物质要大,这一性质在实际生活中是否可以有一定的用武之地呢 是否可以用来解释我们生活中常见的一些现象呢 (1)海水与沙子的温差问题 多媒体展示图片: 探究归纳:海水与沙子接受光照的时间相同,吸收的热量相同,由于海水的比热容比沙子的比热容大,所以海水升温比沙子慢;没有日照时,海水降温也比沙子慢。 观察、思考、交流 观察、思考、交流 观察、思考、交流 通过探究比较不同物质吸收热量的情况,引出比热容的概念。 引导:查阅比热容表,让学生认识到水的比热容较大,泥土、沙子的比热容较小。 知道水的比热容较大这一特点在生活中的一些应用:冷却剂、调节气候等。
(2)暖气中用水作为循环物质 多媒体展示图片: 探究归纳:水的比热容较大,与其他物质相比,相同质量、升高相同的温度时吸收的热量较多,同样,降低相同的温度时放出的热量也多,向室内散发的热量就多,所以暖气中常用水作为循环物质。 三、热量的计算 比热容在数值上等于单位质量的某物质温度升高1 ℃所吸收的热量。水的比热容是4.2×103 J/(kg· ℃),它表示什么意思 口答: 2 kg的水温度升高1 ℃需要吸收多少热量 1 kg的水温度升高2 ℃需要吸收多少热量 质量为m的水温度升高1 ℃需要吸收多少热量 质量为m的水温度升高Δt需要吸收多少热量 质量为m的某种物质(比热容为c)温度升高Δt需要吸收多少热量 归纳:物体的质量为m,比热容为c,温度变化值为Δt,物体在温度变化过程中吸收或放出的热量Q=cmΔt。 例题 一个水壶装满质量为4 kg、温度为20 ℃的水,要将水烧开(标准大气压下),水需要吸收多少热量 在利用Q=cmΔt进行计算时要注意: (1)各个物理量的单位。质量单位用千克(kg),温度单位用 ℃。 (2)Δt是温度的变化值,既不是初温也不是末温,注意区分温度“升高到”和“升高了”。 (3)物体吸热升温和放热降温的计算公式相同,注意温度的变化。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略) 思考、交流 分步提问可以使问题简单化、清晰化,有利于让学生归纳总结出计算公式。
教学设计② (详见电子资源)
温馨提示:为满足广大一线教师的不同教学需求,特新增“典案二 教学设计②”,
内含多种授课方式不同的教学设计案例,word排版,可编辑加工,方便使用。
内容详见电子资源。
导学设计
学点1 热量
[问题]对于不同的物质,例如水、食用油,如果它们的质量相同,升高的温度也一样,它们吸收的热量是否相同 怎样比较不同物质的吸热能力呢
[证据]
(1)实验方法:控制变量法、转换法。
①控制变量法:探究物质吸收的热量与质量、升高的温度、物质种类的关系时,应该控制其中两个量不变,每次实验只能改变其中一个量。
②转换法:因为热量无法直接测量,所以我们可以用 加热时间 来比较物质吸收的热量。
(2)实验器材:质量相等的水与食用油、温度计2支、电加热器2个、秒表。
(3)实验过程:
a.取质量 相等 (选填“相等”或“不相等”)的水与食用油各200 g。
b.按照如图13-1-7所示安装器材。观察 温度计 的示数,记下加热前水和食用油的温度。
图13-1-7
c.接通电源,同时对烧杯中的水和食用油加热3~5 min(根据实际情况而定)。
d.停止加热,同时读出两支温度计的示数,记下水和食用油的温度。
e.算出加热过程中水和食用油的温度各升高多少摄氏度。
f.处理实验数据。
物质 质量m/g 初温t0/℃ 末温t/℃ (t-t0)/℃ 吸收的热量 (加热时间)
水 200 20 42 22 相等
食用油 200 20 55 35 相等
[解释]
(1)质量相等的水和食用油吸收相同的热量,升高的温度 不相等 (选填“相等”或“不相等”),食用油升高的温度比水多。
