建立比熱容概念“四部曲”

□劉永樹

建立比熱容概念“四部曲”

□劉永樹

比熱容概念的建立是本章學(xué)習(xí)的一大難點(diǎn)，需要從探究不同物質(zhì)的吸熱能力入手.在探究物質(zhì)的吸熱能力大小的實(shí)驗(yàn)中除了運(yùn)用到轉(zhuǎn)換法和控制變量法，還要在對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上利用比值法建立起比熱容的概念，其過程充滿曲折，彰顯出自然科學(xué)的無窮魅力.下面我們從實(shí)例中盤點(diǎn)建立比熱容概念的四個(gè)環(huán)節(jié).

一、運(yùn)用恰當(dāng)?shù)目茖W(xué)方法探究不同物質(zhì)的吸熱能力

例1為了探究物體溫度升高時(shí)吸收熱量的多少與哪些因素有關(guān)，實(shí)驗(yàn)室中準(zhǔn)備了以下儀器：兩個(gè)規(guī)格相同的電加熱器，兩個(gè)相同的酒精燈，兩個(gè)相同的燒杯，兩支溫度計(jì)，手表，鐵架臺(tái)，火柴，適量的水和煤油.

（1）為了完成實(shí)驗(yàn)：

①還需要的儀器有_________；

②天平的作用是用水和煤油做實(shí)驗(yàn)，應(yīng)使水和煤油的______相等；

③選擇用電加熱器而不用酒精燈加熱，其優(yōu)點(diǎn)是：在相同時(shí)間內(nèi)對外供熱_______的特點(diǎn).

（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意：

①溫度計(jì)和秒表能間接測量熱量的多少，這運(yùn)用了________方法；

②用水和煤油進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓水和煤油的質(zhì)量和吸收的熱量相同，運(yùn)用了_________方法.

（3）實(shí)驗(yàn)中得到數(shù)據(jù)如表1所示：

表1：比較物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)大小

（4）比較分析1、3次的實(shí)驗(yàn)記錄，可以得出的初步結(jié)論是：質(zhì)量相等的不同物質(zhì)，升高相同的溫度，吸收的熱量不同；

（5）比較分析1、2次的實(shí)驗(yàn)記錄，可以得出的初步結(jié)論是：

____________；

（6）比較分析____次和____次的實(shí)驗(yàn)記錄，可以得出的初步結(jié)論是：質(zhì)量相等的同種物質(zhì)，升高不同的溫度，吸收的熱量不同；

（7）實(shí)驗(yàn)說明物體吸收熱量的多少不僅與物體的質(zhì)量和升高的溫度有關(guān)，還與_______有關(guān).

解析：明確了實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)方法，才能選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材.比較不同物質(zhì)吸熱本領(lǐng)的大小要運(yùn)用控制變量法，實(shí)驗(yàn)時(shí)改變了物質(zhì)的種類（水和煤油），其他的因素應(yīng)該保持不變，所以要使水和煤油的質(zhì)量相同，兩個(gè)相同的燒杯和兩個(gè)相同的電加熱器是為了保證吸熱效果相同.又由于實(shí)驗(yàn)室沒有測量熱量的器材，所以要使用轉(zhuǎn)換法，間接觀察熱量的多少，選擇溫度計(jì)或秒表.再獲得可靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

答案：（1）①天平②質(zhì)量③相等（2）①轉(zhuǎn)換法②控制變量法（5）質(zhì)量不同的同種物質(zhì)，升高相同的溫度時(shí)，質(zhì)量大的吸熱多（6）3、4（7）物質(zhì)種類

點(diǎn)評(píng)：在物理學(xué)習(xí)中，科學(xué)方法既是解決物理問題的必要手段，也是一種重要的思想方法.探究物質(zhì)的比熱容用到的科學(xué)方法主要有轉(zhuǎn)換法和控制變量法，它們是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和器材選擇的依據(jù).在準(zhǔn)確收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析論證并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，是同學(xué)們必須掌握的基本探究技能.

二、運(yùn)用比值定義法，建立比熱容概念

（1）比較分析1、2號(hào)燒杯的實(shí)驗(yàn)記錄，發(fā)現(xiàn)在水升高相同溫度時(shí)，吸收的熱量與水的質(zhì)量的關(guān)系是：__________________________；

（2）比較分析3、4號(hào)燒杯的實(shí)驗(yàn)記錄，發(fā)現(xiàn)在煤油質(zhì)量一定時(shí)，吸收的熱量與煤油的溫度變化的關(guān)系是：_______________________；

（3）綜合前兩個(gè)結(jié)論，怎樣定義同種物質(zhì)吸熱本領(lǐng)的大??？

答：______________________.

