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12.3 物质的比热容
一、比热容的概念：物质吸热能力的差异
在生活中，我们会发现这样的现象：夏天在太阳的照射下，沙滩很快就变得烫脚，而海水却比较凉爽；冬天在暖气旁边，金属制品比木制品更容易变热。这些现象表明，不同物质在吸收或放出相同热量时，温度变化的情况不同，即不同物质的吸热或放热能力存在差异。为了描述这种差异，物理学中引入了 “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。比热容是物质的一种固有属性，它反映了物质吸热或放热能力的强弱。不同物质的比热容一般不同，例如水的比热容较大，而砂石、金属等的比热容较小；同种物质在不同状态下的比热容也不同，例如水和冰的比热容不同，水的比热容为\( 4.2 \times 10^3\ \text{J/(kg · )} \)，而冰的比热容为\( 2.1 \times 10^3\ \text{J/(kg · )} \)。
二、比热容的单位与物理意义
（一）比热容的单位
在国际单位制中，比热容的单位是焦每千克摄氏度，符号为\( \text{J/(kg · )} \)。这个单位的含义是：1 千克的某种物质温度升高（或降低）1 摄氏度时所吸收（或放出）的热量为 1 焦耳。
（二）比热容的物理意义
以水的比热容为例，水的比热容是\( 4.2 \times 10^3\ \text{J/(kg · )} \)，它表示 1 kg 的水温度升高 1℃所吸收的热量是\( 4.2 \times 10^3\ \text{J} \)，或者 1 kg 的水温度降低 1℃所放出的热量是\( 4.2 \times 10^3\ \text{J} \)。
不同物质的比热容数值不同，这意味着它们的吸热或放热能力不同。比热容大的物质，在吸收或放出相同热量时，温度变化较小；比热容小的物质，在吸收或放出相同热量时，温度变化较大。例如，砂石的比热容约为\( 0.92 \times 10^3\ \text{J/(kg · )} \)，远小于水的比热容，因此在同样的阳光照射下，沙滩升温比海水快得多。
三、实验探究：比较不同物质的吸热能力
（一）实验目的
探究不同物质在质量相同、吸收相同热量的情况下，温度变化是否相同，从而比较它们的吸热能力。
（二）实验器材
相同规格的酒精灯（或电加热器）、两个相同的烧杯、天平、温度计、搅拌器、水、食用油（或砂石）。
（三）实验步骤
用天平称取质量相等的水和食用油，分别倒入两个相同的烧杯中。
用温度计分别测量水和食用油的初温\( t_{0 ° } \)和\( t_{0 } \)，并记录数据。
将两个烧杯放在相同规格的酒精灯上同时加热（或用相同的电加热器同时加热），保证在相同时间内水和食用油吸收的热量相同。
加热一段时间后，同时停止加热，用温度计分别测量水和食用油的末温\( t_{ ° } \)和\( t_{ } \)，并记录数据。
计算水和食用油升高的温度\( \Delta t_{ ° } = t_{ ° } - t_{0 ° } \)和\( \Delta t_{ } = t_{ } - t_{0 } \)，比较两者温度变化的大小。
（四）实验现象与分析
实验现象：在相同时间内吸收相同热量的情况下，食用油的温度升高得比水快，即\( \Delta t_{ } > \Delta t_{ ° } \)。
实验分析：由于水和食用油的质量相同、吸收的热量相同，而水升高的温度较小，说明水的吸热能力比食用油强。这一现象与比热容的定义相符，水的比热容大于食用油的比热容，因此在吸收相同热量时，水的温度变化较小。
（五）实验结论
不同物质的吸热能力不同，比热容大的物质吸热能力强，在吸收相同热量时温度变化较小；比热容小的物质吸热能力弱，在吸收相同热量时温度变化较大。
四、比热容与热量计算的关系
比热容是计算物体吸收或放出热量的重要依据，结合物体的质量和温度变化量，可以利用以下公式计算热量：
物体温度升高时吸收的热量：\( Q_{\text{ }} = c \cdot m \cdot (t - t_0) \)
物体温度降低时放出的热量：\( Q_{\text{ }} = c \cdot m \cdot (t_0 - t) \)
