3 比热容 （表格式教学设计）物理教科版2024 九年级上册

1.3 比热容（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 1.3 比热容 教学 目标 物理观念 建立比热容是物质的一种特性这一核心观念，理解其是衡量物质吸放热能力强弱的物理量，并能用以解释自然和生活现象。 科学思维 运用类比和归纳思维理解比热容的抽象概念，并掌握热量计算公式 Q = cmΔt 进行定量分析与计算。 科学探究 通过经历探究不同物质吸热能力的实验过程，深刻体会控制变量法和转换法在科学研究中的应用。 科学态度 与责任 通过认识水的比热容大的特性，关注其在调节气候和节能环保方面的应用，培养严谨求实的科学态度和可持续发展的社会责任感。 教材 分析 本节是初中物理热学核心概念的深化与关键转折点，从定性研究“热现象”迈向定量分析“热传递中的能量计算”，为后续学习热机效率、能源与可持续发展等知识奠定了至关重要的定量计算与能量分析基础。 教材通过“海滨昼夜温差小，沙漠昼夜温差大”等鲜明的生活现象和对比实验引入课题，深刻体现了“从生活走向物理”的理念，有效激发学生探究“物质吸放热本性”的动机。内容主要围绕比热容概念的三大核心层次展开系统建构： 一是概念引入（通过实验探究不同物质吸热能力的差异，建构“比热容”是物质特性的观念）； 二是定量定义（明确比热容的定义、公式和单位，理解其物理意义）； 三是应用计算（掌握热量计算公式 Q = cmΔt 的运用，并理解水的比热容大的实际应用价值）。 在教学过程中，需要重点把握“生活现象→实验探究→概念建构→定量计算→实际应用”的认知逻辑。其中，比热容概念的建立过程、热量公式的灵活运用是教学重点；而理解比热容是物质本身的特性、区分“吸收热量”与“温度变化”的关系，以及正确进行涉及吸放热过程的复杂计算则是学生需要突破的难点。 学情分析 1. 知识储备分析： 学生已初步掌握了温度、热量、内能等基本热学概念，理解了热传递是改变内能的一种方式，这为定量探究“物体在热传递过程中吸收或放出热量的多少与哪些因素有关”奠定了知识基础。度、热量与内能，且对“物质吸热能力是自身特性”缺乏认识。 2. 思维能力分析：学生已接触过控制变量法和转换法（如探究影响动能大小因素的实验），具备进行实验设计和数据分析的初步能力。但将“加热时间”转换为“吸热量”的抽象思维及数据归纳能力仍待加强。 3. 学习兴趣与态度分析：学生对“为什么海边冬暖夏凉”、“为什么汽车水箱用水做冷却液”等生活现象有强烈的好奇心，实验探究（如比较水和油的吸热情况）能有效激发其学习兴趣。 教学重点 1. 比热容概念的建立及其物理意义；2. 热量计算公式的理解与简单计算。 教学难点 理解比热容是物质本身的一种特性；热量公式的灵活运用。 教学 器材 烧杯2个、水、煤油、酒精灯、温度计、铁架台、秒表、多媒体课件等。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【提出问题】 （1）前面我们已经学习过燃料燃烧时可以放出热量，但不是任何物体都能燃烧，不能燃烧的物体在吸收和放热时自身会发生什么变化? （2）夏天很多同学喜欢游泳，在水中游泳时和走在岸边时有什么不一样？这是什么原因造成的？ 思考并回答问题，进入情景。 学习新课 一、物体的吸热性能 1. 水的吸热与哪些因素有关 【提出问题】结合生活实际，烧开一壶水和烧开半壶水，哪个需要的热量更多？将一壶水烧成开水和烧成温水，哪个需要的热量更多？ 【分析现象】由生活经验可知，烧开一壶水需要的热量比半壶水多，将一壶水烧开需要的热量比烧成温水多。由此可知，水吸收的热量和它的质量有关，也和它升高的温度有关。其他物质也具有相同的性质。 【结论】对于同种物质的物体，吸收热量的多少，与物体质量的大小及温度变化的多少有关。质量越大，温度变化越多的物体，需要的热量就更多。 2. 比较不同物质吸热后温度变化的多少 【想一想】相同质量的不同物质，比如水和煤油，在吸收相同的热量后，它们升高的温度是否相同？。 【设计实验】 （1）实验器材：烧杯2只、水、煤油、酒精灯、温度计、天平、搅拌器、秒表、铁架台等。 （2）需要测量的物理量 ①用天平分别测出质量相同的水和煤油； ②用温度计测出加热前后水和煤油的初温t0和末温t； ③用秒表记录加热所用的时间。 （3）实验方法：控制变量法和转化法。 控制变量法：物体吸收热量的多少与物质的种类，质量、温度变化等多个因素有关，在实验探究时，只能有一个变量存在。 转化法：热量的多少无法直接观测，所以此处必须用完全相同的加热装置，加热时间越长意味着吸收的热量越多。 【进行实验与收集数据】 （1） 用天平称取水和煤油各200g； （2） 如图按照从下往上的顺序组装实验装置，观察温度计的读数，记录水和煤油的初温t0； （3） 点燃相同的酒精灯，同时对烧杯中的水和煤油加热相同时间（大约3-5min）后，观察温度计并记录此时水和煤油的末温t； （4） 记录实验表格。 液体 质量m/g 加热时间 初温t0/℃ 末温t/℃ 温度变化/℃ 水 200 相同 20 43 23 煤油 200 相同 20 55 35 【分析与论证】 （1） 质量相同的水和煤油吸收相同热量（同样的酒精灯加热相同的时间）后，升高的温度不同，煤油升高的温度更多。 （2） 换用其他物质行进实验，发现其他物质也具有相同的情况。 （3）除了加热相同时间比较物体温度变化外，也可以通过使物体升高相同温度比较加热时间的方法比较不同物质的吸热能力。 【实验结论】 质量相同的不同物质，在吸收相同热量后，升高的温度不相等，不同物质的吸热性能不同。 【例题1】小明用如图所示的实验装置比较水和食用油的吸热能力，记录的数据如表所示。 加热时间/min 0 1 2 3 4 食用油的温度/℃ 20 22 24 26 28 水的温度/℃ 20 21 22 23 24 (1)实验中应取初温和 相等的水和食用油。 (2)加热过程中，水和食用油吸热的多少是通过 （选填“升高的温度”或“加热时间”）来反映的，这里用到的实验方法是 。 (3)实验过程中，如果让水和食用油吸收相同的热量，就要比较 （选填“升高的温度”或“加热时间”）来研究水和食用油吸热能力的差异。 (4)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。 (5)分析实验数据可知， 的吸热能力强， 的比热容大。 【答案】(1)质量 (2) 加热时间 转换法 (3)升高的温度 (4) 水 大于 (5) 水 水 结合生活实际，引导同学们思考吸热的影响因素并加以总结。 设计实验验证不同物质吸热后的温度变化情况。 明确控制变量法与转化法的意义以及在实验中的作用。 观看实验并分析实验数据。 分析实验数据，得出结论：质量相等的不同物质在吸收相同热量后的温度变化不同。不同物质具有不同的吸热性能。 做例题1强化对不同物质吸热性能的认识。 学习新课 二、比热容 【提出问题】通过前面的学习，我们知道不同的物质吸热性能不同，那么这种吸热性能应该如何定义，它又和哪些因素有关？ 1. 比热容—描述不同物质吸热性能的物理量 （1）比热容的定义：一定质量的物体，温度升高（或降低）时吸收（或放出）的热量和它的质量与温度变化量乘积之比，叫作这种物质的比热容。用符号c表示，单位是J/(kg·℃），读作焦每千克摄氏度。 （2）比热容的计算公式：c= Q表示物体所吸收的热量，单位是焦耳，符号为J；m表示物体的质量，单位是千克，符号为kg；Δt表示物体温度的变化量，即物体升高（或降低）的温度，单位是摄氏度，符号℃。 吸热时Δt=t末温-t初温；放热时Δt=t初温-t末温。 （3） 比热容的认识：单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃时吸收（或放出）的热量，数值上与物体的比热容相等。比热容时物质的一种重要特性，一般不同的物质会具有不同的比热容，比热容与物体的质量、体积、温度、吸收的热量等因素无关，仅与物体的种类及所处的状态有关。（比热容越大的物质，温度变化越困难，吸收相同热量时，温度变化得越少；或者变化相同的温度时，需要更多的热量）。 （4） 比热容的物理意义：以水为例，水的比热容是4.2×103J/(kg·℃）。它的物理意义是：1kg的水温度升高（或降低）1℃时吸收（或放出）的热量是4.2×103J。。 （5）根据比热容公式得到的其他物理量计算方法; 计算热量：Q=cmt; 计算温度变化量：t=; 计算质量：m=。 【总结归纳】 ①不同的物质，一般会具有不同的比热容，但有特例存在，如煤油和冰的比热容就相等； ②同种物质在不同的状态下，比热容不同，如水和冰的比热容就不一样； ③常见物质中，水的比热容最大。 