10.3 探究——物质的比热容(要点讲解+当堂检测+答案)

北师大版物理九年级上册同步学案
第十章　机械能、内能及其转化
第三节　探究——物质的比热容
要 点 讲 解
要点一　探究物体吸收(放出)的热量与哪些因素有关
1. 探究目的：物质的吸热能力与哪些因素有关。
2. 探究方法：控制变量法；本实验利用了电加热器在相等时间内对外供热相等的特点。
3. 实验器材：两个相同的电加热器(包括电源、导线若干)、两支温度计、两个大烧杯、搅拌器、水、煤油。
4. 实验步骤：
(1)取相同质量的水和煤油分别倒入如图所示容器中。
(2)记录加热前液体温度t1，用电加热器加热一段时间后断电，并上下提拉搅拌器，待液体温度均匀后记录液体温度t2；多测几组数据并记录在表格中：
次数
液体
质量(g)
初温(℃)
末温(℃)
加热时间(min)
1
水
200
20
28
8
2
水
100
20
28
4
3
煤油
200
20
28
4
4
煤油
200
20
24
2
5. 实验结论：
(1)比较1、2数据得出结论：对同种物质来说，升高相同温度时，吸收的热量多少与质量成正比；
(2)比较3、4数据得出结论：对同种物质来说，质量相同时，吸收的热量多少与升高的温度成正比；
(3)比较1、3数据得出结论：对于质量相同的不同物质来说，升高相同的温度，吸收的热量多少不相同。
综上所述，物体温度升高时吸收热量的多少与物质的种类、物质的质量、物质升高的温度的多少有关。
6. 实验中的几点疑问重点解析
(1)实验中物质吸收热量的多少是通过测量加热时间实现的(电加热器在相等时间内产生的热量相同)。
(2)温度计的作用是测量液体温度。在测量时，一定要注意不能使温度计的玻璃泡与容器底部、侧壁接触，更不能与电热丝接触。
(3)搅拌器的作用是通过搅拌使容器中的液体的温度均匀。此外，需要特别注意的是：切不可用温度计替代搅拌器使用。容器加盖的目的是防止热量散失到空气中。
(4)实验中最终得到的数据总有较大差异的原因：一是各组所使用的电加热器规格难以保证完全相同，所以各组研究对象所吸收的热量并不完全相等；二是在实验过程中总是有或多或少的热量损失。
经典例题1　为了比较水和食用油的吸热能力，小明用两个相同的装置做了如图所示的实验。用温度计测量液体吸收热量后升高的温度值，并用钟表记录加热时间，实验数据记录如下表。
物质
质量/g
初始温度/℃
加热时间/min
最后温度/℃
水
60
20
6
45
食用油
60
20
6
68
(1)在实验过程中控制加热时间相同，通过比较________来研究水和食用油吸热能力的差异。
(2)在此实验中，如果要使水和食用油的最后温度相同，就要给________加热更长的时间，此时水吸收的热量________(选填“大于”“小于”或“等于”)食用油吸收的热量。
解析：(1)在实验过程中控制加热时间相同，通过比较升高的温度来研究水和食用油吸热能力的差异。(2)在此实验中，如果要使水和食用油的最后温度相同，就要给水加热更长的时间。因为选用相同的酒精灯加热，所以加热时间长的吸收的热量多，即水吸收的热量大于食用油吸收的热量。
答案：(1)升高的温度　(2)水　大于
点拨：实验中采用了转换法，通过观察液体温度的变化来研究水和食用油的吸热能力；用两个相同的酒精灯加热，加热时间长，放出的热量就多，相应受热物质吸收的热量就多。
要点二　比热容
1. 比热容
(1)定义：某种物质温度升高(或降低)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，叫作这种物质的比热容。
(2)单位：J/(kg·℃)；读作：焦每千克摄氏度。
(3)水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，含义是“1kg的水温度每升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量为4.2×103J”。
(4)强调：比热容是物质本身的一种特性，它反映了物质的吸热与放热本领的大小。比热容的大小与物质的质量大小、吸收或者放出热量的多少及温度的高低、变化情况均没有任何关系。
2. 从常见物质的比热容表总结出的规律
(1)通常情况下，液体的比热容较大(液态汞除外)，其中水的比热容最大，为4.2×103J/(kg·℃)。
(2)金属物质的比热容一般比非金属固体的比热容小。
(3)同种物质在不同状态下，比热容一般不相同。例如：水和冰是同种物质，但它们的比热容不相同。
(4)密度大的物质比热容不一定大。例如：铅的比热容比铜的比热容小，但铅的密度比铜的密度大。
3. 应用
由于水的比热容较大，这一特点在日常生活中具有重要的意义，主要表现在：
(1)由于水的比热容较大，那么一定质量的水升高(或降低)一定的温度时，吸收(或放出)的热量较多，常常被用作“冷却剂”或“散热剂”。
