沪科版12.2科学探究：物质的比热容学案

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第二节 科学探究：物质的比热容
一、课前知识准备
1．热水和冷水混合，热水降温 ，冷水升温 。
2．1kg水温度升高1℃要吸收 J的热量。
答案：1.放热；吸热 2. 4200
二、名师解读点拨
知识点1：比热容
【思考】物体温度升高时吸收的热量和物体的 有关，和 有关，与 有关。
答案： 质量；升高的温度；物质种类
【探究】用两个相同的电加热器分别给盛在两个相同的容器里的质量相等的水和煤油加热。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。用温度计测量液体温度的变化。
【想一想】加热相同时间，哪个温度升高得快？升高相同温度，哪个需要时间长些？
【点拨】相同的电加热器在相同时间对外供热相同，在相同的时间内，质量相等的水和煤油吸收相同的热量，煤油升高的温度比水高。要使水和煤油升高相同的温度，对水要加热更长的时间。
【明确】相同质量的同种物质，升高相同的温度，吸收的热量是相同的。相同质量的不同种物质，升高相同的温度，吸收的热量是不同的。由此揭示出物质的一种特性――比热容。
单位质量的物质温度升高1℃所吸收的热量为该物质的 ，符号是“c”。比热容的单位是 。
答案：比热容；J/(kg·℃)
【注意】比热容是物质的一种特性，就像密度是物质的特性一样。每种物质都有自己的比热容．同种物质的比热容是一定的，不随物体吸收或放出的热量多少、质量、升高或降低的温度而改变。
知识点2：水的比热容
【想一想】经查表，水的比热容为 ，其物理意义是什么？
【点拨】1kg的水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量是4.2×103 J。
【辨析】夏季，人们喜欢到海边休假。白天，海风轻拂，带来丝丝凉意，夜间却不会很凉。而沙漠的夏天温度变化较大，白天气温可达60 ℃，夜晚则能降到10 ℃左右。海边与沙漠的气候为什么会这么不同？
【点拨】水的比热容是砂石的4.5倍，在同样受热的情况下，水的温度变化比砂石小得多。白天，阳光照在海上，由于海水的比热容较大，吸收了热量，海水的温度变化并不大，所以海边的气温不会很高。由于砂石的比热容较小，吸收同样的热量，温度会上升很多，所以沙漠的昼夜温差很大。因此我们说沿海地区的气候要比内陆地区的气候更舒适，正是这个道理。
【想一想】“水的比热容大”还有什么样的应用？
【点拨】我国北方楼房中都装有“暖气”，用水作介质，把燃料燃烧时产生的热量带到房屋中取暖，因为水的比热容大，相同条件下它放出的热量就比其他物质多，取暖效果较好．
在汽车发动机附近，要用循环的冷水作为制冷剂给发动机降温，是利用了水的比热容较大，在相同条件下，从发动机上吸收的热量较多的原理。
知识点3：热量的计算
如果某物体的质量为m，比热容为c和温度的变化值Δt，根据物质比热容的定义可计算该物体吸收或放出的热量为Q= 。答案：cmΔt
三、拓展整合创新
类型之一：比热容概念
【例1】（05济宁市）小明在研究物体吸收的热量与哪些因素有关时，他在两只相同的杯子里，装入质量相等的A、B两种不同的液体，用两个相同的加热器给它们加热，如图甲所示。用温度计测出两种液体在不同时刻的温度，并画出它们温度随时间变化的图像，如图乙所示。根据此图像，你能得到哪些信息，请你列举两条。
（1）_____________________________________________________________________；
（2）_____________________________________________________________________。
解析：从图像上看，两杯水的初温相同，都是20℃，A升高到60℃用了10min，B升高到60℃用了20min。由于用的是相同的加热器，A、B吸收热量的多少同加热时间成正比，A、B质量相同，升高相同温度，B加热时间长，吸收热量多，所以B的比热容大。
答案：（1）两杯水的初温相同，都是20℃；（2）A高到60℃用了10min，B升高到60℃用了20min；（3）B的比热容大。
点评：这是一道信息题，考察读图和分析数据的能力，答案是开放的，只要合理都正确。处理这类问题，首先把比较直观的信息罗列出来，再分析这些直观信息之间的联系，找出隐藏在背后的规律。
变式题：（05年哈尔滨市）用稳定的热源给冰均匀加热，下列图象中能正确描述冰熔化规律的是【已知冰的比热容是C冰=3.1×103J/(kg·℃)】（ ）
解析：冰是晶体，熔化时温度保持不变，所以图像中有一部分水平线段，并且整个图像处于上升趋势。所以A、D项错误。B、C项的区别是冰熔化前后图像倾斜程度不一样，冰熔化成水后，水比热容比冰大，升温慢，图像的后一部分倾斜程度小，所以C项正确。
答案：C
　　
类型之二：水比热容大的应用
【例2】（05宁夏）近年来，银川市开挖河道，恢复被排干的湖泊，扩大了城市的湖泊。请你结合所学的热学知识，谈谈这对城市气候可能会产生什么影响？
解析：扩大城市的水面，增大了水的蒸发，可增大空气湿度或可以降低气温。由于水的比热容较大，可适当减小昼夜温差或对气温变化有调节作用。
类型之三：热量公式运用
【例3】一太阳能热水器装水80kg，集热管每分钟吸收太阳能约为7×104J，不计热量损失，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。则该热水器每小时能使水温升高多少摄氏度？
解析：每小时水吸收的热量Q=7×104J×60=4.2×106J
Δt==℃=12.5℃
类型之四：综合应用创新
【例4】请仔细阅读下文，按要求回答问题，