2. 运用比热容知识解释相关现象 （1）沿海地区温差小，内陆地区温差大 原因：水的比热容远大于沙石和泥土。白天，相同日照下，水吸收大量热量但温度升高较少；夜晚，水释放大量热量但温度降低较少。因此沿海地区温度变化缓和。内陆地区沙石比热容小，吸热后温度迅速上升，放热后温度迅速下降，导致昼夜温差大。 （2）热水袋用于取暖 原因：水的比热容大，意味着相同质量的水与其他物质（如沙子或空气）相比，降低相同温度时能释放更多热量。因此热水袋冷却缓慢，持续提供热量。 （4）城市热岛效应造成城市中心气温常高于郊区 原因：城市大量使用混凝土、沥青等材料，这些材料比热容小，吸热后温度升高快；郊区植被和水分较多，比热容大，温度变化慢。导致城市区域蓄热和释热特性与郊区不同。 （5）汽车发动机冷却系统用水作为冷却剂 原因：水的比热容大，吸收相同热量时温度升高较少，能有效带走发动机产生的热量，防止过热。同时水成本低、易获取，是理想的冷却介质。 3. 水的比热容大的认识和应用 常见物质中，水的比热容最大。这一特性决定了水是一种极其优秀的能量储存和运输介质，应用遍及自然和人类社会。 (1) 自然界的“气候调节器” 海洋性气候：沿海地区（如中国青岛、欧洲西部）昼夜温差和年温差较小，冬暖夏凉。这是因为夏季海水吸收大量的太阳辐射能而温度不会飙升，缓解了炎热；冬季海水缓慢释放夏季储存的热量，缓解了严寒。 调节全球气候：海洋覆盖了地球70%以上的面积，巨大的水体吸收和储存太阳能的能力是惊人的，极大地缓冲了全球温度的剧烈变化，使地球成为适宜生命居住的星球。 (2) 工程上的“理想冷却剂” 汽车发动机冷却系统：发动机工作时产生大量废热，通过循环水带走这些热量。因为水的比热容大，少量的水就能带走大量的热，而自身温升不大，能持续有效地维持发动机在安全温度下工作。 发电厂（核电站、火电站）冷却：发电厂的能量转换效率有限，会产生巨量废热。这些热通常被导入冷却水（从河流、湖泊或冷却塔中循环），利用水强大的吸热能力将废热带入环境，保证机组正常运行。 （3）生活中的“保温与取暖媒介” 热水袋/水暖取暖：晚上灌入热水袋的水，因为比热容大，在冷却到室温的过程中会持续、缓慢地释放大量热量，提供长时间的保暖效果。北方集中供暖和家庭地暖系统也大多用水作为传热介质。 调节体温：生物体大部分由水构成，这意味着外界温度变化时，生物体自身的温度不会骤然变化，为生命活动提供了稳定的内部环境。出汗降温也是利用水蒸发吸热（潜热），但其高比热容也是基础。 【例题2】比热容是物质的一种属性，不同物质的比热容一般不同。水的比热容是，一桶水倒掉一半后，剩下的水的比热容 （选填“变大”“变小”或“不变”）；水结成冰后比热容 （选填“变大”“变小”或“不变”）。将质量为400g，初温为320℃的金属球放入水中，金属球放出的热量后，温度降低到70℃，则金属球的比热容为 。 【答案】 不变 变小 4.2×103J/(kg·℃） 【例题3】在沿海地区，常见“海陆风”现象。如图所示，当风从陆地吹向海洋时，通常（　　） A．发生在夜晚，且海水温度较高 B．发生在夜晚，且陆地温度较高 C．发生在白天，且海水温度较高 D．发生在白天，且陆地温度较高 【答案】 A 提出问题，引出比热容的概念。 掌握比热容的定义，单位，计算方法。 进一步理解比热容 以水为例，明确比热容的物理意义。 根据比热容公式，变形得到其他物理量的计算方式。 总结比热容的规律和特点。 结合比热容知识，解释生活中的现象，强化对比热容的认识。 了解水的比热容大的特性，并应用它解释一些实际现象。 做例题2，巩固对比热容的认识及简单计算。 做例题3，知道水的比热容大，并结合这一性质分析现实中的现象。 学习新课 三、热量的计算 1.热量的计算 【分析】比热容在数值上等于1kg的某种物质温度升高（或降低）1℃时所吸收（或放出）的热量。在了解了物质的比热容，质量和温度变化量后，就可以计算物体吸收（或放出）的热量。 【公式推导】由比热容c=可得 物体吸热升温时,吸收的热量：Q=cmΔt；Δt=t-t0; 物体放热降温时,放出的热量：Q=cmΔt；Δt=t0-t; 计算温度变化量：Δt=; 计算质量：m=。 t表示物体的末温，t0表示物体的初温。 【例题4】一个质量为1.5kg的钢刀，加热到，然后在空气中自然冷却，室温为。已知钢的比热容为，水的比热容为，室内气压为标准大气压。 (1)这把钢刀在冷却过程中放出多少热量？ (2)若把这些热量给30℃、1.0kg的水加热，水温能够升高到多少摄氏度？ 【答案】 (1) (2)100℃ 2. 热平衡 （1）热平衡的概念：当相互接触的物体之间存在温度差时，热量会自发地从高温物体传递到低温物体，导致高温物体放热降温，低温物体吸热升温。若不考虑热量的损失，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，最终两者温度达到一致，这一状态称为热平衡。 （2）热平衡的计算：热平衡的计算方法：Q吸=Q放，即c1m1Δt1=c2m2Δt2，联立方程求解。 【例题5】将一质量400g的高温金属球放入200g的冷水中，金属球的初温为320℃，冷水的初温为20℃。热平衡后，金属球和水的共同温度为70℃，不计热量损失，求： （1）冷水吸收的热量为多少？ （2）金属球的比热容为多少？ 【答案】（1）；（2） 总结热量的计算方法及公式变形。 做例题4进一步巩固热量的计算方法 了解热平衡的概念和计算方法。 做例题5强化热平衡的认识和解题技巧 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．“全液冷超级充电桩”可使电动汽车的充电更加快速安全。某款“全液冷超级充电桩”的充电枪内部有电缆和冷却管，冷却管内流动的冷却液可带走充电时电缆产生的大量热量，这一过程中主要利用了冷却液具有较大的（   ） A．比热容 B．质量 C．密度 D．内能 【答案】A 【详解】A．比热容是表示物质吸热能力的物理量。比热容大的液体，在吸收相同热量时，温度升高较小，能更有效地带走热量。冷却液利用其较大的比热容来吸收并带走大量热量，故A符合题意； B．质量是物体所含物质的多少，虽然质量大的物体吸热可能更多，但这不是冷却液带走热量的主要物理特性，故B不符合题意； C．密度是指单位体积的某种物质的质量，与物质的吸热能力没有直接关系，故C不符合题意； D．内能是物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和。冷却液带走充电时电缆产生的大量热量，其内能会增加，但这不是它被选用的原因；它被选用是因为其具有吸热能力强的特性，即比热容大，故D不符合题意。 故选A。 2．某物理兴趣小组用完全相同的装置加热质量相等的A、B两种液体，得到了温度随时间变化的图像如图所示，以下说法正确的是（　　） A．A、B两种液体，其中A更适合用于发动机的冷却剂 B．内，物质A吸收的热量更多 C．升高相同的温度，两种液体吸收相同的热量 D．A、B两种液体比热容之比为2：3 【答案】D 【详解】AD．用完全相同的装置加热A、B液体，在相同时间内，A、B吸收的热量相同，由图像可知，A、B液体由升高到时，A的加热时间为，B的加热时间为，故A、B吸收的热量之比为2：3，升高的温度相同，A、B两种液体的质量相等，由可得，则比热容之比 液体A的比热容小于B液体的比热容，在质量、升高的温度相等时，B吸收的热量更多，B更适合用于冷却剂和取暖剂，故A错误，D正确； B．用完全相同的装置加热A、B液体，在相同时间内，A、B吸收的热量相同，所以内，A、B两种液体吸收的热量相同，故B错误； C．液体A的比热容小于B液体的比热容，内，液体B吸收的热量更多，故C错误。 故选D。 3．以代表物体吸收的热量，代表物体放出的热量，代表物质的比热容，代表物体的质量，和分别代表物体初、末状态的温度。 (1)吸热公式： 。 (2)放热公式： 。 (3)各物理量的单位必须统一： 温度的单位用 ；质量的单位用 ； 热量的单位用 ；比热容的单位用 。 【答案】(1) (2) (3) ℃ 【详解】（1）温差用末温减去初温，物质吸收热量的公式为 （2）温差用初温减去末温，物质放出热量的公式为 （3）[1]公式中温度的单位用℃。 [2]质量的单位用国际标准单位kg。 [3]热量Q的单位用国际标准单位J。 [4]比热容c的单位用国际标准单位。 4．比热容的应用 与砂石和干泥土相比，水的比热容比较 。因此沿海地区昼夜温差 ，而内陆和沙漠地区昼夜温差较大。 水的比热容较大这一特点，在实际生活中有很多应用。例如：我国北方有些地区冬季供暖用的“暖气”，就是用水作为工作物质将 传递到千家万户的；早期的汽车发动机、农用拖拉机发动机的冷却循环系统也常用水作为工作物质，以 发动机产生的热量。 【答案】 大 小 热量 吸收 【详解】[1] 砂石的比热容，干泥土的比热容，水的比热容。与砂石和干泥土相比，水的比热容比较大。 [2]与内陆和沙漠地区相比，沿海地区水资源丰富，吸收相同的热量温度变化不明显，昼夜温差小。 [3] 水比热容较大，和相同质量的其它物质相比，降低相同温度时，可以放出更多热量，我国北方有些地区冬季供暖用的“暖气”，就是用水作为工作物质将热量传递到千家万户。 [4]水比热容较大，和相同质量的其它物质相比，升高相同温度时，可以吸收更多热量，早期的汽车发动机、农用拖拉机发动机的冷却循环系统也常用水作为工作物质，来吸收发动机产生的热量。 5．小侨同学在“探究不同物质吸热情况”的实验中，将水和煤油分别装在两个相同的烧杯中，用两个相同的酒精灯加热，每隔1min记录一次温度。 (1)图甲是这位同学的实验装置，其中有一处明显错误，请指出错误之处： ； (2)纠正错误后继续实验，加热到2min时，水中温度计的示数如乙图中所示为 ℃； (3)加热2min，水吸收的热量 煤油吸收的热量。（选填“>”“=”或“<”）； (4)实验中当煤油和水吸收相同热量时，通过比较 ，物质吸热能力的大小，根据实验数据绘制图像如丙所示，则 的吸热能力强； (5)下列示例中与比热容无关的是（　　）（填字母）。 A．城市建造人工湖来改善气候 B．空调房间里放盆水可以增加湿度 C．用冷水冷却发动机 【答案】(1)水和煤油的质量不相等 (2)27 (3)= (4) 升高的温度 水 (5)B 【详解】（1）实验时，要控制水和煤油的质量和初温相等，由图可知，水和煤油的体积相等，而水和煤油的密度不同，所以烧杯中的水和煤油的质量不相等，所以，错误之处是，水和煤油的质量不相等。 （2）由图乙可知，温度计的分度值为1℃，水中温度计示数为27℃。 （3）实验时，用相同酒精灯进行加热，两个酒精灯在相同时间内放出的热量相等，在不计热量损失的情况下，放出的热量都被水和煤油吸收，所以，若加热时间相同，则水吸收的热量等于煤油吸收的热量。 （4）[1]根据转化法，当煤油和水吸收相同热量时，通过比较升高的温度来比较物质吸热能力的大小。 [2]由图丙可知，吸收相同热量时，即加热相同的时间，水升高的温度小于煤油升高的温度，所以水的吸热能力强。 （5）A．城市建造人工湖来改善气候，是因为水的比热容大，质量相同的水和其他物质相比，吸收或放出相同热量，水的温度变化小，与比热容有关，故A不符合题意； B．空调房间里放盆水可以增加湿度，是水的蒸发现象，与比热容无关，故B符合题意； C．用冷水冷却发动机，是因为水的比热容大，质量相同的水和其他物质相比，升高相同的温度，吸收的热量多，与比热容有关，故C不符合题意。 故选B。 6．淬火是金属热处理工艺之一，把金属制品加热到一定温度后放在水、油或空气中迅速冷却，以提高金属的硬度和强度。现将一质量为1.5kg的金属块加热到420℃，然后放在室温为20℃的空气中自然冷却，求：[已知金属块的比热容为，水的比热容为] (1)金属块在冷却过程中放出的热量； (2)若把这些热量全部用于给35℃、1kg的水加热，在标准大气压下水升高的温度。 【答案】(1) (2)65℃ 【详解】（1）金属块在冷却过程中放出的热量 （2）依题意得，水吸收的热量为 由得，水的理论温度升高 水的初始温度为 ，则水的理论末温为 但标准大气压下水的沸点为 ，因此实际升高的温度为 板 书 设 计 第3节 比热容 一、比热容 （1）定义：一定质量的物体，温度升高（或降低）时吸收（或放出）的热量和它的质量与温度变化量乘积之比。 （2）物理意义：描述物质吸热性能的物理量。 （3）公式：c= （4）单位：J/(kg·℃），读作焦每千克摄氏度。 （5）比热容是物体的特性，不同的物体一般具有不同的比热容，比热容由物体的种类和状态决定。 2、 热量的计算 计算热量：Q=cmt; 计算温度变化量：t=; 计算质量：m=。 t=t-t0(吸热升温)； t=t0-t(放热降温) 课 堂 小 结 1.3 比热容 作 业 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步分层作业 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$