第三节 比热容 （表格式教学设计）物理新教材北师大版九年级全一册

第三节 比热容（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第三节 比热容 教学目标 物理观念 理解比热容的概念，知道比热容是物质的一种属性，会用比热容解释简单的自然现象。能用Q吸=cm(t-t0)和Q放=cm(t0-t)进行简单的热量计算。 科学思维 会根据水的比热容大这一特性来解释一些有关的简单现象。 科学探究 通过探究，比较不同物质的吸热能力，使学生从实验中领悟比热容是如何影响物体温度的变化的，学会运用所学的知识分析解决实际问题。 科学态度 与责任 通过对比热容的探究学习，使学生保持对自然的好奇心，对科学的求知欲，乐于探索自然规律，逐步形成实事求是的科学态度。 教材分析 本节围绕物质吸热特性展开，衔接温度、热量与能量转化知识，是热学定量分析的核心内容，关联科学探究与物理观念素养。知识体系以生活经验为起点，通过对比实验引出比热容概念，结合导热性拓展物质属性认知。重点在于理解比热容的物理意义及其在实际中的应用，难点在于区分吸热多少与温度变化的关系。教学思路遵循“现象—实验—归纳—应用”逻辑，采用控制变量法探究不同物质吸热差异，帮助学生建构认知模型。学习活动中设计数据记录与小组讨论，促进思维参与。目标定位为能解释沿海与内陆温差现象等实际问题，达成对物质特性的理解与应用。 学情分析 学生此前已了解温度、热量等基础知识，但对比热容概念及相关计算尚未深入学习。此阶段学生逻辑思维能力增强，对物理现象探究兴趣浓厚，知识储备有一定基础。教材重难点是理解比热容概念，掌握其计算及应用，明确影响物体吸放热的因素，了解不同物质导热性差异。要求学生通过实验探究理解比热容，会用公式计算，能联系实际分析沿海与内陆温差等现象，认识导热性应用。 教学重点 知道比热容的概念和应用以及吸放热的计算。 教学难点 理解比热容的概念，以及利用比热容的知识解释有关现象。 教学准备 规格相同的电热器、水、煤油、天平、完全相同的烧杯、秒表、完全相同的搅拌器、相同的温度计、热水袋等。 教学过程 导入新课 看一看 想一想 1.“早穿棉袄午穿纱，围着火炉吃西瓜”这是对我国西北沙漠地区夏季日气温变化大的形象写照。相比之下，沿海地区日气温变化则小得多。这是为什么呢？ 2.夏日海边的情景，海滩上的沙子热得烫脚，但海水却非常凉爽。傍晚，沙子变凉了而海水却还很温暖。同样的日照条件，为什么沙子和海水的温度不一样?其中蕴含着怎样的物理规律? 本节课将学习有关的内容。 学习新课 一、探究影响物体吸收或放出热量多少的因素 1. 探究不同物质的吸热能力 【提出问题】烧水时物质吸收的热量可能哪些因素有关? 【猜想与假设】 （1）物质吸收热量的多少可能与水的质量有关。例如把水烧开时，水的质量越大，加热时间越长。 （2）物质吸收热量的多少可能与升高的温度有关。例如烧水时，水的温度越高，加热时间越长。 （3）物质吸收热量的多少可能与物质的种类有关。例如加热质量相等的水与油，升高相同的温度，加热的时间不等。 【思考】怎样比较不同物质的吸热能力呢? 【设计实验】 （1）实验方法：该实验用控制变量法、转换法进行探究 ①控制变量法：探究物质吸收的热量可能与质量、升高的温度、物质的种类有关时，应该控制两个量不变，每次实验只能改变一个量。 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. 【进行实验与收集数据】 （1）取质量相等（相等/不相等）的水与食用油各200g. （2）按照如图所示安装器材。观察温度计的示数，记下加热前水和食用油的温度. （3）接通电源，同时对烧杯中的水和食用油加热3～5min（根据实际情况而定）. （4）停止加热，同时读出两只温度计的示数，记下水和食用油的温度. （5）算出加热过程中水和食用油的温度各升高多少℃. （6）处理实验数据. 物质 质量m/g 初温t0/℃ 末温t1/℃ （t1-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 【分析与论证】 （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的多。 