13.1热量 比热容 教学设计-2025-2026学年人教版物理九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦“热量比热容”核心知识，通过呈现沙滩与海水温差、水和食用油加热差异等生活情景，结合热传递示意图与模拟动画引发探究，引导学生猜想物质吸热能力差异，搭建生活现象到物理规律的学习支架。 以科学探究为主线，完整经历提出问题到分析论证过程，用控制变量法探究水和食用油吸热能力，培养科学探究能力。结合比热容解释沿海昼夜温差等现象，提升科学思维，分层练习与拓展任务兼顾基础与应用，助力学生核心素养发展，为教师提供系统教学资源。

13.1热量比热容 教学设计 一、核心素养目标 1物理观念：理解热量的概念，明确热量是物体在热传递过程中转移的能量；掌握比热容的定义、单位及物理意义，建立不同物质吸热能力不同的物理观念。 2科学思维：通过实验探究分析不同物质吸热与温度变化的关系，归纳比热容的定义，能运用比热容知识解释生活中的热现象，提升分析推理和归纳概括能力。 3科学探究：经历提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、分析论证的完整探究过程，掌握控制变量法在实验中的应用，提升实验操作和数据处理能力。 4科学态度与责任：认识比热容知识在生活、生产中的广泛应用，体会物理与生活的密切联系，培养运用物理知识解决实际问题的意识和严谨的科学探究态度。 二、教学重难点 （一）重点 1理解热量的概念，明确热量的传递特点。 2掌握比热容的定义、单位及物理意义。 3完成探究不同物质吸热能力的实验，理解控制变量法的应用。 4能运用比热容知识解释生活中的常见热现象。 （二）难点 1理解比热容是物质的一种特性，与物质的种类、状态有关，与质量、温度变化、吸热多少无关。 2设计并完成探究不同物质吸热能力的实验，能通过分析实验数据归纳得出结论。 3运用比热容知识解决实际问题，解释生活中与比热容相关的热现象。 三、教学过程 （一）议题导入：情景激趣，引发探究 1生活情景呈现：展示一组生活素材：夏天在太阳下暴晒，沙滩滚烫而海水却很凉爽；冬天用热水袋取暖，热水袋能持续放热；相同质量的水和食用油，用相同的炉子加热相同时间，油升温更快；北方地区冬季供暖常用水作为循环介质。 2物理情景补充：展示热传递过程示意图、不同物质加热时温度变化的模拟动画，搭配文字描述：生活中存在许多热传递现象，不同物质在吸收或放出相同热量时，温度变化往往不同。这种差异背后蕴含着什么物理规律？我们如何定量描述物质的这种特性？今天我们就通过探究揭开其中的奥秘。 3核心议题提出：热传递过程中转移的能量是什么？不同物质的吸热能力是否相同？如何通过实验比较不同物质的吸热能力？什么是比热容？比热容有什么物理意义？如何运用比热容知识解释生活中的热现象？ 4师生互动：组织学生分组讨论结合生活经验，说说生活中还有哪些类似“沙滩烫、海水凉”的现象？猜想一下为什么会出现这些现象？引导学生提出猜想，如可能与物质的种类、质量、吸收的热量有关；教师梳理学生猜想，明确探究方向，为实验探究做好铺垫。 （二）探究新知：分层突破，深化认知 1认识热量 （1）教师讲解：在热传递过程中，物体转移能量的多少叫做热量，用符号Q表示。热量的单位是焦耳，简称焦，符号是J。需要注意的是，热量是一个过程量，不能说物体“含有多少热量”，只能说物体“吸收了多少热量”或“放出了多少热量”。热传递的条件是物体间存在温度差，热量总是从温度高的物体转移到温度低的物体，直到两物体温度相等。 （2）师生互动：开展概念辨析活动，教师提出问题，如“一个高温物体含有较多的热量，这种说法对吗？”“热量的传递方向是怎样的？”让学生分组讨论并回答，教师总结强调热量的过程性和传递方向性，帮助学生准确理解热量概念。 2实验探究：不同物质的吸热能力 （1）提出问题：不同物质的吸热能力是否相同？即相同质量的不同物质，吸收相同的热量后，升高的温度是否相同？ （2）猜想与假设：基于生活经验，学生猜想不同物质的吸热能力不同，如相同质量的水和食用油，吸收相同热量时，油升温更快。 （3）设计实验： ①实验方法：控制变量法。需要控制的变量：物质的质量相同、吸收的热量相同；需要改变的变量：物质的种类；需要测量的量：物质升高的温度。 ②实验器材：两个相同的酒精灯、两个相同的烧杯、两个石棉网、两支温度计、天平、秒表、水和食用油。 ③实验步骤：用天平分别称取质量相同的水和食用油，倒入两个相同的烧杯中；将两支温度计分别插入两种液体中，记录初始温度；同时用两个相同的酒精灯给两个烧杯加热，加热过程中不断搅拌液体，使液体均匀受热；用秒表控制加热时间，保证两种液体吸收的热量相同，加热相同时间后，分别记录两种液体的末温；计算两种液体升高的温度，比较升高温度的差异。 （4）进行实验：学生分组进行实验，教师巡视指导，强调实验注意事项：天平使用前要调平；温度计插入液体时不能接触烧杯壁和烧杯底；加热时要保证酒精灯火焰大小相同，且同时加热；搅拌时动作要轻柔，避免液体溅出。 （5）记录数据：学生根据实验现象和测量结果，记录如下数据（示例）： 初始温度/℃加热时间/s末温度/℃升高的温度/℃ 水203003010 食用油203004525 （6）分析论证：学生分组分析实验数据，得出结论：相同质量的水和食用油，吸收相同的热量（加热相同时间），食用油升高的温度比水高，说明水的吸热能力比食用油强。 （7）交流评估：组织学生讨论实验中可能存在的误差，如酒精灯火焰大小不完全相同、热量有散失、搅拌不均匀等；提出改进措施，如使用电加热器代替酒精灯，减少热量散失；增加搅拌频率，保证液体均匀受热。 3比热容的定义与物理意义 （1）教师讲解：为了定量描述不同物质的吸热能力，我们引入比热容的概念。单位质量的某种物质，温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量，叫做这种物质的比热容，用符号c表示。 （2）单位：比热容的单位是焦耳每千克摄氏度，符号是J/(kg·℃)。例如，水的比热容是4.2×10³J/(kg·℃)，其物理意义是1kg的水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量是4.2×10³J。 （3）特性：比热容是物质的一种特性，与物质的种类、状态有关，与物质的质量、温度变化量、吸收或放出的热量无关。不同物质的比热容一般不同，同种物质在不同状态下的比热容也不同，如冰的比热容是2.1×10³J/(kg·℃)，与水的比热容不同。 （4）师生互动：开展比热容概念辨析和应用活动，教师给出不同物质的比热容表，让学生找出比热容最大的物质（水），分析水的比热容大的特点在生活中的应用；提出问题，如“一杯水和一桶水的比热容是否相同？”“水加热后比热容会变大吗？”让学生分组讨论并回答，教师总结强调比热容的特性，帮助学生准确理解比热容概念。 4比热容的应用 （1）教师讲解：水的比热容较大，这一特性在生活、生产中有广泛的应用，主要体现在两个方面：一是利用水的吸热能力强，作为冷却剂或取暖介质；二是利用水的温度变化慢，调节气候。 （2）常见应用实例： ①冷却剂：汽车发动机用水作为冷却剂，因为水的比热容大，相同质量的水和其他物质相比，升高相同的温度能吸收更多的热量，冷却效果好。 ②取暖介质：北方冬季供暖用的暖气片内装的是水，因为水的比热容大，相同质量的水降低相同的温度能放出更多的热量，供暖效果好；热水袋取暖也是利用了水的这一特性。 ③调节气候：沿海地区昼夜温差小，内陆地区昼夜温差大，是因为水的比热容比砂石、泥土大。白天，相同质量的水和砂石吸收相同的热量，水升高的温度比砂石小；夜晚，相同质量的水和砂石放出相同的热量，水降低的温度比砂石小，所以沿海地区昼夜温差小。此外，人工湖、水库等也能调节周边地区的气候。 （3）师生互动：组织学生分组讨论结合比热容知识，解释生活中的其他热现象，如为什么夏天在水里游泳比在岸上凉快？