(2)由于水的比热容较大，尽管一定质量的水升高(或降低)一定的温度，吸收(或放出)的热量较大，但自身的温度变化不大。这一点有利于调节气候。
经典例题2　关于物质的比热容，下列说法中正确的是(　　　)
A. 比热容是物质的一种属性，只和物质的种类有关
B. 同种物质质量越大，比热容就越大
C. 因为水的比热容较大，所以比较适合做冷却剂
D. 物质的状态发生变化时，其比热容一般不变
解析：比热容是物质的一种特性，和物质的种类、状态有关系，但和质量没有关系，故A、B均错误；水的比热容较大，与其他同质量的物质相比，在升高相同温度时能吸收更多的热量，比较适合用来做冷却剂，故C正确；物质的状态发生变化时，比热容一般会发生变化，比如水变成冰，比热容变小，故D错误。
答案：C
要点三　热量的计算
热量计算公式：Q＝cmΔt
(1)吸热公式：Q吸＝cmΔt＝cm(t－t0)，其中c、m、t、t0分别表示物质的比热容、质量、末温、初温。
(2)放热公式：Q放＝cmΔt＝cm(t0－t)，其中c、m、t、t0分别表示物质的比热容、质量、末温、初温。
经典例题3　在标准大气压下，将0.2kg水从25℃加热至沸腾所需吸收的热量是[c水＝4.2×103J/(kg·℃)](　　　)
A. 2.1×103J　　　　 B. 6.3×103J C. 2.1×104J D. 6.3×104J
解析：Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×0.2kg×(100℃－25℃)＝6.3×104J。
答案：D
点拨：解答本题的关键是知道水的末温(标准大气压下水的沸点为100℃)，然后利用吸热公式Q吸＝cmΔt求水吸收的热量。
易错易混警示　对比热容的理解有误
比热容是物质的一种特性，每种物质都有确定的比热容，与物质的质量大小、温度高低、运动状态、吸热(或放热)多少等无关。也就是说，只要是相同的物质，不论其形状、质量、温度高低、放置地点如何，它的比热容一定是相同的。例如：一杯水、一盆水、静止的水、流动的水、热水、冷水的比热容都相同，但同种物质的比热容与物质的状态有关，水和冰的比热容不同。
经典例题4　关于对“c＝”的理解，下列说法中正确的是(　　　)
A. 物体吸收的热量越多，比热容越大
B. 物体的质量越大，比热容越小
C. 物体温度升高越多，比热容越小
D. 比热容与物体的质量、吸收的热量、温度的变化无关
解析：把c＝当成数学公式片面理解，没有从比热容的物理意义去理解。比热容是物质的特性，只与物质的种类和物质所处的状态有关，与其他因素无关。故D正确。
答案：D
当 堂 检 测
1. 下列说法中，能反映物体放出热量的多少跟物体降低的温度有关的是(　　)
A. 相同质量的同种物质，降低不同的温度，放出的热量不同
B. 相同质量的不同物质，降低相同的温度，放出的热量一般不同
C. 不同质量的同种物质，降低相同的温度，放出的热量不同
D. 不同质量的同种物质，降低不同的温度，放出的热量一般不同
2. 汽车发动机常用水作冷却剂，主要是因为水的(　　)
A. 比热容较大　　 B. 比热容较小
C. 密度较大 D. 密度较小
3. 由于水的比热容比沙石或干泥土的比热容大，所以在沿海地区陆地表面的气温比海面的气温昼夜变化显著。因此(　　)
A. 白天的海风多是从陆地吹向海面，夜晚的海风多是从海面吹向陆地
B. 白天的海风多是从海面吹向陆地，夜晚的海风多是从陆地吹向海面
C. 白天和夜晚的海风多是从陆地吹向海面
D. 白天和夜晚的海风多是从海面吹向陆地
4. 小天用电热水壶将1千克20℃的水加热至70℃，在这个过程中，下列分析正确的是[c水＝4.2×103J/(kg·℃)](　　)
A. 水吸收的热量为2.1×105J
B. 电热水壶消耗的电能全部转化为水的内能
C. 水的温度升高，它的内能减小
D. 水的温度升高，它的比热容变大
5. 夏天，水泥马路的温度往往比湖水高得多，这是由于 。为此，市政部门经常派出洒水车向路面洒水降温，这是利用了 的道理。
6. 水稻是喜温植物，春季育秧时，通常傍晚向秧田灌水早晨将水放出，以防霜冻。隐含的物理知识是，水的 较大。气温降低时，水能 (选填“放出”或“吸收”)较多的 。(选填“温度”“内能”或“热量”)
7. 目前利用地热的主要方法是地热发电和地热供暖，若有85℃的地热水，质量为400t，经过散热器放热后的水温为35℃，则这些地热水放出了 J的热量。[c地热水＝4.2×103J/(kg·℃)]
8. 如图为研究物质比热容的实验装置，两个相同的烧杯中分别盛有质量相等、初温相同的水和煤油，用两个相同的“电加热器”对其加热。实验时为比较水和煤油吸热本领的大小，我们既可以通过加热相同的时间，观察 的不同进行比较；也可以通过升高相同的温度，比较 。实验中“电加热器”通电时间的长短反映水和煤油 的多少。
当堂检测参考答案
1. A 2. A 3. B 4. A
5. 水泥的比热容比水小 水蒸发吸热
6. 比热容 放出 热量