解析：對比1、2號(hào)燒杯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在升高相同的溫度，吸收的熱量與質(zhì)量成正比；對比3、4號(hào)燒杯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在質(zhì)量相同時(shí)，吸收的熱量與升高的溫度成正比；綜合前面兩次結(jié)論，發(fā)現(xiàn)同種物質(zhì)，吸收的熱量與它的質(zhì)量和升高的溫度的乘積成正比.從而建立比熱容概念：一定質(zhì)量的某種物質(zhì)，在溫度升高時(shí)吸收的熱量與它的質(zhì)量和升高的溫度的乘積之比，叫做這種物質(zhì)的比熱容.

答案：（1）在溫度變化相同時(shí)，吸收的熱量與質(zhì)量成正比（2）在質(zhì)量相同時(shí)，吸收的熱量與升高的溫度成正比（3）吸收的熱量與它的質(zhì)量和升高的溫度的乘積之比

點(diǎn)評(píng)：在初中物理實(shí)驗(yàn)中，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，一般要求得出定性結(jié)論即可.但在學(xué)習(xí)科學(xué)概念時(shí)，大家要善于運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)，通過比較，發(fā)現(xiàn)不同物理量之間的數(shù)值倍數(shù)關(guān)系，或利用圖象處理的方法直接找出數(shù)量關(guān)系，經(jīng)過定量分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.這樣對于概念的建立會(huì)起到意想不到的效果，有利于牢固掌握科學(xué)概念.

鰻魚帶肉骨→預(yù)處理→凈鰻魚帶肉骨→烘干→干鰻魚帶肉骨→粉碎、均質(zhì)→鰻魚肉骨粉→水提→鰻魚肉骨粉料液→酶解→酶解液→均質(zhì)→噴霧干燥→成品。

三、引入小資料，消化吸收概念

例3小明根據(jù)表2、表3所提供的幾種物質(zhì)的比熱容和密度，得出以下四個(gè)結(jié)論，其中不正確的是（）.

表2：幾種常見物質(zhì)的比熱容

表3：幾種常見物質(zhì)的密度（常溫常壓下）

A.質(zhì)量相等的實(shí)心銅塊和鋁塊，銅塊的體積較小

B.比熱容和密度都是物質(zhì)的特性，不同物質(zhì)的比熱容和密度一定都不相同

C.用水作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的冷卻劑，其重要原因之一是水的比熱容較大

D.質(zhì)量相等的干泥土和水，吸收相等熱量，干泥土溫度升高得較多

解析：由表2可知，銅的密度大于鋁的密度，并且銅的質(zhì)量等于鋁的質(zhì)量，由密度公式可得，密度大的物體體積小，故A選項(xiàng)結(jié)論正確；由表3可知，酒精和煤油的密度相等，因此不同物質(zhì)的比熱容和密度也有可能相同，故B選項(xiàng)結(jié)論錯(cuò)誤；因?yàn)樗谋葻崛葺^大，質(zhì)量相同的不同物質(zhì)升高相同的溫度時(shí)，會(huì)吸收更多的熱量.所以用水作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑，故C選項(xiàng)結(jié)論正確；由Q=cmΔt可得，質(zhì)量相等的干泥土和水，吸收相同的熱量，由于干泥土的比熱容較小，因此干泥土的溫度升高得較多，故D選項(xiàng)結(jié)論正確.

答案：B

點(diǎn)評(píng)：通過比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，是分析問題和解決問題的一種重要方法.通過比較表2的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的比熱容只與物質(zhì)的種類和狀態(tài)有關(guān)，與質(zhì)量、溫度等其他因素?zé)o關(guān)，這也是課堂上探究實(shí)驗(yàn)無法完成的實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

四、比熱容公式的應(yīng)用——熱量的計(jì)算

例4某太陽能熱水器中裝有質(zhì)量為50kg的水，在陽光的照射下，該熱水器中水的溫度從25℃升高到45℃.求這些水吸收的熱量.［水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃）］

解析：題目給出了水的質(zhì)量m=50kg，Δt=45℃-25℃=20℃，

c=4.2×103J/（kg·℃），

利用吸熱公式Q吸=cm（t-t0），

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

答案：4.2×106J

點(diǎn)評(píng)：此題體現(xiàn)了“從生活走向物理、從物理走向社會(huì)”的理念，將物理學(xué)習(xí)與生活緊密結(jié)合起來.同時(shí)還考查了考生對比熱容概念的掌握程度，在比熱容的定義式中，Δt指的是溫度的變化，許多考生將溫度的變化與實(shí)際溫度區(qū)分不開，容易出現(xiàn)一些計(jì)算錯(cuò)誤.

相信同學(xué)們經(jīng)歷了以上學(xué)習(xí)的四個(gè)環(huán)節(jié)，對比熱容的概念應(yīng)該有了一個(gè)全面清晰的認(rèn)識(shí)吧.同時(shí)，通過對此概念的學(xué)習(xí)，也一定能為今后掌握其他概念奠定方法基礎(chǔ).