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的多. 表明水和食用油吸热本领不一样. （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”）。 课堂练习一 1．用如图所示的装置，先后加热初温、质量均相同的水和煤油，比较两种液体比热容的大小，多次实验表明：要让水和煤油升高相同的温度，水需要的加热时间更长，以下关于该实验的操作及分析错误的是（　　） A．水比煤油的比热容大 B．加热时用玻璃棒不断搅拌，是为了水和煤油受热均匀 C．实验中可以不使用温度计，让水和煤油都沸腾后再比较加热时间 D．相同质量的水和煤油，若吸收相同热量后。煤油比水升高的温度大 【答案】C 【解析】A．由题意可知，质量相同的水和煤油，升高相同的温度时，水需要的加热时间较长，即吸收的热量多，说明水的吸热能力强，所以水的比热容大于煤油的比热容，故A正确，不符合题意； B．实验中搅拌器的作用是：使液体受热均匀，实验效果更好，故B正确，不符合题意； C．水和煤油的沸点不同，则两者升高的温度不同，且加热至沸腾所用时间也不同无法比较比热容的大小，故C错误，符合题意； D．相同质量的水和煤油，若吸收相同热量后，由煤油的比热容小可知，煤油比水升高的温度大，故D正确，不符合题意。 故选C。 液体 质量（g） 初温（℃） 末温（℃） 加热时间（min） 水 300 20 30 12 食用油 300 20 30 6 2．如图所示，在探究“不同物质吸热能力”的实验中： （1）在两个相同的烧杯中加入初温相同、_________相同的水和食用油（ρ水＞ρ食用油）。比较两物质的吸热能力，我们可以加热相同的时间，观察________的不同； （2）水和食用油温度随时间变化如上表所示，分析数据可知：质量相等的水和煤油，加热相同的时间，________升温更快，说明_______的吸热能力强。 【答案】（1）质量，升高温度；（2）食用油，水。 【解析】（1）根据控制变量法变量，在探究“不同物质吸热能力”的实验中，除了物质种类不同外，其它变量需要保持一致，即物质的初温、质量、加热时间和烧杯的规格都需要保持相同；在这种情况下，可以通过比较温度升高量来比较不同物质的吸热能力。 （2）通过表中数据可得，质量相等的水和煤油，升高相同的温度，水所需要的时间更长，吸收的热量更多，吸热能力更强，那么在加热时间相同的情况下，水温度升高的会较慢，即煤油升温更快。 学习新课 二、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，叫做这种物质的比热容。 3.公式： 比热容= c= Q表示物质吸收的热量，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末温- t0 放热时Δt=t0 – t末温 c表示物质的比热容，单位是焦/（千克·℃），符号：J/(kg℃) 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。 4.水的比热容： 是4.2×103J/（kg·℃）。表示的物理意义：1kg水温度升高或降低1℃时吸收或放出的热量是4.2×103J. 5.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，越不容易升温，也不容易降温。 常见物质的比热容[J/（kg·℃）] 水　4.2×103 色拉油　1.97×103 铁、钢 0.46×103 酒精　2.4×103 砂石　0.92×103 铜　0.39×103 煤油　2.1×103 铝　　 0.88×103 水银 0.14×103 冰　2.1×103 干泥土 0.84×103 铅 　 0.13×103 【想一想】从上表中你可发现什么规律 ？ ①不同种物质，比热容值一般不同（选填“相同”或“不相同”）。 ②同种物质在不同状态时，比热容值不同（选填“相同”或“不相同”）。 ③水的比热容最大，约是砂石的4.5倍。 6. 运用比热容知识解释有关现象 （1）为什么沿海地区比沙漠地区的昼夜温差小？ 因为海水与沙子受光照的时间完全相同，所以它们吸收的热量相同，但是海水的比热容比沙子大，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的小。