10.3 探究——物质的比热容 教案

第十章 机械能、内能及其转化　
第三节　探究——物质的比热容
一、教学背景分析
本节课的主要内容包括两个方面：第一，在只有热传递的过程中，热量是物体内能变化多少的量度；第二，探究物质的比热容。《课程标准》中要求“通过实验，了解物质的比热容，尝试用比热容解释生活中简单的自然现象”，所以教学中要重点关注对知识的探究和应用。
学生在本节课前已经学习了改变内能的方式，会使用温度计测量物体的温度，理解控制变量的实验探究方法，并具有一定的观察和分析能力，这为本节课的探究学习打好了基础。初中学生对新事物存在着浓厚的好奇心，具有强烈的操作兴趣，但学生仍处于从形象思维向抽象思维过渡的时期，比热容的概念比较抽象，因此学生理解起来有一定的难度，所以教学过程中给学生搭设的台阶要能适合初三学生的思维特点。
本节课从生活中烧水的现象入手，让学生猜想影响物质吸热多少的因素，结合生活经验总结出吸热多少与物体的质量和温度升高的多少有关，通过实验探究了解物体吸热的多少还与物质种类有关，再给出比热容的定义，并运用比热容知识解释实际现象和应用。
二、教学目标
1.知道热量是热传递过程中物体内能变化的量度，知道热量的单位是焦耳。
2.应用控制变量的实验方法进行探究实验，了解物体吸热的多少与物质种类有关，提升科学探究能力。
3.理解比热容的概念，知道比热容是描述物质性质的物理量。
4.通过查比热容表，了解不同的物质比热容一般不同，同种物质的比热容一般不变，了解水的比热容较大的特点，并运用比热容的知识解释生活中的现象及应用，感受物理知识与生活联系紧密。
5.能应用公式进行吸、放热的简单计算。
三、教学重点和难点
教学重点：实验探究物体吸热多少与物质种类有关。
物质的比热容概念比较抽象，通过实验探究的方式让学生体会物体吸热的多少与物质种类有关，在此基础上通过教师引导和分析给出比热容的概念，帮助学生从现象过渡到理论，符合学生的认知特点。并能在实验探究过程中应用学习过的科学方法，提升学生用科学方法解决实际问题的能力。
教学难点：比热容概念的建立。
在探究实验的基础上，可以通过分析使学生认识到，不同种类的物质，在质量与温度的变化相同时，吸收（或放出）的热量一般不同，这是由物质本身性质和状态决定的，为了表示物质的这种特性，从而引入比热容的概念，给出比热容的国际单位和常用单位。
四、教学过程
1．教学引入
展示照片，如图10-3-1所示，夏季的中午在海边游玩的时候，干燥的沙子感觉烫脚，而海水却是凉爽的；晚上再到海边，沙子是凉的，而海水还是温热的。通过本节课的学习，就能了解其中的物理原理。
图10-3-1
2.“知识点”教学
●热量
引导学生回顾改变内能的两种方式：做功和热传递。说明在只有热传递过程中，内能改变的多少，用热量来量度，物体吸收了多少热量，内能就增加多少；物体放出了多少热量，内能就减少多少。
过渡：物体吸收热量的多少与哪些因素有关呢？
引导学生交流猜想，并说出猜想的依据。
学生结合生活经验得出物体吸收热量的多少与物体的质量和升高的温度有关，而物体吸收热量的多少与物质种类是否有关，学生没有猜想的依据，不能确定，由此引出探究实验。
明确实验目的：探究物体吸收热量的多少与物质种类是否有关。
设计实验：引导学生思考如何改变自变量（物质种类）？如何控制变量（物体的质量和升高的温度）？及如何比较物体吸收热量的多少？解决了这三个问题就解决了实验器材的选择和实验步骤的设计。其中如何比较物体吸收热量的多少，可通过小组讨论及交流分享的形式解决，在教师的引导和同学们的交流中得出用相同的加热器给水和食用油加热，比较加热时间的长短来比较吸收热量多少的方案。并引导学生设计数据记录表格，如下表所示。
物质
质量／kg
初温t0／℃
末温t／℃
t-t0／℃
加热时间／min
水
食用油