推理:质量相等的水与食用油升高相同的温度,吸收的热量 不相等 (选填“相等”或“不相等”),水吸收的热量比食用油 多 。表明水和食用油的吸热本领 不一样 。
(2)换用其他物质进行实验,发现在质量相同、升高的温度相同时,不同物质吸收的热量也不同。
(3)实验结论:质量相等的不同物质,升高相同的温度,吸收的热量 不相等 (选填“相等”或“不相等”)。
[交流]
(1)测量物质的选取:应选取 质量 、 初温 相同的不同物质。
(2)选择相同的热源、保证相同加热时间的目的:让两种物质吸收的热量 相等 (选填“相等”或“不相等”)。
(3)用规格相同的电加热器对不同物质进行加热的好处:①与酒精灯相比,更容易控制相同时间内提供的热量相同;②液体内部加热,热量损失 少 。
学点2 比热容
1.比热容
(1)物理意义:用来比较物质 吸热能力 的物理量。
(2)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 ,叫作这种物质的比热容。
(3)定义式:比热容=c=。
Q表示物质吸收(或放出)的热量,单位是 焦耳 (J);
m表示物体的质量,单位是 千克 (kg);
Δt表示升高(或降低)的温度,单位是 摄氏度 (℃)(吸热时Δt=t-t0,放热时Δt=t0-t);
c表示物质的比热容,单位是 焦每千克摄氏度 ,单位符号是J/(kg·℃)。
(4)实验证明:单位质量的某种物质,温度降低1 ℃时放出的热量,也等于这种物质的比热容。
(5)水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),表示的物理意义:1 kg水温度升高或降低1 ℃时吸收或放出的热量是4.2×103 J。
(6)比热容是物质的一种 特性 ,每种物质都有自己的比热容。
①同种物质的比热容是不变的,与质量、温度、吸收的热量 无关 ,与物质的种类和状态 有关 。(均选填“有关”或“无关”)
②比热容反映了物质的吸热能力,比热容越大,物质越不容易升温,也不容易降温。
(7)常见物质的比热容[J/(kg·℃)]:
水 4.2×103 色拉油 约1.97×103 铁、钢 0.46×103
酒精 2.4×103 沙子 约0.92×103 铜 0.39×103
煤油 约2.1×103 铝 0.88×103 水银 0.14×103
冰 2.1×103 干泥土 约0.84×103 铅 0.13×103
[想一想]从上表中你可以发现什么规律
①不同种物质,比热容一般 不同 (选填“相同”或“不同”)。
②同种物质在不同状态时,比热容 不同 (选填“相同”或“不同”)。
③水的比热容最 大 ,约是沙子的 4.6 倍。
2.运用比热容知识解释有关现象:为什么沿海地区比沙漠地区的昼夜温差小
[分析]海水与沙子接受光照的时间相同,吸收的热量相同,但是海水的比热容比沙子的 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 。晚上没有光照时,海水和沙子放出相同热量时,海水降低的温度比沙子 少 ,所以海水温度高,沙子温度 低 。
3.水的比热容比较大的应用
(1)水的比热容比较大的物理意义:水的比热容较大,与其他物质相比,在质量一定、升高相同温度时,吸热较多,故用水作为冷却剂效果较好。水的比热容较大,与其他物质相比,在质量一定、降低相同温度时,放热较多,故用水取暖效果较好。
(2)水的比热容比较大的应用: 取暖 、 制冷 、 调节气温 。
为解决城市的热岛效应问题,不少城市修建人工湖来调节气温,为什么
[分析]因为水的比热容比较大,和其他物质相比,在质量一定时,吸收相等的热量,水温升高比较 小 ;放出相等的热量,水温降低比较 小 。即在相同情况下,水能使周围物体的温度变化较少,所以水对气温的调节有较明显的作用。
学点3 热量的计算
[推导热量公式]根据比热容公式c=可推导出:
