12.3 物质的比热容（教学设计）物理新教材苏科版九年级上册

该初中物理教学设计聚焦“物质的比热容”核心知识点，通过海边“沙烫水凉”情境导入，复习热量概念及单位，衔接上一节热传递知识，引出不同物质吸热差异的问题，搭建从定性到定量的学习支架。 此资料以科学探究为核心，通过“观察不同物质吸热升温”实验，运用控制变量法和转换法（加热时间反映吸热多少）抽象比热容概念，结合比热容表分析及例题练习，培养科学思维与应用能力。融入塞罕坝案例渗透生态文明，助力学生理解物质属性，帮助教师高效突破概念建立难点。

12.3 物质的比热容（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 12.3 物质的比热容 教学 目标 物理观念 知道热量的概念、单位和符号；理解比热容的概念，知道比热容是物质的一种物理属性；会查比热容表；掌握热量的计算公式Q＝cmΔt。 科学思维 会用比热容解释海水与沙子温差、沿海与内陆气候差异等自然现象；能用Q吸＝cm(t－t₀)、Q放＝cm(t₀－t)进行简单计算；经历由实验事实抽象出比热容概念的过程，体会用比值定义物理量的方法。 科学探究 经历“活动12.5 观察不同物质吸热升温的现象”，知道热源和加热方法相同时可用加热时间反映吸收热量的多少（转换法），会用控制变量法分析实验、归纳结论。 科学态度 与责任 通过“水与气候”了解水对气候的调节作用，结合塞罕坝生态变迁体会“绿水青山就是金山银山”的理念，增强生态文明意识。 教材 分析 本节是苏科版九年级上册第十二章《机械能和内能》的第三节。它在上一节“热传递改变内能”的基础上，进一步研究热传递过程中转移能量的多少，先给出热量的概念，再通过“观察不同物质吸热升温的现象”引出比热容，最后给出热量的计算公式，是本章由定性到定量的关键一节，也是后续学习热机效率的基础。比热容由三个物理量复合定义（Q/mΔt），单位复杂、含义抽象，是初中物理中较难建立的概念之一；学生容易误认为比热容与质量、吸放热多少有关，也容易在计算中混淆Δt与t。教科书用海边“沙烫水凉”的真实情境贯穿始终，最后回到解释情境，首尾呼应。 本节内容由“热量”“比热容”“热量的计算”三部分构成，并在“生活·物理·社会”栏目中介绍了水与气候。比热容的概念和热量的计算是这节课的重点，比热容概念的建立是这节课的难点。 学情分析 1. 知识储备分析：学生已学过内能和热传递，知道热传递可以改变内能；也熟悉密度这一用比值定义、反映物质属性的物理量，具备类比迁移的基础。 2. 思维能力分析：学生能进行简单的控制变量分析，但“比较吸热能力”需要在“质量相同、升温相同比加热时间”与“质量相同、加热时间相同比升温”两个角度间转换，思维要求较高；比热容单位的读法与含义也需要反复强化。 3. 学习兴趣与态度分析：海边沙烫水凉、昼夜温差等现象贴近生活，学生有兴趣；但对“比热容是物质的属性、与质量和吸热多少无关”容易出错，需要通过辨析题强化。 教学重点 比热容的概念及其物理意义；热量的计算公式Q＝cmΔt及其应用。 教学难点 比热容概念的建立；理解比热容是物质的属性，与质量、吸放热多少无关。 教学 器材 瓷盘2个、沙子、水、天平、温度计、红外灯（或酒精灯、烧杯、电加热器）；比热容表。 多媒体ppt，包含视频：《观察不同物质吸热升温的现象》《水与气候》等。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【复习】上一节我们知道，热传递是改变物体内能的一种方式。物理学中，把物体在热传递过程中转移的能量叫作热量（heat），用符号Q表示。热量的单位与能量的单位相同，也是焦（J）。 【情境】初夏的中午，小明和小华去海边游玩。他们赤脚走在干燥的沙滩上，觉得沙子很烫；而走到海水中时，感觉到海水很凉。 【提出问题】同样都是在太阳光照射下，为什么海水和沙子的温度不一样呢？ 【引入】这节课我们就来研究物质的这一重要属性——比热容。 回顾热传递，知道热量的概念，思考海边现象，进入情景。 学习新课 一、热量 1. 热量的概念 物理学中，把物体在热传递过程中转移的能量叫作热量（heat），用符号Q表示。热量的单位与能量的单位相同，也是焦（J）。 【强调】热量是热传递过程中转移能量的多少，是一个过程量，只能说“吸收热量”“放出热量”，不能说“物体含有热量”。 2. 影响吸收（放出）热量多少的因素 对一壶水加热，水沸腾前，加热时间越长，水温越高，水吸收的热量越多——说明吸收的热量与升高的温度有关。 在相同条件下，烧开一壶水比烧开半壶水需要的时间长——说明升高相同温度时，水的质量越大，吸收的热量越多。 【小结】物体在热传递过程中，吸收（或放出）的热量与升高（或降低）的温度和物体的质量有关。 【追问】除此之外，是否还与其他因素有关呢？（与物质的种类有关，这正是本节要研究的） 【例题1】下列说法正确的是（　　） A．物体内能增加，一定从外界吸收热量 B．夏天向教室内洒水降温是利用水的比热容大 C．物体内能减少时，温度可能不变 D．液体的温度升高，只有在表面的分子热运动才会变剧烈 【答案】C 【详解】A．物体内能增加，可能是从外界吸收了热量，也可能是由于外界物体对它做功导致的，故A错误。 B．因水蒸发吸热有致冷作用，使周围空气温度降低，夏天洒水是利用了蒸发吸热的道理，故B错误。 C．物体内能减少时，温度可能不变，如晶体凝固时，放出热量，内能减少，温度不变，故C正确。 D．温度升高时，液体内部和表面的分子热运动都会变剧烈。故D错误。 故选C。 知道热量的概念、符号和单位，明确热量是过程量。 通过烧水实例，分析影响吸热多少的两个因素。 做例题1，会辨析热量与内能、温度的关系。 学习新课 二、比热容 1. 活动12.5 观察不同物质吸热升温的现象 【猜一猜】可能是沙子和水吸收相同热量时升高的温度不相同，沙子升温比水快。 【做一做】将质量均为50g的沙子和水分别倒入两个瓷盘中，用温度计测出室温，即为此时沙子和水的温度。如图12-22所示，用红外灯照射两个瓷盘4min后，再用温度计分别测出沙子和水的温度。图12-23是用红外热成像仪拍摄的红外照片，仪器显示此时沙子的温度为55.4℃，水的温度为30.7℃。 【信息快递】如果热源和加热方法相同，就可以认为相同时间内物体吸收的热量大致相等。（这是本实验用到的转换法：用加热时间的长短反映吸收热量的多少） 【议一议】 1. 质量相等的沙子和水，加热相同的时间，哪种物质升温快？——沙子升温快。 2. 质量相等的沙子和水，升高相同的温度，哪种物质需要的加热时间长？——水需要的加热时间长，即水吸收的热量更多。 【实验结论】不同物质在质量相等、升高（或降低）温度相同的条件下，吸收（或放出）的热量不相等。 2. 比热容的概念 设质量为m，吸收（或放出）的热量为Q，升高（或降低）的温度为Δt。研究表明：对于同种物质，Q/(mΔt)相等；对于不同物质，Q/(mΔt)一般不相等。 物理学中，将物体温度升高时吸收的热量与它的质量和升高温度的乘积之比叫作比热容（specific heat capacity）。比热容在数值上等于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。比热容是物质的一种物理属性。 比热容用符号c表示，它的单位是焦/（千克·摄氏度），符号为J/(kg·℃)，读作“焦每千克摄氏度”。比热容的公式为：c＝Q/(mΔt)。 3. 一些物质的比热容 【分析比热容表】 （1）不同物质的比热容一般不同（煤油和冰的比热容相同，说明不同物质的比热容也可能相同）。 （2）同种物质在不同状态时比热容不同，如水4.2×10³、冰2.1×10³J/(kg·℃)。 （3）在常见物质中水的比热容较大，为4.2×10³J/(kg·℃)，它的物理意义是：1kg的水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量是4.2×10³J。 【回答情境问题】现在你能解释为什么海水和沙子在同一时刻的温度不一样了吗？——因为水的比热容比沙子大，在阳光照射下吸收相同的热量时，水升高的温度比沙子小，所以沙子烫而海水凉。 4. 水的比热容大的应用 在生产、生活中，人们经常利用水的比热容较大这一特点。例如，人们常常在热水袋中装入热水用来取暖；汽车发动机常常用主要成分是水的冷却液来降温。 【辨析】比热容是物质的属性，与物体的质量、吸收或放出热量的多少、温度变化的多少都无关，只与物质的种类和状态有关。 【例题2】生产生活中，我们常利用水的比热容大这一性质。下列事例中与这一性质无关的是（　　） A．人自身的体温调节　　B．冬天用热水袋取暖 C．夏天庭院洒水降温　　D．用循环水冷却汽车发动机 【答案】C 【详解】A．人体含水量高，水比热容大，吸收、放出大量热量时自身体温波动很小，利于维持体温稳定，和水比热容大有关，故A不符合题意； B．冬天用热水袋取暖，是因为水降低相同温度时能放出更多热量，和水比热容大有关，故B不符合题意； C．夏天庭院洒水降温，主要利用的是水蒸发吸热的原理，故C符合题意； D．用循环水冷却发动机，是因为水升高相同温度时能吸收更多热量，冷却效果好，和水比热容大有关，故D不符合题意。 故选C。 【例题3】如图所示，用红外灯加热质量相等的水和沙子，主要是利用了红外线的______效应；水和沙子吸收热量的多少是通过______来反映的；在加热过程中，发现水升温较慢，原因是水的______较大。 　 【答案】热；加热时间；比热容 【详解】红外线的核心特性之一是热效应，红外加热正是利用了这一性质。 实验中使用相同的热源，相同时间内热源放出的热量相同，因此水和沙子吸收热量的多少，可以通过加热时间来反映。 根据吸热公式Q=cmΔt，质量相等的不同物质，吸收相同热量时，比热容越大，温度升高越慢；水升温较慢，就是因为水的比热容比沙子更大。 观察不同物质吸热升温的现象，体会转换法与控制变量法。 归纳“质量相等、升温相同时不同物质吸热不等”，抽象出比热容的概念。 会查比热容表，说出水的比热容的物理意义。 用比热容解释海边沙烫水凉的现象，了解水的比热容大的应用。 做例题2、例题3，会辨析比热容的属性、会查表分析。 学习新课 三、热量的计算 1. 热量的计算公式 比热容的公式c＝Q/(mΔt)可以变形为Q＝cmΔt。它反映了热量与物质的比热容、物体质量和温度变化的关系。 设初温为t₀，末温为t： （1）当温度升高时，物体吸收的热量Q吸＝cm(t－t₀)。 （2）当温度降低时，物体放出的热量Q放＝cm(t₀－t)。 【注意】公式中的Δt是温度的变化量，不是末温也不是初温；吸热时Δt＝t－t₀，放热时Δt＝t₀－t，都是“大减小”。 2. 教材例题 一壶初温为20℃、质量为1.5kg的水，温度升高到100℃需要吸收多少热量？ 【分析】已知水的质量，查表可知水的比热容，利用相关公式即可求得水吸收的热量。 【解答】Q吸＝cm(t－t₀)＝4.2×10³J/(kg·℃)×1.5kg×(100－20)℃＝5.04×10⁵J。 【反思】实际上，烧开这壶水需要提供的热量大于5.04×10⁵J。想一想，这是为什么？——因为加热过程中有一部分热量散失到空气中、被壶体吸收，没有全部被水吸收。 3. 解题步骤 ①明确研究对象和过程（吸热还是放热）；②查表或读题得出比热容c；③统一单位（质量用kg、温度用℃）；④求出温度变化量Δt（大减小）；⑤代入Q＝cmΔt计算。 4. 教材实践与练习 （1）如图12-25所示，拖拉机发动机采用循环流动的水进行冷却。你能说说用水冷却的优点吗？ 【解答】水的比热容较大，质量相同、升高相同温度时水吸收的热量较多，冷却效果好；且水资源丰富、价格低廉、使用安全。 （2）质量为10kg、温度为20℃的水，吸收1.26×10⁶J热量后，温度将升高到多少摄氏度？ 【解答】由Q吸＝cmΔt得Δt＝Q吸/(cm)＝1.26×10⁶J÷[4.2×10³J/(kg·℃)×10kg]＝30℃；末温t＝t₀＋Δt＝20℃＋30℃＝50℃。 【例题4】小明用如图甲所示的装置比较不同物质吸热升温情况。将分别盛有50 g水和50 g食用油的两个相同试管同时用红外加热器加热，温度传感器与电脑相连。电脑上显示温度随时间变化的图线如图乙所示。下列说法中，正确的是［c水=4.2×10³ J/kg⋅°C］（     ） 　 A．加热2 min，水吸收的热量大于油吸收的热量 B．油的比热容为3.15×10³ J/kg⋅°C C．第2~3 min内，油吸收的热量为1.4×10³ J D．小华用该装置实验，得到水和油的温度随时间变化的图线均为A，则m水∶m油=3∶2 【答案】C 【详解】A．相同加热器加热相同时间，吸收热量相同，故A错误； B．比热容大的物质升温慢，所以图线B是水，图线A是食用油，加热3min水升温 Δt=40°C-20°C=20°C 水吸收的热量Q水=c水mΔt=4.2×10³J/(kg·°C)×0.05kg×20°C=4.2×10³J 加热2min油升温 20°C，吸收热量Q油=2/3Q水=2/3×4.2×10³J=2.8×10³J 油的比热容c油=Q油/mΔt=(2.8×10³J)/(0.05kg×20°C)=2.8×10³J/(kg·°C) 故B错误； C．第2~3min内加热时间t=1min，油吸收的热量Q=1/3Q水=1/3×4.2×10³J=1.4×10³J 故C正确； D．图线均为A说明c水m水=c油m油，则m水/m油=c油/c水=(2.8×10³J/(kg·°C))/(4.2×10³J/(kg·°C))=2/3 故D错误。 故选C。 由比热容公式变形得出热量的计算公式。 区分吸热与放热时Δt的算法。 学习教材例题，掌握热量计算的步骤。 做例题4，会用Q＝cmΔt解决实际问题。 学习新课 四、生活·物理·社会——水与气候 学生阅读课本第43～44页《水与气候》，回答：水对气候有什么影响？ 【教师归纳】 1. 内陆与沿海的差异：部分内陆地区干旱缺水，一天内的气温变化较大。例如我国新疆的一些地区，夏季昼夜温差可达20℃，“早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜”正是这种气候的生动写照。而沿海地区一年四季气温波动幅度比较小，夏天不太热，冬天也不太冷。 2. 原因分析：水的比热容大，同样受到太阳照射（吸收相同热量）时，沿海地区大量水的温度变化小，从而使当地气温变化平缓。 3. 生态启示：水对气候具有调节作用。近几十年来，我国坚持植树造林、绿化荒山，依靠森林涵养水源，一定程度上改善了大片地区的气候和生态环境，诠释了“绿水青山就是金山银山”的理念。河北省塞罕坝生态环境的巨大变化就是一个生动案例——三代塞罕坝人将曾经“黄沙遮天日，飞鸟无栖树”的荒漠沙地变为百万亩人工林海。 阅读课本第43～44页，了解水对气候的调节作用。 结合塞罕坝案例，体会生态文明理念。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．小东爸爸炒花生时，为使花生不易炒焦且熟得快，常把花生和干净沙子混合在一起同锅翻炒，这是因为沙子（     ） A．比热容小，吸热升温快　　B．比热容小，吸热升温慢 C．比热容大，吸热升温快　　D．比热容大，吸热升温慢 【答案】A 【详解】沙子的比热容小，相同质量的沙子同其他物质相比较，吸收相同的热量升温快，因此，将沙子与花生混合在一起翻炒，可以让花生快速、均匀加热，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 2．玄武湖湖畔风景优美．下列现象描述正确的是（　　） 　 A．阳光照射水面，温度上升，水含有的热量增多 B．中午时，岸边砂石的温度比湖水的温度低 C．荷叶上两颗露珠接触后自动融合为一颗，说明分子间存在吸引力 D．河岸边微风吹过，柳絮飞舞，说明了分子的无规则运动 【答案】C 【详解】A．热量是过程量，只能描述为吸收或放出热量，不能说物体“含有”热量，故A错误； B．水的比热容大于砂石的比热容，根据公式Δt=Q吸/cm，相同质量的水和砂石吸收相同热量时，比热容越大，温度升高量越小，因此砂石温度升高更多，温度比湖水更高，故B错误； C．荷叶上两颗露珠接触后自动融合为一颗，说明分子间存在相互作用的吸引力，故C正确； D．分子是肉眼不可见的微观粒子，柳絮飞舞属于宏观物体的机械运动，不能说明分子的无规则运动，故D错误。 故选C。 3．质量均为100g的四种物质，当温度升高1℃时所吸收的热量如图所示。根据图中信息，以下判断正确的是（　　） 　 A．煤油的比热容比水大 B．煤油的比热容为2.1×10²J/kg⋅°C C．等质量实心的铝块、铜块吸收相同的热量，铜块温度变化更大 D．等质量实心的铝块、铜块降低相同的温度，铜块放出的热量更多 【答案】C 【详解】AB．由图可知，100g煤油温度升高1℃时所吸收的热量为210J，煤油的比热容为c煤油=Q油吸/mΔt=210J/(0.1kg×1°C)=2.1×10³J/kg⋅°C 100g水温度升高1℃时所吸收的热量为420J，水的比热容为c水=Q水吸/mΔt=420J/(0.1kg×1°C)=4.2×10³J/kg⋅°C 煤油的比热容比水小，故AB错误； CD．由图可知，100g铝和铜升高相同的温度，铝吸收的热量多，由Q吸=cmΔt可知，铝的比热容大，由Δt=Q/cm可知，质量相等的铝块和铜块吸收相同的热量，铜块温度的变化更大，等质量实心的铝块、铜块降低相同的温度，铝块放出的热量更多，故C正确，D错误。 故选C。 4．《天工开物》中提到我国的淬火工艺，它是指将高温铁器浸入冷的淬火介质，使其完全冷却，以提高工件性能。常见的淬火介质有“水”和“油”两种，若某铁器要求淬火前、后不能有太大的温差，应选用等质量的__________淬火。如图所示铁匠师傅用铁钳夹着高温铁器放入淬火介质中淬火，若以铁器为参照物，铁钳是__________的，操作间的温度较高是因为高温物体能辐射大量的__________。 　 【答案】油；静止；红外线 【详解】铁器放出的热量被淬火介质吸收。由Δt＝Q/(cm)可知，质量相同、吸收热量相同时，油的比热容比水小，油自身升温更多，铁器与油最终达到的共同温度较高，因此铁器降温幅度较小、淬火前后温差较小，应选用油。 以铁器为参照物，铁钳夹着铁器一起运动，它们之间的相对位置没有发生变化，所以铁钳是静止的。 高温物体会向外辐射大量的红外线，这是操作间温度较高的原因。 5．在天气晴朗情况下，日间与夜间海岸附近的近地面区域会有“海陆风”现象。夜间，地表A、海面B两处温度较高的是______，此时A、B之间形成_______（选填“陆”或“海”）风，请在线段 AB 上标出箭头表示风向。______ 　 【答案】海面B；陆 　 【详解】[1]根据Q=cmΔt可知，水的比热容更大，水放热降温时比砂石（陆地）降温更慢，因此夜间陆地A降温快温度低，海面B降温慢温度更高。 [2][3]夜间，海面空气温度较高，密度较小，热空气上升，使陆地表面空气向海洋移动，形成了陆地吹向海洋的风，因此是陆风；风向由A指向B，如图所示： 6．在跨学科实践活动中，同学们制作了相同大小和厚度的保温盒，隔热层分别选用报纸、棉花和泡沫塑料。为了对保温盒的保温性能进行测试，他们分别在编号为1、2、3的三个保温盒中装入温度为90∘C、质量为2 kg的热水，实验现象和记录的数据如下表所示。 编号 隔热层材料 盒盖状态 初始温度/℃ 30分钟后温度/℃ 60分钟后温度/℃ 1 报纸 盖紧 90 50 30 2 棉花 盖紧 90 69 57 3 泡沫塑料 盖紧 90 76 68 请根据实验现象和数据回答下列问题： (1)编号为________的保温盒保温性能最强。 (2)计时开始30分钟后，1号保温盒里的热水释放出_____J内能。[c水=4.2×10³ J/kg⋅°C] (3)实验中保温盒中热水温度下降速度的特点是_______。 【答案】(1)3 (2)3.36×10⁵ (3)先快后慢 【详解】（1）保温性能强弱可通过相同时间内热水温度降低幅度判断，温度降低越少，保温性能越强。对比表格数据，60分钟后3号保温盒内热水温度最高，热量散失最少，因此保温性能最强。 （2）30分钟内温度变化Δt=90℃-50℃=40℃ 热水释放的内能等于其放出的热量，即Q放=cmΔt=4.2×10³J/(kg·℃)×2kg×40℃=3.36×10⁵J （3）观察表格中温度变化数据，所有保温盒都是前30分钟温度下降幅度大于后30分钟的下降幅度，说明热水温度下降速度的特点是先快后慢。 板 书 设 计 12.3 物质的比热容 一、热量：热传递过程中转移的能量，符号Q，单位焦（J）；是过程量。 二、比热容：c＝Q/(mΔt)，单位J/(kg·℃)，读作焦每千克摄氏度。 　　①是物质的物理属性，与质量、吸放热多少无关； 　　②在常见物质中水的比热容较大，为4.2×10³J/(kg·℃)。 三、热量的计算：Q吸＝cm(t－t₀)；Q放＝cm(t₀－t)。 四、应用：海边沙烫水凉、沿海内陆温差、热水取暖、水做冷却剂。 课 堂 小 结 12.3 物质的比热容 1. 热量——热传递中转移能量的多少，与质量、温度变化和物质种类有关。 2. 比热容——c＝Q/(mΔt)，物质的属性，常见物质中水的比热容较大。 3. 热量的计算——Q吸＝cm(t－t₀)，Q放＝cm(t₀－t)，注意Δt是“大减小”。 4. 应用——解释海边、气候现象，水作冷却剂和取暖介质。 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 $