进行实验，提醒学生在加热过程中要注意安全。实验过程如图10-3-2所示。

分析与结论：通过实验数据得出相同质量的水和食用油升高相同的温度，吸收热量的多少不同，说明物体吸热的多少与物质种类有关。
评估与交流：请学生交流分析实验产生误差的原因。
①加热器浸入水和食用油中的体积不同，热量散失不同。
②温度计在水和食用油中与加热器的距离远近不同等。
●比热容
教师引导学生归纳总结得出：相同质量的不同物质，升高相同温度，吸收热量的多少不同。
问题：这种不同物质的吸热特性如何来描述？
在教师引导和学生的分析讨论中给出比热容的定义：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。
用公式表示为：c＝(其中?t=t-t0)。比热容这个物理量的单位是由热量、质量和温度的单位复合而成的，即比热容的国际单位是J／（kg·K），常用单位是J／（kg·℃），这里要向学生说明变化1K与变化1℃大小相同，因此两个单位相等。根据比热容的定义式推导出吸放热的计算公式Q＝cm（t-t0）。
查比热容表并回答下列问题。
问题1：同种物质的比热容一定不变吗？
问题2：不同物质的比热容一定不同吗？
问题3：表中比热容最大的是什么物质？
引出：同种物质的比热容与该物质存在的状态有关，不同物质的比热容也不是一定不同，了解常见物质中水的比热容大的特点。
●比热容的应用
运用比热容知识解释生活中的应用及现象：
（1）发动机用水冷却。
（2）冬季暖气用水做取暖介质。
（3）内陆地区早晚温差比沿海地区大的原因。
解释此现象时可以利用Q＝cm（t-t0）的公式计算出1kg水和1kg干泥土吸收（或放出）相同热量时温度升高（或降低）的多少，用数据说明内陆地区比沿海地区吸热升温快，放热降温也快的事实，进而解释内陆地区早晚温差比沿海地区大的现象。
（4）解释引入时提到的海水温度和沙子温度不同的原因。
让学生利用所学知识自己交流讨论解释引入时描述的现象。
3． 课堂小结
（1）热量的概念和单位
（2）实验探究——物体吸收热量的多少与物质种类是否有关
（3）比热容
①比热容的定义和单位
②比热容是物质本身的性质
③运用比热容知识解释生活中的应用及现象
4.小练习
（1）下列有关比热容的说法正确的是（ ）
A.比热容是物质的一种特性，不同物质的比热容一般不同
B.在吸收相同热量的条件下，比热容小的物体温度升高得少
C.水和冰是同一种物质，因此比热容相同
D.一桶水比一滴水的比热容大
（2）一个质量为250 g的钢件，加热到560 ℃，然后在空气中自然冷却，室温为20 ℃，这个钢件在冷却过程中放出多少热量？
图10-3-3
（3）为了比较水和食用油的吸热能力，小利用两个相同的装置做了如图10-3-3所示的实验。实验数据记录如下表。
物质
质量/g
初温/℃
加热时间/min
末温/℃
水
100
25
6
50
食用油
100
25
6
68
①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，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；
②实验表明 (选填“水”或“食用油”)的比热容大，吸热的能力更强。
五、教学反思
由于学生在理解用加热时间的长短表明吸收热量多少时有些困难，所以在教学设计中，用生活中烧水的现象作为实验问题的背景，通过提问用什么来比较吸收热量的多少，帮助学生初步建立加热时间可用来比较物质吸热多少的意识，给后面的实验设计打好基础，教学效果不错，有效地突破了难点。
本实验应尽量用直径大一些的烧杯，尽可能地让加热棒全部浸没在液体中，减小加热棒上的热量损失，并且能够使温度计离加热棒距离远一些，以减小测量的误差。在教学设计中安排了评估与交流的环节，评估实验误差产生的原因，培养学生实事求是的科学精神。