气候与热污染
夏季的海边，海风轻拂，昼夜温差小，气候宜人。而沙漠的夏季，白天气温可达60℃，夜晚能降到10℃。这是因为水的比热容比沙石的大，水和沙石上升相同的温度，水能吸收更多的热量。因而，在同样受热的情况下，水的温度变化比沙石小得多，水起到了很好的调节气温的作用。
气温不仅受自然环境的影响，还受人造环境的影响。城市的工业、交通和生活，每天都消耗大量燃料。燃料燃烧产生的内能，只有一部分做了有用功，大部分散失在周围空间，成为环境热源。电力、冶金、石油、化工、造纸等行业，它们通过冷却水和烟筒向环境散热，造成工业热污染；汽车、空调、冰箱等现代化家庭设备工作时，都向环境散发热量；城市里过多的人口散发的热量也很可观……大城市散发的热量可以达到所接收的大阳能的2／5，从而使城市的温度升高，这就是常说的热岛效应……
（1）请在文中关于“海边昼夜温差小”的原因的句子下面画上横线。
（2）从文中找出两个造成热岛效应的原因：
①________________________________________________________________________
②________________________________________________________________________
（3）如何减少环境的热污染，请你提出一条合理化建议：__________________________
_____________________________________________________________________________。
答案：（1）见上文；（2）燃料燃烧产生的内能，只有一部分做了有用功，大部分散失在周围空间，成为环境热源；汽车、空调、冰箱等现代化家庭设备工作时，都向环境散发热量。（3）将火力发电厂的余热用来供暧；增加城市交通工具中电力机车的比例。
四、当堂检测反馈
1．质量为5 kg的汽油，用去一半后，剩下的汽油( )
A．密度、比热容都变为原来的一半
B．密度不变，比热容变为原来的一半
C．密度为原来的一半，比热容不变
D．密度、比热容都不变
答案：D
2．用两个完全相同的电热器同时给水和煤油分别加热，在此过程中，水和煤油的温度升高一样快，由此可以判定 ( )
A．水的体积小于煤油的体积 B．水的体积大于煤油的体积
C．水的质量大于煤油的质量 D．水的质量等于煤油的质量
答案：A
3．关于比热容，下列说法正确的是 ( )
A．温度越高，比热容越大 B．物质放热越多，比热容越大
C．物质的质量越大．比热容越小 D．物质的比热容与质量和温度无关
答案：D
4．以下四种现象中，与水的比热容有很大关系的是 ( )
A．汽车的发动机用循环流动的水来冷却 B．内陆地区的气温变化比沿海地区大
C．夏天往室内洒水可使室内温度降低 D．生活中往往用热水取暖
答案：ABD
7．水的比热容是煤油比热容的两倍，若水和煤油的质量之比为1:2，吸收的热量之比为2:3，则水和煤油升高的温度之比为 ( )
A．3:2 B．2:3 C．4:3 D．3:4
答案：B
五、资料链接
城市热岛效应
城市热岛效应(Urban heatisland effect)是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象．在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就像突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛．城市热岛效应使城市年平均气温比郊区高出1℃，甚至更多．夏季，城市局部地区的气温有时甚至比郊区高6℃以上．此外，城市密集高大的建筑物阻碍气流通行，使城市风速减小．由于城市热岛效应，城市与郊区形成了一个昼夜相反的热力环流．
近年来，随着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显．城市热岛形成的原因主要有以下几点：
首先，是受城市下垫面特性的影响．城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物的比热容比水小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面(绿地、水面等)升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面．此外，高耸入云的建筑物形成一道道屏障，阻碍了郊区与城市的冷热空气流通，也是致使城市温度升高的原因．
另一个主要原因是人工热源的影响．工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量．城市中数量庞大的汽车每天都在排放尾气，这些尾气的温度都在100℃以上．
此外，城市里绿地、林木和水体的减少也是一个重要原因．随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力被削弱．
当然，城市中的大气污染也是一个重要原因．城市中的机动车、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物．这些物质会吸收下垫面热辐射，产生温室效应，从而引起大气进一步升温．
原则上，一年四季都可能出现城市热岛效应．但是，对居民生活和消费构成影响的主要是夏季高温天气下的热岛效应．为了降低室内气温和使室内空气流通，人们使用空调、电扇等电器，而这些都需要消耗大量的电力．如目前美国1／6的电力消费用于降温目的，为此每年需付电费400亿美元．
摘自《科学画报》
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