第二節(jié)科學(xué)探究：物質(zhì)的比熱容學(xué)案

1、第二節(jié) 科學(xué)探究：物質(zhì)的比熱容學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 了解比熱容概念。2. 會(huì)查比熱容表。能根據(jù)物質(zhì)的比熱容解釋簡(jiǎn)單的物體溫度變化和吸放熱問題。3. 能計(jì)算有關(guān)物質(zhì)比熱容、溫度變化或吸放熱等簡(jiǎn)單問題。4. 能經(jīng)歷科學(xué)探究物質(zhì)比熱容的過程。5 根據(jù)科學(xué)探究的猜想與假設(shè)，制定探究計(jì)劃，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。有控制變量的意識(shí)。5、會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案選擇、裝配實(shí)驗(yàn)器材，完成探究實(shí)驗(yàn)。學(xué)法指導(dǎo)本節(jié)的習(xí)題大多是以比較比熱容的大小、熱量的計(jì)算為主.在解這類習(xí)題時(shí)， 常用的方法有比例法、圖象法、討論法等比例法主要用來解決比值方面的問題， 也可以用來求解有關(guān)物理量的大小，運(yùn)用比例法解題時(shí).首先要明確已知的物理 量有那些，具

2、體的比值是多少，所求的物理量跟已知條件存在何種關(guān)系，然后應(yīng)用公式和已知條件求出結(jié)果，通過圖象來反映某一物理量的特征，是物理 學(xué)中常用的研究問題的方法，分析圖象的關(guān)鍵是正確理解每段圖象的物理意義討論法：由于題中包含一些不確定的因素，所以具體答案也不確定.條件不同 則答案不同.在運(yùn)用討論時(shí)應(yīng)充分考慮不確定因素，不可漏掉，應(yīng)從多方面考 慮.釋疑解難1. 比熱容(I) 我們之所以能從眾多的物質(zhì)中把各種不同的物質(zhì)區(qū)分出來，是因?yàn)槊糠N物 質(zhì)都有自己的特性.如顏色、氣味、密度等.而比熱的概念就反映了不同 物質(zhì)的熱學(xué)性質(zhì).對(duì)于質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，即使升高相同的溫度，所吸收的熱 量也不相同；對(duì)同一種物質(zhì)來說，物

3、體吸收或放出的熱量與物體的質(zhì)量和溫度 的變化量有關(guān).所以我們要比較不同物質(zhì)的吸放熱能力，應(yīng)取相同的質(zhì)量，并使 其變化相同的溫度，比較吸收或放出的熱量.為簡(jiǎn)便起見，相同的質(zhì)量取單位質(zhì) 量,變化相同的溫度取變化單位溫度，再看吸收或放出的熱量，這便得到了比熱的概念.所以比熱是物質(zhì)的特性之一，它只由物質(zhì)本身決定(2) 根據(jù)公式Q =cmiA t變形.可得到c= Q/miA t，這里需要注意的是這個(gè)公 式是利用Q、mffiA t求物質(zhì)比熱.但不能認(rèn)為物質(zhì)的比熱與 Q成正比,與m和 A t成反比.因比熱是物質(zhì)的一種特性，它不隨外界條件的變化而變化，只與物 質(zhì)的種類和物質(zhì)的狀態(tài)有關(guān)，可以用來鑒別物質(zhì)，不同物

4、質(zhì)的比熱不同，同種物質(zhì) 在同種狀態(tài)下比熱是相同的。比熱跟物體的質(zhì)量、溫度變化量和吸熱(或放熱) 的多少無關(guān).但物質(zhì)的狀態(tài)變化時(shí)比熱將隨之變化.(3) 對(duì)于質(zhì)量相同的不同物質(zhì).吸收或放出相同的熱量時(shí).比熱大的物質(zhì)溫 度變化小。(4) 水的比熱容較大，這一特點(diǎn)在人們的日常生活和生產(chǎn)中具有重要意義，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面.一方面，由于水的比熱容較大，那么一定質(zhì)量的水升高 (或降低)一定的溫度，吸收(或放出)的熱量較多，這使我們有利于用水作 冷卻劑或取暖。作冷卻劑時(shí)，是讓水吸收帶走更多的熱量；用來取暖時(shí)，是讓水放 出更多的熱量提供給人們.另一方面，由于水的比熱容較大，一定質(zhì)量的水吸收 (或放出)較多的熱量