①物体温度升高时吸收的热量为 Q吸=cm(t-t0)=cmΔt 。
②物体温度降低时放出的热量为Q放= Q放=cm(t0-t)=cmΔt 。
t0表示 物体的初温 ,t表示 物体的末温 。
公式Q=cmΔt中各物理量的单位:
m表示物质的质量,单位: kg ;
Δt表示改变的温度,单位: ℃ ;
c表示物质的比热容,单位: J/(kg·℃) ;
Q表示吸收或放出的热量,单位: J 。
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第十三章 内能
第1节 热量 比热容
新课导入
方式一 【问题导入】
图13-1-1
在学习物态变化时,我们经常说物体吸热或放热。例如在烧水的时候(如图13-1-1所示),水会吸热。我们怎样才能知道水吸收的热的多少呢
导入语:学完本节知识,你就会通过实验定性地认识水吸收热量的多少或通过公式定量地计算水吸收热量的多少。
方式二 【情境导入】
同学们有没有这种生活体验——夏天的中午,在河边玩耍时,脚踩在沙石或泥土路面上与泡在河水里感觉有什么不同 (学生讨论回答)
导入语:这是为什么呢 通过学习比热容的知识你就能自己来解答了。
方式三 【情境导入】
请同学们观看视频,体验新疆地区昼夜温差到底多大!
导入语:要科学地解释这一问题,那就开始我们今天“热量 比热容”的学习吧!
电子视频 (详见电子资源)
教材知识处理
1.帮助学生建立比热容概念
(1)在概念上,可将比热容解释为表示物质吸热本领(能力)的物理量,可利用打比方的方法解释:
示例1 同样装满一桶水 大桶能装下的水多 小桶能装下的水少
同样温度升高1 ℃ 1 kg比热容大的物质需要吸收的热量多 1 kg比热容小的物质需要吸收的热量少
示例2 用大小不同的桶运走质量(或体积)相同的水 大桶需要运送的次数少 小桶需要运送的次数多
比热容不同、质量相同的物质吸收相同的热量 比热容大的物质温度升高得少 比热容小的物质温度升高得多
(2)在性质上,比热容是物质本身的一种特性,不同的物质比热容一般不同,也可通过比热容来鉴别物质,这完全可以将其与密度相类比(例如:一杯水和半杯水的密度是相同的,比热容也是相同的;密度与物体的质量和体积无关,比热容同样与物质的质量和体积无关),从而帮助学生加深理解。
2.利用水的比热容较大的典型实例与相关解释
(1)问:在我国的南方地区,为了保护秧苗不受冻,傍晚向秧田里多灌些水,这是为什么
答:这是因为水的比热容比较大,傍晚向秧田里多灌些水,夜间秧田里水的温度变化小,秧田的温度不致降低太多,秧苗就不致冻坏。
(2)问:为什么说水最适合作为冷却剂
答:这是因为水的比热容较大,相同质量的水和其他物质比较,在温度变化相同时,水吸收的热量较多,冷却效果较好。例如:机动车上设有水箱,用水来给机器散热降温。
(3)问:暖气片和暖气管道中为什么用水作为传热、散热的物质
答:这是因为水的比热容较大,相同质量的水和其他物质比较,在温度变化相同时,水吸收或放出的热量较多,在锅炉里吸收的热量多,在室内放出的热量也多。
(4)问:海陆风是怎样形成的
答:由于海水和土壤的比热容不同,引起内陆和海水温度变化差异较大,白天陆地增温快于海洋,夜间陆地降温也快于海洋,这样,白天风从海上吹向陆地,夜晚风从陆地吹向海洋,前者称为海风,后者称为陆风,合称为海陆风。
3.实验改进:比较不同物质吸热的情况(教材P2、P3)
问题:加热时液体受热不均匀,时间较长,温度计示数不易观察,对比效果差,不利于演示。
图13-1-2
改进方法一:采用完全相同的实验装置,如图13-1-2所示,同时采用两个相同的U形管来代替温度计,将“空”试管置于质量、初温相同的不同液体中,管内空气受热后膨胀明显,通过U形管中液面升高的多少,来反映烧杯中两种液体温度变化的差异,这样更加直观。
优点:对比性强,可视效果明显,利于演示。