其中，\( Q_{\text{ }} \)表示吸收的热量，\( Q_{\text{ }} \)表示放出的热量，\( c \)表示物质的比热容，\( m \)表示物体的质量，\( t_0 \)表示初温，\( t \)表示末温，\( (t - t_0) \)表示温度升高量，\( (t_0 - t) \)表示温度降低量。
从公式可以看出，当物质的比热容\( c \)和质量\( m \)一定时，物体吸收或放出的热量与温度变化量成正比；当吸收或放出的热量\( Q \)和质量\( m \)一定时，温度变化量与比热容成反比，这进一步说明了比热容大的物质温度变化小的特性。
五、比热容的应用：生活中的 “调节器”
水的比热容较大，这一特性在生活和生产中有广泛的应用，它就像一个天然的 “调节器”，对环境和生命活动产生着重要影响。
（一）调节气候
海洋和湖泊中的水由于比热容较大，在吸收相同的太阳辐射热量时，温度升高得少；在放出相同热量时，温度降低得也少。因此，沿海地区的气温变化比内陆地区小，夏季沿海地区比内陆地区凉爽，冬季沿海地区比内陆地区温暖，昼夜温差较小。例如，我国的青岛、大连等沿海城市，气候较为温和，而西北内陆的乌鲁木齐等城市，昼夜温差较大，这就是水的比热容特性所致。
（二）用作冷却剂
在汽车发动机、发电厂的发电机等机器设备工作时，会产生大量的热量，如果不及时散热，会导致设备损坏。由于水的比热容较大，升高相同的温度时可以吸收更多的热量，因此水常被用作冷却剂。汽车发动机用水来冷却，通过水循环将发动机产生的热量带走，保证发动机在适宜的温度下工作。
（三）取暖保温
在冬季，人们常用热水袋取暖，热水袋中装入热水，由于水的比热容较大，在温度降低过程中会放出较多的热量，而且降温较慢，能够长时间保持温暖。在农业生产中，为了防止农作物在夜间受冻，农民有时会在傍晚向田间灌水，利用水在夜间降温时放出热量，提高田间的温度，保护农作物免受冻害。
（四）工业生产中的应用
在工业生产中，比热容也是一个重要的参数。例如，在冶金工业中，需要根据不同金属的比热容来设计加热和冷却工艺，以保证金属的质量；在化工生产中，比热容影响着反应过程中的热量传递和温度控制。
六、常见物质的比热容
以下是一些常见物质的比热容（单位：\( \text{J/(kg · )} \)）：
水：\( 4.2 \times 10^3 \)
冰：\( 2.1 \times 10^3 \)
酒精：\( 2.4 \times 10^3 \)
煤油：\( 2.1 \times 10^3 \)
砂石：\( 0.92 \times 10^3 \)
铁：\( 0.46 \times 10^3 \)
铜：\( 0.39 \times 10^3 \)
铝：\( 0.88 \times 10^3 \)
从以上数据可以看出，水的比热容在常见物质中是比较大的，这也是水在自然界和生活中能够发挥重要调节作用的原因。
七、课堂例题：比热容的计算与应用
例题 1：水的吸热计算
质量为 5 kg 的水，温度从 20℃升高到 70℃，需要吸收多少热量？（水的比热容\( c = 4.2 \times 10^3\ \text{J/(kg · )} \)）
分析：
已知水的质量\( m = 5\ \text{kg} \)，初温\( t_0 = 20 \)，末温\( t = 70 \)，比热容\( c = 4.2 \times 10^3\ \text{J/(kg · )} \)，根据吸热公式\( Q_{\text{ }} = c \cdot m \cdot (t - t_0) \)可计算吸收的热量。
解：
温度升高量：\(
t - t_0 = 70 - 20 = 50
\)
吸收的热量：\(
Q_{\text{ }} = c \cdot m \cdot (t - t_0) = 4.2 \times 10^3\ \text{J/(kg · )} \times 5\ \text{kg} \times 50 = 1.05 \times 10^6\ \text{J}
\)
答案：需要吸收\( 1.05 \times 10^6\ \text{J} \)的热量。
例题 2：比热容的特性应用分析
为什么在同样的阳光照射下，海边的沙子比海水烫？
分析：
海水的比热容远大于沙子的比热容，在相同时间内，沙子和海水吸收的热量相同。根据热量公式\( Q = c \cdot m \cdot \Delta t \)，在\( Q \)和\( m \)大致相同的情况下，比热容\( c \)越小，温度变化量\( \Delta t \)越大。因此，沙子的温度升高得比海水快，所以海边的沙子比海水烫。
八、课堂小结
比热容的定义：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，用\( c \)表示。
比热容的单位：焦每千克摄氏度（\( \text{J/(kg · )} \)）。
比热容的特性：是物质的一种特性，不同物质的比热容一般不同，同种物质不同状态下比热容也不同；水的比热容较大，为\( 4.2 \times 10^3\ \text{J/(kg · )} \)。
吸热能力与比热容的关系：比热容大的物质吸热能力强，吸收相同热量时温度变化小；比热容小的物质吸热能力弱，吸收相同热量时温度变化大。
比热容的应用：调节气候、用作冷却剂、取暖保温等，水的比热容特性在其中发挥重要作用。
热量计算公式：\( Q_{\text{ }} = c \cdot m \cdot (t - t_0) \)，\( Q_{\text{ }} = c \cdot m \cdot (t_0 - t) \)。
九、课堂练习
单位质量的某种物质，温度升高______所吸收的热量，叫做这种物质的比热容，比热容的单位是______。
水的比热容是\( 4.2 \times 10^3\ \text{J/(kg · )} \)，它的物理意义是______。
质量相同的水和煤油，吸收相同的热量后，的温度升高得快，这是因为。
质量为 2 kg 的铝块，温度从 30℃升高到 130℃，需要吸收多少热量？（铝的比热容\( c = 0.88 \times 10^3\ \text{J/(kg · )} \)）
十、课后作业
完成课本上的相关练习题，巩固比热容的概念和热量计算方法。
为什么我国西北地区昼夜温差较大，而沿海地区昼夜温差较小？请用比热容的知识解释。
设计一个实验，测量一块不规则固体的比热容，写出实验方案、所需器材、实验步骤和计算过程。
查阅资料，了解比热容在日常生活和工业生产中的其他应用，写一篇简短的报告。
2024沪粤版物理九年级上册
12.3 物质的比热容
第十二章 内能与热机
1.能通过实验探究得出不同物质的吸热能力不同。
2.了解比热容的概念；知道比热容是物质的一种特性。
3.能够利用比热容知识来解释生活中的一些现象。
4.会进行简单的吸热（放热）计算。
学习目标
沙漠从5℃－38℃
为什么同一纬度的海滨城市和沙漠地区的气温变化会如此大
海滨从24℃－28℃
观察与思考
课程讲授
不同物质的吸、放热性能
提出问题：
不同物质（水和砂石），在质量相同、温度变化相等时，它们吸收或放出的热量也相等吗？
实验：
取两个相同的烧杯，甲烧杯里装水，乙烧杯里装相同质量的砂石，它们的初温相等。用相同的酒精灯同时给它们加热相同的时间。观察二者温度的变化。
搅拌水和砂石时，要用手扶住烧杯；如果温度过高时，还要戴上隔热手套。
课程讲授
不同物质的吸、放热性能
结论：
质量相等的不同物质，在升高相同的温度时，吸收的热量一般是不相等的。
所以不同种类的物质吸、放热的能力不相同。
实验还表明：
一定质量的某种物质温度降低1℃所放出的热量和它温度升高1℃所吸收的热量相同。
课程讲授
不同物质的吸、放热性能
通过实验我们可以看出不同物质吸收相同的热量，升高的温度不同；我们通过日常生活还知道，升高（或降低）相同的温度，所吸收（或放出）的热量也不同，那么用什么方法来描述物质的这一特性呢？
1.如何使水和砂石温度升高？
2.研究不同物质吸收热量的能力，所要控制的因素：
质量相同
升高的温度相同
加热的热源要相同
实验与探究
方案一：取等质量的水和砂石，加热相同的时间（吸收相等的热量）后，比较温度的变化。
方案二：取等质量的水和砂石，使其升高相同的温度，比较加热的时间（吸收热量的多少)。
我们就选你
3.你打算用哪种方法验证猜想？
学以致用　
(2024·百色平果市期末)小明同学为了比较不同物质的吸热情况，在两个相同的烧杯中分别装入牛奶、豆浆，用相同的酒精灯和温度计同时进行了如图所示的实验。
(1)本实验中，在烧杯中应装入　　 (选填“质量”或“体积”)相同的牛奶和豆浆，通过比较___________
(选填“加热时间”或“温度计示数的变化量”)来反映物质吸收热量的多少，这种研究方法叫做　 　法。
质量
加热时间
转换
解析　根据比较吸热能力的方法，要控制不同物质的质量相同，故实验中应量取质量相同的牛奶和豆浆分别倒入相同的烧杯中；
实验中，用相同规格的酒精灯加热牛奶和豆浆，使它们升高相同的温度，可以通过比较加热时间来比较它们吸收热量的多少，这种研究方法叫转换法；
(2)本实验中，使牛奶、豆浆升高相同的温度，比较物质吸收热量的多少。分析表格数据可知，两物质质量相同，升高相同的温度，牛奶吸收的热量　 　(选填“大于”“小于”或“等于”)豆浆吸收的热量，这表明_____的吸热能力强。
名称 质量/g 温度升高10 ℃，加热时间/s 温度升高20 ℃，加热时间/s 温度升高30 ℃，加热时间/s
牛奶 350 260 520 790
豆浆 350 220 440 670
大于
牛奶
解析　分析表格数据可知，相同质量的牛奶、豆浆升高相同的温度，牛奶加热时间长，牛奶吸收的热量大于豆浆吸收的热量，这表明牛奶的吸热能力强。
任务二：比热容
(3)比热容的单位是什么？
单位：焦每千克摄氏度[J/(kg·℃)]。
(4)比热容有什么意义
物理意义：描述不同物质吸热、放热性能的物理量。
任务二：比热容
(5)物质的比热容有什么含义？
例如c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，表示1 kg的水温度升高(或降低)1 ℃所吸收(或放出)的热量为4.2×103 J。
水的比热容是
4.2× 103J／(kg·℃)
4.2×103焦耳每千克摄氏度
1kg水每升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量为4.2×103J
读作：
物理意义：
由上述比热容表可知：
比热容是物质的一种特性，只与物体的种类和状态有关，而与物体的质量、温度的高低、吸热的多少无关。
归纳与小结
计算物体温度升高时吸收热量的公式是，其中表示物质的比热容，用作单位；表示质量，用作单位；表示物体升高的温度，用作单位；表示吸收的热量，单位为J。如果物体的温度下降，放出的热量，表示下降的温度。
应用物体吸热或放热公式时，一定要注意分清题意中的温度是指初温度，还是后来的末温度2，还是变化的温度或，即。如果告诉变化的温度，还可以用公式求吸放热。
由于水的比热容较大，一定质量的水升高（或降低）一定温度，吸收（或放出）的热量很多，有利于作冷却剂或用来取暖。
总 结：
由于水的比热容较大，一定质量的水吸收（或放出）很多的热而自身的温度却变化不多，有利于调节气温。
比热容的认识
定义 用单位质量的某种物质温度升高(或降低)_____所____________的热量来描述物质吸收(或放出)热量的能力
定义式 c＝_________
单位 __________，读作________________
1℃
吸收(或放出)
J/(kg · ℃)
焦每千克摄氏度
知道了物质的比热容c，又知道这种物质的质量m，以及升高的温度(t2-t1)。根据比热容的公式:
可计算出物体温度升高时吸收的热量:Q吸=cm(t2-t1)。
同理，物体的温度由t1降低至t2时放出的热量可以写成
Q放=cm(t1-t2)。
三、热量的计算
例题： 质量为2kg的砂石，温度从10℃升高到20℃，吸收了多少热量
解：查得砂石的比热容:c砂=0.92 ×103J/( kg·℃)。
升高的温度t2-t1=20℃-10℃=10℃，
砂石的质量m=2kg，
由热量计算公式得
Q吸=c砂m (t2-t1)=0.92×10 J/ (kg·℃ ) ×2kg ×(20 ℃-10℃)
= 1.84×104J。
答:砂石吸收的热量为1.84×104J。
质量为2kg的砂石，温度从10℃升高到20℃，吸收了多少热量
解：查得砂石的比热容:c砂=0.92 ×103J/( kg·℃)。
升高的温度t2-t1=20℃-10℃=10℃，
砂石的质量m=2kg，
Q吸 = c砂m (t2-t1) = 0.92×10 J/ (kg·℃ ) ×2kg ×(20 ℃-10℃) = 1.84×104J。
答:砂石吸收的热量为1.84×104J。
物体吸收热量的计算公式：Q吸＝________________。物体放出热量的计算公式：Q放＝_________________。
在热传递的过程中，不计热量损失时，一个物体放出的热量_______另一个物体吸收的热量。
填 空：
cmΔt＝cm(t2－t1)
cmΔt＝cm(t1－t2)
等于

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