为什么沙漠地区昼夜温差极大？教师巡视指导，引导学生运用比热容知识进行分析，每组选取代表发言，教师点评补充，帮助学生提升运用知识解释实际现象的能力。 5热量的计算（拓展） （1）教师讲解：根据比热容的定义，我们可以推导出热量的计算公式。当物体温度升高时，吸收的热量Q吸=cm(t-t₀)；当物体温度降低时，放出的热量Q放=cm(t₀-t)。其中，c表示物质的比热容，m表示物体的质量，t₀表示物体的初始温度，t表示物体的末温度，(t-t₀)表示物体升高的温度，(t₀-t)表示物体降低的温度。 （2）例题讲解：例题：质量为2kg的水，温度从20℃升高到100℃，需要吸收多少热量？（水的比热容c水=4.2×10³J/(kg·℃)）解：根据公式Q吸=cm(t-t₀)，代入数据得Q吸=4.2×10³J/(kg·℃)×2kg×(100℃-20℃)=6.72×10⁵J。答：水需要吸收6.72×10⁵J的热量。 （3）师生互动：学生分组完成一道基础热量计算练习题，教师巡视指导，强调公式的正确应用、单位的统一以及计算过程的规范性，帮助学生掌握热量计算的方法。 （三）知识归纳：梳理脉络，强化体系 1核心内容总结：热量是热传递过程中转移的能量，单位是焦耳；比热容是单位质量的物质温度升高（或降低）1℃吸收（或放出）的热量，是物质的特性，单位是J/(kg·℃)，水的比热容最大；通过控制变量法实验可知不同物质吸热能力不同；比热容知识广泛应用于冷却、取暖、调节气候等领域；热量计算公式为Q吸=cm(t-t₀)、Q放=cm(t₀-t)。 2逻辑主线梳理：生活热现象提出问题→实验探究不同物质吸热能力→归纳比热容定义及特性→理解比热容的物理意义→应用比热容知识解释现象→拓展热量计算，贯穿从现象到探究、从概念到应用的逻辑链条。 3核心观念强化：热量是过程量，描述能量转移的多少；比热容是物质的重要特性，决定了物质的吸热放热能力；控制变量法是探究多因素问题的重要科学方法；物理知识源于生活，服务于生活，运用比热容知识可解释和解决诸多实际热现象问题。 4师生互动：让学生自主绘制本节课知识框架图，用自己的逻辑梳理核心知识点，同桌之间相互检查补充，教师选取典型框架图进行展示点评，帮助学生构建完整的知识体系。 （四）练习巩固：分层训练，深化应用 1基础练习：侧重热量、比热容的基本概念、单位、物理意义，实验探究的方法和结论，比热容的简单应用等基础知识点的记忆和理解，如判断关于热量、比热容的说法是否正确，填写实验探究中控制的变量，匹配比热容的应用实例与原理等。 2提升练习：侧重比热容概念的深度理解，运用比热容知识解释复杂热现象，热量的计算，实验探究的误差分析和改进等，如分析不同物质比热容差异对生活的影响，计算物体吸收或放出的热量，设计改进探究物质吸热能力的实验方案等。 3师生互动：学生独立完成练习后，小组内相互批改，教师针对共性错误如混淆热量和温度的概念、误解比热容的特性、实验探究中控制变量法应用不当、热量计算中单位不统一或公式记错等进行集中讲解，对个性问题进行个别辅导。 （五）课堂小结：回顾反思，拓展延伸 1学生回顾：自主总结本节课学习的核心知识点，分享实验探究的收获和体会，提出学习过程中存在的困惑。 2教师总结：强调热量、比热容的核心概念和特性，梳理实验探究的完整流程和控制变量法的应用要点，明确比热容知识在生活生产中的重要价值，引导学生学会运用所学知识分析和解决生活中的热现象问题，培养科学探究精神和应用意识。 3拓展延伸：布置课后任务查阅资料，了解比热容在新能源开发、航空航天等领域的应用；或在家中设计一个简单的实验，比较两种不同物质如沙子和水的吸热能力，记录实验过程和结果，撰写一篇简短的实验报告，提升科学探究能力。 四、重点知识归纳概括 1热量：热传递过程中转移的能量，过程量，不能说含有，单位J。热传递条件是温度差，方向从高温到低温。 2比热容：单位质量物质温度升高或降低1℃吸收或放出的热量，符号c，单位J/(kg·℃)。