改进方法二:可将上述装置中的热源换为功率相同的电加热器“热得快”,更便于控制。
本节教材链中考
[考点小说] 对于比热容的考查,主要有三个角度:①对比热容概念的理解;②利用不同物质的比热容不同解释日常生活和自然界的常见现象;③利用吸、放热公式进行与比热容相关的计算。而比热容的相关计算是热学部分的必考点,多以选择题、填空题出现,还常常结合燃料燃烧放热或电热进行综合考查。
[考点对接] 1.对比热容概念的理解
[源起教材P4]
表13.1-1 一些物质的比热容
物质 比热容 c/[J·(kg·℃)-1] 物质 比热容 c/[J·(kg·℃)-1]
水 4.2×103 铝 0.88×103
酒精 2.4×103 干泥土 约0.84×103
煤油 约2.1×103 铁、钢 0.46×103
冰 2.1×103 铜 0.39×103
色拉油 约1.97×103 水银 0.14×103
沙子 约0.92×103 铅 0.13×103
例1 (福建中考改编)水约占人体体重的60%~70%,有助于调节体温,原因之一是水具有较大的 ( )
A.质量 B.密度 C.温度 D.比热容
[答案] D
例2 (常德中考)下表是一些物质的比热容[单位J/(kg·℃)],根据表中数据和生活现象,下列判断中正确的是 ( )
水 4.2×103 铝 0.88×103
煤油、冰 2.1×103 铁、钢 0.46×103
沙子 约0.92×103 铜 0.39×103
A.不同种类的物质,比热容一定不同
B.比热容与物质的状态无关
C.质量相同、初温相同的铝块和铜块吸收相同的热量,铜块的末温更低
D.沿海地区昼夜温差小,是因为水的比热容较大
[答案] D
例3 (湖北中考)如图13-1-3甲所示,利用相同规格的加热器加热等质量的a、b两种液体,得到温度随时间变化的图像如图乙所示,分析可知 ( )
图13-1-3
A.相同时间内a中加热器产生的热量比b中的多
B.a和b的吸热能力都随着温度的升高不断增大
C.升高相同温度,a所用时间比b少,a的吸热能力比b弱
D.相同时间内a升高的温度比b多,a的吸热能力比b强
[解析] C 加热器规格相同,相同的时间内产生的热量相同,故A错误;比热容是物质的一种特性,与物体质量、温度高低、吸放热多少都没有关系,物质的吸热能力不受外界条件影响,故B错误;由图乙知,升高相同的温度,b的加热时间长,b吸热多,b的吸热能力强,故D错误、C正确。
[考点对接] 2.与比热容有关的热量计算
[源起教材P6] 想想议议
沙子的比热容约为0.92×103 J/(kg·℃),这表示质量是1 kg的沙子温度升高1 ℃时吸收的热量约为0.92×103 J。把质量是2 kg、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2 kg、温度为20 ℃的水加热,水的温度会上升到大约多少摄氏度
例4 (恩施州中考)冬季,某供热系统中有10 kg水,当水的温度降低1 ℃时,可给房间放热[c水=4.2×103 J/(kg·℃)] ( )
A.4.2×102 J B.4.2×103 J C.4.2×104 J D.以上都不对
[答案] C
例5 (烟台中考)在“探究物质的吸热能力与哪些因素有关”的实验中,用质量是0.3 kg的水和表中等质量的另一种物质进行对比,作出的图像如图13-1-4所示。实验过程中,水和另一种物质在相同时间内吸收的热量相等,分析图像可以得出图线 (选填“a”或“b”)对应的物质为水,另一种物质为 ,这种物质在0~5 min内吸收的热量为 J。
图13-1-4
物质 比热容c/[J·(kg·℃)-1]
水 4.2×103
酒精 2.4×103
煤油 2.1×103
蓖麻油 1.8×103
[答案] b 煤油 2.52×104
[解析] 相同时间内两种液体吸收的热量相等,由图可以看出,a液体的温度升高得快,b液体的温度升高得慢;根据热量的计算公式Q吸=cmΔt可知,在质量相等、初温相同、吸热也相同的情况下,谁的温度升高得快,它的比热容就小,所以,b液体的比热容大。若a、b两种液体中,一种液体是水,则b是水。由图可知:液体和水的初温是20 ℃,吸热5 min后a的末温是60 ℃,水的末温40 ℃;c水m水Δt=camaΔta,即cama(60 ℃-20 ℃)=4.2×103 J/(kg·℃)×m水×(40 ℃-20 ℃),解得ca=2.1×103 J/(kg·℃),由表格数据知此液体为煤油;这种物质在0~5 min内吸收的热量为Q=camaΔta=2.1×103 J/(kg·℃)×0.3 kg×(60 ℃-20 ℃)=2.52×104 J。
拓展材料
材料一——海陆风的形成
由于陆地上泥土的比热容比海水的比热容小,白天时陆地升温比海水快,海面上空气的密度高于陆地上空气的密度,陆地上热空气上升后海面上的冷空气流过来补充,形成海风(图13-1-5甲)。而晚上时正好相反,形成陆风(图乙)。海陆风不仅体现在一天,而且体现在某个季节。
图13-1-5
材料二——城市“热岛效应”
如图13-1-6所示,城市“热岛效应”是一种城市市区气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上,郊区气温较低,而城区气温则很高,就像突出海面的岛屿,由于这种岛屿代表高温的城市区域,所以被称为城市“热岛”。
图13-1-6
城市气候最显著的特点之一就是城市“热岛效应”。城市“热岛”现象是多种因素综合作用的结果。造成“热岛效应”的原因主要有以下两个方面:一是地表被覆无机化。越来越多的地表被建筑物、混凝土和柏油所覆盖,比热容大,反射率小,能有效地储存太阳辐射的热量;绿地和水面面积减少,蒸发作用减弱,大气中的热量难以释放。二是人工排热器增加。大城市里商场林立,商业街越来越多,这些地方建筑密集,热量不易散发;人口集中,风扇、空调的功率更是惊人,能源消耗大;城市中心和边缘的工厂在生产中,机器不断地排放出大量的热能;城市的交通工具都是一个个大的散热器,在各种人为的散热源中,来自工厂、家庭炉灶、冷气、采暖等固定热源的热量约占,而汽车、摩托车、电车等移动热源散发的热量约占。都市越大,现代化程度越高(高楼、大厦、柏油路和水泥路越多),“热岛效应”就越明显,“热岛效应”是城市化进程的副产品。
“热岛效应”的危害不容忽视。首先,酷热天气的增加给人们的生活和工作带来严重影响,损害人类身体健康,甚至造成一些人因中暑而死亡;其次,“热岛”现象加剧了大气污染,城市地面散发的热气形成近地面暖气团,使城市烟尘流通受阻,形成对人体有害的“烟尘穹隆”;再次,“热岛效应”造成局部地区水灾,城市产生的上升热气流与潮湿的海陆气流相遇,就会在局部地区上空形成乱积云,而后降下暴雨,每小时降水量可达100 mm以上,从而在某些地区引发洪水,造成山体滑坡和道路塌陷等;此外,“热岛”现象还会导致气候、物候失常。近年广州出现的木棉早开、杧果秋实等现象就是“热岛”现象所致。
材料三——牛顿冷却定律
当一个物体表面温度比周围环境温度高时,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“t物”为物体此时的温度,“t环”为环境温度,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。
材料一 海陆风的形成
材料二 城市“热岛效应”
材料三 牛顿冷却定律
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能力培优题 (详见电子资源)
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