所以海水温度高，沙子温度低。 （2）沙漠地带昼夜温差变化大的原因 砂石的比热容比较小，在吸收（或放出）相同的热量时，升高（或降低）的温度比其他物质的要大。 （3）城市的“热岛效应” 城市内有大量的钢筋水泥建筑，给我们的生活带来方便的同时，也给我们带来诸多不便。比如，炎炎夏季，都市气温往往比郊外要高3℃～5℃，这就是热岛效应，你能够解释其中的道理吗？ 这些人工构筑物吸热快而比热容小，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，吸收热量多，因而其表面温度明显高于自然下垫面。 解决方法：种草种树、建造人工湖等。 （4）体温计中为什么用水银作测温介质? 用水可以吗? 因为水银的比热容较小 0.14×103焦/（千克·℃），与质量相同的水比较，当吸收相同的热量时，温度的变化量大，温度计的示数变化明显，便于精确读出温度。 7. 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： 水的比热容大，在质量一定、升高相同温度时，吸热多，故用水作冷却剂效果好。水的比热容大，在质量一定、降低相同温度时，放热多，故用水取暖效果好。 （2）水的比热容比较大的应用：散热、制冷、调节气温。 ①用水取暖 因为水的比热容比油的大，在质量一定时，降低相同温度，水放出的热量多，故用热水取暖效果好。 ②用水冷却 汽车发动机为什么用水来冷却? 有什么好处? 因为水的比热容大，在质量一定时，升高相同温度时，水吸收热量多，故用水作冷却剂效果好。 ③为解决城市的热岛效应，不少城市修建人工湖来调节气温，为什么？ 因为水的比热容比较大，和其他液体相比，如果它们吸收相等的热量，水温升高比较小；如果它们放出相等的热量，水温降低较小．在相同情况下，水能使周围物体的温度变化减少，所以说水对气温的调节起较大作用． ④海陆风的成因： 海水的比热容大于陆地，所以海洋的升温速度比陆地慢，降温也慢。而陆地则相反，升温快，降温也快。 拓展阅读 城市热岛效应，指的是城市中心比郊区温度高的现象。城市热岛效应是因城市大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市“高温化”。 课堂练习二 1.两个相同的容器中分别装入质量相同的甲、乙两种液体，使用相同的热源为其加热，液体温度与加热时间的关系如图所示，若甲、乙两液体吸收相同的热量，则__________液体升高的温度较多；两者比较，__________液体更适合作汽车的冷却剂。 【答案】甲，乙。 【解析】由图像可知，甲、乙两液体吸收相同的热量，即加热相同的时间，甲升高的温度较多。 由图像可知，甲、乙两液体升高相同的温度，乙需要吸收更多的热量，说明乙的比热容大，乙液体更适合作汽车的冷却剂。 2. 夏季，混凝土护栏被太阳晒得很热，池塘中太阳下的水却不很热，主要原因是［c混凝土=0.84×103 J/（kg·℃），c水=4.2×103 J/（kg·℃）]（　 ） A．水不吸热 B．混凝土初温高 C．水的比热容大 D．混凝土放热 【答案】C 【解析】根据Δt = 可知，质量相等的水和混凝土，太阳照射同样的时间，吸收相同热量，由于水的比热容较大，水的温度升高较小，因此水的温度比混凝土低，所以太阳下的混凝土热得烫脚，而旁边池塘里的水却不怎么热，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 3．下列说法正确的是 （ ） A. 一杯煤油用去一半，它的比热容减为原来的一半 B. 吸收热量多的物质，比热容一定大 C. 高温物体放出的热量一定多 D. 质量相等的水和煤油，吸收了相同的热量，煤油升高的温度大于水升高的温度 【答案】D. 【解析】比热容是物质本身的一种特性，与物质的质量、温度升高度数、吸收的热量无关，故AB错误；热量是热传递过程中传递的能量多少，高温物体不一定放热，故C错误；由吸热公式Q吸＝cmΔt分析可知：质量相等的水和煤油，吸收相同的热量，因为煤油的比热容小，升高的温度一定大. 故D正确. 所以选D． 学习新课 三、热量的计算 1. 