是物质特性，与种类、状态有关，与质量、温度变化、吸放热多少无关，水的比热容最大4.2×10³J/(kg·℃)。 3实验探究：用控制变量法比较不同物质吸热能力，控制质量、吸热量相同，比较升温差异。结论：相同质量不同物质，吸收相同热量，升温小的吸热能力强。 4比热容应用：水的比热容大，用于冷却剂汽车发动机、取暖介质暖气片、调节气候沿海昼夜温差小。 5热量计算：Q吸=cm(t-t₀)，Q放=cm(t₀-t)，注意单位统一，公式对应温度变化方向。 五、练习及答案解析 材料：沿海城市A和内陆城市B纬度相近，夏季时，两地白天最高气温均能达到32℃左右，但夜晚城市A的最低气温约为24℃，城市B的最低气温约为20℃；冬季时，城市A的昼夜温差约为8℃，城市B的昼夜温差约为12℃。此外，城市A的汽车修理厂常用水作为发动机冷却剂，而城市B的居民冬季取暖多使用装水的热水袋。某实验小组为探究这种现象的原因，选取了质量均为1kg的水和砂石，用相同的加热器加热相同时间，测得水升高的温度为5℃，砂石升高的温度为15℃。 1城市A和城市B昼夜温差差异显著，主要原因是 A两地纬度不同B两地海拔不同 C水的比热容比砂石大D两地降水不同 2汽车修理厂用water作为发动机冷却剂，利用了水的哪种特性 A密度大B比热容大 C凝固点低D沸点高 3实验小组的实验中，控制相同的加热器和加热时间，目的是 A使水和砂石的初始温度相同B使水和砂石的质量相同 C使水和砂石吸收的热量相同D使水和砂石升高的温度相同 4根据实验数据，下列关于水和砂石吸热能力的说法正确的是 A水的吸热能力比砂石强B砂石的吸热能力比水强 C水和砂石的吸热能力相同D无法比较两者的吸热能力 5关于热量和比热容，下列说法正确的是 A物体温度越高，含有热量越多B比热容是物质的特性，与物质种类无关 C热量总是从温度高的物体转移到温度低的物体D1kg的水温度升高1℃，吸收的热量是4.2×10³J/(kg·℃) 6质量为0.5kg的水，温度从20℃升高到30℃，需要吸收的热量是 A2.1×10⁴JB4.2×10⁴J C2.1×10⁵JD4.2×10⁵J 7下列现象中，利用了水的比热容大的特性的是 A水沸腾时温度保持不变B夏天在水中游泳后上岸感觉凉快 C北方冬季用暖气片取暖D水结冰后体积变大 8某同学在探究不同物质吸热能力的实验中，忘记控制物质的质量相同，下列说法正确的是 A实验结论仍然可靠B无法比较不同物质的吸热能力 C可以通过升高的温度直接判断吸热能力D可以通过加热时间直接判断吸热能力 9阅读情景材料，回答问题 （1）结合材料，分析沿海城市A昼夜温差比内陆城市B小的原因。 （2）若实验小组用相同的加热器加热质量均为1kg的水和砂石10分钟，水升高的温度为5℃，砂石升高的温度为15℃，则加热10分钟水吸收的热量是多少？（水的比热容c水=4.2×10³J/(kg·℃)） （3）请列举生活中另外两个利用水的比热容大的特性的实例，并简要说明原理。 10阅读下列文字，回答问题 比热容是物质的重要特性之一，不同物质的比热容差异较大。在日常生活和工业生产中，人们常常利用物质的比热容特性解决实际问题。例如，在寒冷的北方地区，为了保护蔬菜不被冻伤，农民会在菜窖里放几桶水，利用水凝固放热的特点，但同时也利用了水的比热容大的特性，使菜窖内的温度不会降得太低。在工业上，一些大型机器设备的冷却系统通常采用比热容大的液体作为冷却介质，如乙二醇溶液，因为其比热容比水小，但凝固点更低，适合在低温环境下使用。此外，在建筑领域，采用比热容较大的建筑材料如混凝土、砖块等，可以调节室内温度，使室内环境更加舒适。需要注意的是，比热容的大小还与物质的状态有关，如冰的比热容是2.1×10³J/(kg·℃)，而水的比热容是4.2×10³J/(kg·℃)，这也是为什么冰融化时需要吸收大量热量但温度保持不变的原因之一。 （1）农民在菜窖里放几桶水，如何利用水的比热容大的特性保护蔬菜？ （2）工业上冷却系统采用乙二醇溶液作为冷却介质，结合材料说明其相比水的优势和不足。 （3）为什么冰的比热容比水小？请结合比热容的特性进行解释。 答案解析 1答案：C解析：沿海城市A靠近海洋，水含量多，内陆城市B砂石、泥土多。水的比热容比砂石大，相同质量的水和砂石，白天吸收相同热量，水升温慢，砂石升温快；夜晚放出相同热量，水降温慢，砂石降温快。因此沿海城市昼夜温差小，内陆城市昼夜温差大。两地纬度相近，材料未提及海拔和降水差异，C选项正确。 2答案：B解析：水作为发动机冷却剂，是因为水的比热容大。相同质量的水和其他物质，升高相同温度能吸收更多热量，冷却效果好。与密度大、凝固点低、沸点高无关，B选项正确。 3答案：C解析：实验中用相同加热器，相同时间内放出热量相同，液体吸收热量相同，因此控制这两个变量的目的是使水和砂石吸收的热量相同。初始温度、质量是单独控制的变量，不是该操作的目的；升高的温度是实验测量的量，C选项正确。 4答案：A解析：相同质量的水和砂石，吸收相同热量（相同加热器加热相同时间），水升高的温度5℃小于砂石升高的温度15℃，说明水的吸热能力更强。升温越小，吸热能力越强，A选项正确。 5答案：C解析：热量是过程量，不能说物体含有热量，A错误；比热容是物质特性，与物质种类有关，B错误；热量总是从高温物体转移到低温物体，C正确；1kg水温度升高1℃吸收的热量是4.2×10³J，单位错误，D错误，C选项正确。 6答案：A解析：根据热量计算公式Q吸=cm(t-t₀)，代入数据c水=4.2×10³J/(kg·℃)，m=0.5kg，t-t₀=30℃-20℃=10℃，计算得Q吸=4.2×10³J/(kg·℃)×0.5kg×10℃=2.1×10⁴J，A选项正确。 7答案：C解析：北方冬季暖气片取暖利用水的比热容大，相同质量的水降低相同温度放出更多热量，供暖效果好。A是水的沸点特性，B是蒸发吸热，D是水的密度特性，均与比热容无关，C选项正确。 8答案：B解析：探究不同物质吸热能力的实验中，质量是关键控制变量。未控制质量相同，无法确定温度变化差异是由物质种类还是质量引起的，因此无法比较不同物质的吸热能力。实验结论不可靠，不能通过升高温度或加热时间直接判断，B选项正确。 9答案：（1）沿海城市A靠近海洋，水的含量多，内陆城市B砂石、泥土多。水的比热容比砂石大，根据Q=cmΔt，相同质量的水和砂石，白天吸收相同热量时，水升高的温度比砂石小，使得城市A白天升温慢；夜晚放出相同热量时，水降低的温度比砂石小，使得城市A夜晚降温慢。因此城市A的昼夜温差比城市B小。（2）水吸收的热量Q吸=c水mΔt=4.2×10³J/(kg·℃)×1kg×5℃=2.1×10⁴J。（3）实例1：人工湖调节周边气候。原理：水的比热容大，吸收或放出相同热量时温度变化小，能调节周边环境温度。实例2：热水袋取暖。原理：水的比热容大，相同质量的水降低相同温度能放出更多热量，取暖效果持久。 解析：（1）结合水和砂石的比热容差异，运用热量与温度变化的关系分析昼夜温差差异的原因；（2）直接运用热量计算公式，代入数据计算即可；（3）围绕水的比热容大的特性，列举生活中常见实例并解释原理。 10答案：（1）水的比热容大，相同质量的水和其他物质，降低相同温度时能放出更多的热量。菜窖里的水在温度降低时，会放出大量热量，使菜窖内的温度不会降得太低，从而保护蔬菜不被冻伤。（2）优势：凝固点更低，适合在低温环境下使用，避免冷却介质结冰影响冷却效果。不足：比热容比水小，相同质量的乙二醇溶液和水，升高相同温度时吸收的热量更少，冷却效果不如水。（3）比热容是物质的特性，与物质的状态有关。冰和水是同种物质的不同状态，分子排列方式和相互作用不同，导致单位质量的冰温度升高1℃吸收的热量比水少，因此冰的比热容比水小。 解析：（1）结合水的比热容大的特性，分析水降温放热对菜窖温度的调节作用；（2）从材料中提取乙二醇溶液凝固点和比热容的信息，对比水的特性分析优势和不足；（3）根据比热容与物质状态有关的特性，解释冰和水比热容差异的原因。 学科网（北京）股份有限公司 $