5、而自身的溫度卻改變不多，這一點(diǎn)有利于調(diào)節(jié)氣候，夏天，太陽曬到海面上，海水的溫度升高過程中吸收大量的熱，所以人們住在海邊 并不覺得特別熱；冬天,氣溫低了，海水由于溫度降低而放出大量的熱，使沿海氣 溫不是降得太低，所以住在海邊的人又不覺得特別冷.2、關(guān)于熱量的計(jì)算(I) 熱盤的計(jì)算公式實(shí)際上是根據(jù)比熱的定義導(dǎo)出的，所以只有真正理解了比熱的含義,才能真正理解吸熱公式.對(duì)于Q=cm(t-t °)和Q =cm(to-t),可以用一個(gè)公式表示，即Q =cmA t。式中A t表示溫度的變化量，如果物體吸熱，A t就等于 末溫度減初溫度，表示升高的溫度；如果物體放熱，A t就等于初前度減末溫 度，表

6、示降低的溫度。A t總是等于較高的溫度減較低的溫度.不取負(fù)值。如果 被減溫度是負(fù)值(即零下攝氏度),運(yùn)算時(shí)要帶負(fù)號(hào).例如：一冰塊從-4 C 降到-IO C ,則降低的溫度是 A t=-4 C -(-10 C )=-4 C +10 C =6 C.(2) 計(jì)算公式只適用于無狀態(tài)變化時(shí)升溫 (或降溫)過程中的吸收(或放 出)的熱量.在解題時(shí)，要注意習(xí)題文字中的溫度 "升高""升高到"" 升高了""降低""降低到""降低了"等不同的說法，要正確辨別.（3）兩個(gè)溫度不同的物體放在一起時(shí)

7、，高溫物體將放出熱量溫度降低； 低溫物體，將吸收熱量，溫度升高；最后兩物體溫度相同，稱為達(dá)到熱平 衡在熱傳遞過程中若低溫物體吸收的熱量為 Q吸。如高溫物體放出的熱血為 Q放, 如果沒有熱量損失，則Q吸=Q,利用這個(gè)關(guān)系可以求出物質(zhì)的比熱容或物體的 質(zhì) 量或物體的溫度。自我檢測(cè)1、 水的比熱是4.2 X 10 3J/（kg C ）,它表明I kg的水溫度升高C , 需吸收J(rèn)的熱量 .0.5 千克水的比熱是J/（kg C ）, 在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下 ，100g35 C有水吸收了 2.94X 10 J的熱量,水溫可升高C .2、如圖072所示的圖線是表示甲、乙兩個(gè)質(zhì)量相同的物體，吸收熱量后，溫度變升高的情

8、況，圖中橫坐標(biāo)表示物體的溫度變化，縱坐標(biāo)表示物體吸收的熱 量，對(duì)于甲、乙 兩種物體的比熱容，下列說法中正確的是（）A. 甲的比熱容大B. 乙的比熱容大C.甲和乙的比熱容一樣大 D.條件不足，無法判斷3、"早穿皮襖午穿紗，守著火爐吃西瓜"是對(duì)沙漠氣候的生動(dòng)描寫，當(dāng) 太陽照射到 沙漠上時(shí)，沙石的溫度會(huì)迅速升高，而太陽落山后砂石的溫度會(huì)馬 上下降，而在沿海地區(qū)晝夜的溫差變化不大，這是為什么呢？內(nèi)陸地區(qū)冬季 比沿海地區(qū)寒冷，而夏季又比沿海地區(qū)炎熱，這又是為什么呢？參考答案：1.4.2 x 103; 4.2 x 103;352.B3.沙石的比熱容小，吸收（或放出）相同的熱量，溫度變化

9、較大；沿海地區(qū)多水，而水的比熱容較大，吸收（或 放出）相同的熱量，溫度變化較小。課外空間1、“人造火山”一一城市熱島在人口高度密集、工業(yè)集中的城市區(qū)域，由于人類活動(dòng)排放的大量熱量與其 他自然條件的共同作用致使城區(qū)氣溫普遍高于周圍效區(qū)的氣溫，人們把這種現(xiàn)象 稱為"人造火山"；高溫的城市處于低溫郊區(qū)的包圍中，如同舉洋大海中的一 個(gè)個(gè)小島，因此也稱為"城市熱島"現(xiàn)象。城市熱島現(xiàn)象早在十八世紀(jì)初首 先在英國的倫敦發(fā)現(xiàn)。此后，隨著世界各地城市的發(fā)展和人口的稠密化，熱島 效應(yīng)變得日益突出.如圖073所示.氣溫資料：2003年夏天，中國南方的高溫悶熱天氣已經(jīng)持續(xù)了40

10、多天而且7月下旬至8月上旬,很多地方頻頻刷新當(dāng)?shù)貧庀笥涗洠瑢?shí)屬罕見.武漢:40 C ,從7月25日至8月3日連續(xù)9天超過40 C ,打破了 1907年以來的歷史記錄。長沙：41 C,8月3日創(chuàng)下50多年最高溫記錄。福州:41 C ,7月26日創(chuàng)下120多年來的最高記錄。杭州：40.3 C ,8月1日出現(xiàn)歷史最高溫,再次刷新7月26日的40 °C最高記錄;上海:39.6 C。8月2日和7月25日創(chuàng)近60年來高溫記錄，且首次預(yù) 報(bào)8月2日最高溫度為40 Co城市熱島效應(yīng)主要是由以下幾種因素綜合形成：(1)城市建筑物材料和鋪砌水泥地面材料的比熱容小，吸收太陽的輻射后，升溫快.(2) 人口高

11、度密集； 工業(yè)集中大 量人為熱量噴發(fā)。(3)高聳入云的建筑物使地表風(fēng)速小且通風(fēng)不 良.(4) 人類活動(dòng)釋放的廢氣排人大氣，改變了城市上空的大氣組成，含有大量 廢氣的大氣，夜間會(huì)減少城區(qū)地表熱量向外輻射，減少了熱量散失，起到保溫的作用城市要減弱熱島效應(yīng)，在規(guī)劃和設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮：(1) 要開發(fā)和保護(hù)好城區(qū)的綠地、水體面積。(2) 在城市發(fā)展的同時(shí)，要控制城市人口密度、建筑物密度。 k(3) 加強(qiáng)城市通風(fēng)(4) 減少人為的熱釋放，盡量將民用煤改變?yōu)橐夯瘹狻⑻烊粴?集中供熱 也是根本對(duì)策。2、水的比熱的特點(diǎn)及其物理意義水的比熱特點(diǎn)就是比熱較大。這一特點(diǎn)在人們的日常生活和生產(chǎn)中具有重要 意義，主要表現(xiàn)在兩

12、個(gè)方面：一方面，由于水的比熱較大，那么一定質(zhì)量的 水升高(或降低)一定的溫度吸收(或放出)的熱量較多，這使我們有 利于用水作冷卻劑或取暖作冷卻劑時(shí)，是讓水吸收帶走更多的熱量；用來取暖時(shí)，是讓水放出更多的熱量提供給人們.另一方面，由于水的比熱較大，一定質(zhì)量的水吸收（或放出）較多的熱量而自身的溫度卻改變不多， 這一點(diǎn)有利于調(diào)節(jié)氣候夏天，太陽曬到海面上，海水的 溫度升高過程中吸 收大量的熱，所以人們住在海邊并不覺得特別熱；冬天，氣溫低Z ,海水 由于溫度降低而放出大量的熱，使沿海氣溫不至降得太低，所以住在海邊 的 人又不覺得特別冷3. 熱量的計(jì)算公式（1）吸熱公式：Q吸=cm（t-t。） 式中C表示

13、物質(zhì)的比熱，m表示物質(zhì)的質(zhì)量,t 0表示物體原來的初溫,t表示吸熱后的終溫，“ t- t 0 ”表示溫度的升高， 有時(shí)可用 t=t-to表示,此時(shí)吸熱公式可 寫成：Q吸=cmA t。（2）放熱公式：Q放=cm（to-t）式中cm、to、t的含義不變,"to-t" 表示溫 度的降低，有時(shí)可用 t =to-t 表示。此時(shí)放熱公式可寫成 Q放=cmA t。（3） 熱量計(jì)算的一般式：Q= cmA t。A t表示溫度的變化.可見，物體吸 收或放出熱量的多少由物體質(zhì)量、物質(zhì)比熱和物體溫度的變化量這三個(gè)量的乘積 決定，跟物體的溫度的高低無關(guān)（4）Q與Q放公式中各物理量的單位：比熱C的單位

14、是J/（kg C ）,質(zhì)量m的單位是千克，溫度（t或 to或A t）的單位是C （攝氏度）,熱量Q的單位是焦耳,計(jì)算時(shí)要注意單 位的統(tǒng)一.4、熱平衡關(guān)系式：Q吸=Q兩個(gè)溫度不同的物體放在一起時(shí)，高溫物體將放出熱量，溫度降低；低溫 物體吸收熱量，溫度升高；最后兩物體溫度相同，稱為達(dá)到熱平衡在熱傳遞的過程中，若低溫物體吸收的熱量為Q吸,高溫物體放出熱量為Q 放，若無熱量損失，即高溫物體放出的熱量全部被低溫物體吸收，則C吸 =Q，利 用這個(gè)關(guān)系可以求出物質(zhì)的比熱或物體的質(zhì)量或物體的溫度在解答此類習(xí)題時(shí),一定要分析哪些物體吸收了熱量，哪些物體放出了熱量，是否有熱量的損失， 若無熱量損失 就可利用Q吸=

15、Q放建立方程求解；若有熱量損失,則有Q放Q吸.由上面的分析可知，溫度差的存在是熱傳遞發(fā)生的條件，熱傳遞的過程中 傳遞的是熱量，而不是溫度.在利用熱量公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要注意以下四點(diǎn)：（1）正確理解式中各量的物理意義.（2）同一公式中各物理量的單位務(wù)必統(tǒng)一到國際單位中來（3）公式適用于物態(tài)不發(fā)生變化時(shí)物體升溫（或降溫）過程中吸熱（放 熱）的計(jì)算如果過程中存在著物態(tài)變化，不能使用這幾個(gè)公式例如冰熔化 為水需吸熱，此時(shí)冰的溫度（或冰水混合物的溫度）沒有變化，但需要從外界吸 收熱量.注意文字?jǐn)⑹鲋猩遲 C ,升高了 t C ,降低t C、降低了 t C對(duì)應(yīng) 的是溫度的改變量.而升高到t °

16、C、降低到t C,對(duì)應(yīng)的是物體的末溫t C.2.幾種發(fā)動(dòng)機(jī)原理簡(jiǎn)介蒸汽輪機(jī)利用鍋爐產(chǎn)生的高溫、高壓蒸汽從噴嘴中 高速噴出，沖擊葉輪，使葉輪與機(jī)軸一同旋轉(zhuǎn)。蒸汽輪機(jī)的輸出功率很大 ，大型的蒸汽輪機(jī)輸出功率可達(dá)幾十萬 千瓦。燃?xì)廨啓C(jī)基本原理與蒸汽輪機(jī)相似，但工質(zhì)不是蒸汽，而是燃料燃燒后 生成的煙氣。中國民間工藝品"走馬燈"即是一種原始簡(jiǎn)單的燃?xì)廨啓C(jī)，早 在800年前就已在我國出現(xiàn)。燃?xì)廨啓C(jī)不僅輸出功率大（可達(dá)十幾萬千瓦）, 而且效率高,可達(dá)50%60%。空氣憤氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)燃燒，生成的煙氣從噴口高速噴出，根據(jù)反沖原理，發(fā)動(dòng)機(jī)身將向反方向運(yùn)動(dòng)。火箭發(fā)動(dòng)機(jī)其結(jié)構(gòu)與原理和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)相似。區(qū)別是空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃 燒時(shí)的 氧化劑（氧氣）取自空氣，因此空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)只能在大氣層內(nèi)工 作，主要用在飛機(jī)上；火箭發(fā)動(dòng)機(jī)則自帶氧化劑，燃料燃燒時(shí)不依賴于空 氣，因此可在大氣層外工作，是發(fā)射人造衛(wèi)星 和宇宙飛船的動(dòng)力源。中國在 節(jié)