建立比热容概念“四部曲”

□刘永树

建立比热容概念“四部曲”

□刘永树

比热容概念的建立是本章学习的一大难点，需要从探究不同物质的吸热能力入手.在探究物质的吸热能力大小的实验中除了运用到转换法和控制变量法，还要在对实验数据分析的基础上利用比值法建立起比热容的概念，其过程充满曲折，彰显出自然科学的无穷魅力.下面我们从实例中盘点建立比热容概念的四个环节.

一、运用恰当的科学方法探究不同物质的吸热能力

例1为了探究物体温度升高时吸收热量的多少与哪些因素有关，实验室中准备了以下仪器：两个规格相同的电加热器，两个相同的酒精灯，两个相同的烧杯，两支温度计，手表，铁架台，火柴，适量的水和煤油.

（1）为了完成实验：

①还需要的仪器有_________；

②天平的作用是用水和煤油做实验，应使水和煤油的______相等；

③选择用电加热器而不用酒精灯加热，其优点是：在相同时间内对外供热_______的特点.

（2）设计实验应注意：

①温度计和秒表能间接测量热量的多少，这运用了________方法；

②用水和煤油进行实验，让水和煤油的质量和吸收的热量相同，运用了_________方法.

（3）实验中得到数据如表1所示：

表1：比较物质的吸热本领大小

（4）比较分析1、3次的实验记录，可以得出的初步结论是：质量相等的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同；

（5）比较分析1、2次的实验记录，可以得出的初步结论是：

____________；

（6）比较分析____次和____次的实验记录，可以得出的初步结论是：质量相等的同种物质，升高不同的温度，吸收的热量不同；

（7）实验说明物体吸收热量的多少不仅与物体的质量和升高的温度有关，还与_______有关.

解析：明确了实验目的和实验方法，才能选择合适的实验器材.比较不同物质吸热本领的大小要运用控制变量法，实验时改变了物质的种类（水和煤油），其他的因素应该保持不变，所以要使水和煤油的质量相同，两个相同的烧杯和两个相同的电加热器是为了保证吸热效果相同.又由于实验室没有测量热量的器材，所以要使用转换法，间接观察热量的多少，选择温度计或秒表.再获得可靠实验数据，对实验数据进行比较分析，得出实验结论.

答案：（1）①天平②质量③相等（2）①转换法②控制变量法（5）质量不同的同种物质，升高相同的温度时，质量大的吸热多（6）3、4（7）物质种类

点评：在物理学习中，科学方法既是解决物理问题的必要手段，也是一种重要的思想方法.探究物质的比热容用到的科学方法主要有转换法和控制变量法，它们是实验设计和器材选择的依据.在准确收集实验数据的基础上，对实验数据分析论证并得出实验结论，是同学们必须掌握的基本探究技能.

二、运用比值定义法，建立比热容概念

（1）比较分析1、2号烧杯的实验记录，发现在水升高相同温度时，吸收的热量与水的质量的关系是：__________________________；

（2）比较分析3、4号烧杯的实验记录，发现在煤油质量一定时，吸收的热量与煤油的温度变化的关系是：_______________________；

（3）综合前两个结论，怎样定义同种物质吸热本领的大小？

答：______________________.

解析：对比1、2号烧杯的实验数据，在升高相同的温度，吸收的热量与质量成正比；对比3、4号烧杯的实验数据，在质量相同时，吸收的热量与升高的温度成正比；综合前面两次结论，发现同种物质，吸收的热量与它的质量和升高的温度的乘积成正比.从而建立比热容概念：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的乘积之比，叫做这种物质的比热容.

答案：（1）在温度变化相同时，吸收的热量与质量成正比（2）在质量相同时，吸收的热量与升高的温度成正比（3）吸收的热量与它的质量和升高的温度的乘积之比

点评：在初中物理实验中，对实验数据的分析，一般要求得出定性结论即可.但在学习科学概念时，大家要善于运用数学知识，通过比较，发现不同物理量之间的数值倍数关系，或利用图象处理的方法直接找出数量关系，经过定量分析得出实验结论.这样对于概念的建立会起到意想不到的效果，有利于牢固掌握科学概念.

鳗鱼带肉骨→预处理→净鳗鱼带肉骨→烘干→干鳗鱼带肉骨→粉碎、均质→鳗鱼肉骨粉→水提→鳗鱼肉骨粉料液→酶解→酶解液→均质→喷雾干燥→成品。

三、引入小资料，消化吸收概念

例3小明根据表2、表3所提供的几种物质的比热容和密度，得出以下四个结论，其中不正确的是（）.

表2：几种常见物质的比热容

表3：几种常见物质的密度（常温常压下）

A.质量相等的实心铜块和铝块，铜块的体积较小

B.比热容和密度都是物质的特性，不同物质的比热容和密度一定都不相同

C.用水作为汽车发动机散热器的冷却剂，其重要原因之一是水的比热容较大

D.质量相等的干泥土和水，吸收相等热量，干泥土温度升高得较多

解析：由表2可知，铜的密度大于铝的密度，并且铜的质量等于铝的质量，由密度公式可得，密度大的物体体积小，故A选项结论正确；由表3可知，酒精和煤油的密度相等，因此不同物质的比热容和密度也有可能相同，故B选项结论错误；因为水的比热容较大，质量相同的不同物质升高相同的温度时，会吸收更多的热量.所以用水作为汽车发动机的冷却剂，故C选项结论正确；由Q=cmΔt可得，质量相等的干泥土和水，吸收相同的热量，由于干泥土的比热容较小，因此干泥土的温度升高得较多，故D选项结论正确.

答案：B

点评：通过比较实验数据得出实验结论，是分析问题和解决问题的一种重要方法.通过比较表2的数据，发现物质的比热容只与物质的种类和状态有关，与质量、温度等其他因素无关，这也是课堂上探究实验无法完成的实验结论.

四、比热容公式的应用——热量的计算

例4某太阳能热水器中装有质量为50kg的水，在阳光的照射下，该热水器中水的温度从25℃升高到45℃.求这些水吸收的热量.［水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）］

解析：题目给出了水的质量m=50kg，Δt=45℃-25℃=20℃，

c=4.2×103J/（kg·℃），

利用吸热公式Q吸=cm（t-t0），

代入计算Q吸=cm（t-t0）=4.2× 103J/（kg·℃）×50kg×（45-25）℃= 4.2×106J.

答案：4.2×106J

点评：此题体现了“从生活走向物理、从物理走向社会”的理念，将物理学习与生活紧密结合起来.同时还考查了考生对比热容概念的掌握程度，在比热容的定义式中，Δt指的是温度的变化，许多考生将温度的变化与实际温度区分不开，容易出现一些计算错误.

相信同学们经历了以上学习的四个环节，对比热容的概念应该有了一个全面清晰的认识吧.同时，通过对此概念的学习，也一定能为今后掌握其他概念奠定方法基础.