热量的计算 根据比热容公式c= （1）物体温度升高时，所吸收的热量为：Q吸=cm (t-t0) ＝cmΔt （2）物体温度降低时，所放出的热量为： Q放=cm (t0-t) ＝cmΔt t0表示物体原来的初温度，t表示物体的末温度。 （3）公式Q=cm (t-t0) = cm△t各物理量单位的选择 m表示物质的质量，单位：kg △t表示改变的温度，单位：℃ C表示物质比热容，单位： J/（kg·℃） Q表示吸收或放出的热量，单位：J 2. 热平衡 （1）概念：两个温度不同的物体放在一起时，高温物体放出热量，温度降低；低温物体吸收热量，温度升高.若放出的热量没有损失，全部被低温物体吸收，最后两物体温度相同，称为“达到热平衡”. （2）热平衡方程：Q吸 = Q放 例题：知道了水的比热容是4.2×103 J/(kg · ℃)，你能根据它的物理意义计算出0.4 kg的水，温度从20 ℃升高到70 ℃，需要吸收多少的热量吗？ 解 需吸收的热量：Q吸=Cm(t-t0) 　　=4.2×103 J/(kg·℃)×0.4 kg×(70 ℃-20 ℃) 　　=8.4×104 J 答:0.4 kg的水，温度从20 ℃升高到70 ℃，需要吸收8.4×104 J的热量。 课堂练习三 1．百善孝为先，孝敬长辈可以从生活中的小事做起，冬天来临，小周用自己的零花钱给奶奶购买了一个暖手袋。根据使用说明，他将质量为0.5kg，温度为75℃的水转入暖手袋，使用一段时间后，水的温度降低到35℃。 （1）暖手袋里面装热水取暖，是利用了水_______大的性质（选填“比热容”或“密度”），这是通过________方式改变了水的内能（选填“做功”或“热传递”）； （2）求这段时间水放出了多少热量。[c水=4.2×103 J/（kg·℃）] 【答案】（1）比热容，热传递；（2）8.4×104J 【解析】（1）暖手袋里面装热水取暖，是利用了水比热容大的性质，因为相同条件下，放出相同热量，水降低的温度较少。暖水袋将热量传递给手，水的内能减少，是通过热传递方式改变了水的内能。 （2）这段时间水放出热量 Q放= cmΔt =4.2×103 J/（kg·℃）×0.5kg×（75℃-35℃）= 8.4×104J 2.在1标准大气压下，把一高温物体投入质量为10kg、温度为20℃的水中，若物体放出的热量是3.5×106J，不计热量损失，则水的温度会升高到多少？［c水=4.2×103J/（kg·℃）］ 【答案】100. 【解析】根据热量公式Q吸=cmΔt，水升高的温度为： Δt===83.3 ℃ 由于 t=t0+Δt=20℃+83.3℃=103.3℃＞100℃，因在标准大气压下水沸腾后温度会保持100℃，所以水的末温为100℃. 学习新课 四、导热性 1. 导热性 做一做：将木筷子和金属小勺同时放入刚出锅的热汤面中过一会儿就感觉勺柄比较烫手，而用手拿筷子却感觉不到烫。可见，金属比木材更容易导热。 （1）定义： 物质传导热量的性能称为导热性。 （2）理解：导热性是物质的一种属性，不同的物质具有不同的导热性。金属的导热性一般比非金属的导热性好，纯金属的导热性通常优于合金材料。 2.导热性的应用实例 ①吸热或放热材料‌‌：在电子设备中，散热片通常使用铜或铝来帮助散发热量，保持设备的稳定运行；例‌如电热器、我国北方地区冬季供暖用的“暖气片”都要使用导热性好金属材料。 ②保温材料‌：在需要保温的场合，如冰箱、冷藏车等，使用导热性差的材料可以有效隔绝外部热量，保持内部温度稳定‌ ③建筑材料‌：在建筑中，选择合适的建筑材料可以影响建筑的保温和隔热效果，从而影响能源消耗和舒适度‌ 板 书 设 计 第三节 比热容 热量与比热容 · 热量影响因素：质量、温度变化量、物质种类 · 比热容定义：单位质量物质温度变化1℃吸收或放出的热量 · 公式：c=Q/(m·Δt)，单位J/(kg·℃) · 水的特性：比热容大，调节温度能力强 · 导热性：金属导热性强，常用于散热；非金属导热性弱，常用于保温 应用实例 · 暖气用水传热 · 发动机用水冷却 · 金属制暖气片 课 堂 小 结 课 后 作 业 1.习题作业：完成课本P18--19页“自我检测”1--4小题； 教 学 反 思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $