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第十章 机械能、内能及其转化
第三节 探究——物质的比热容
比较不同物质吸热的情况
比热容
热量的计算
在热传递过程中，物体的内能会发生变化，物体内能改变的多少，就用热量来量度。在只有热传递的过程中，物体吸收了多少热量，物体的内能就增加了多少；物体放出了多少热量，物体的内能就减少了多少。
不同种类的物质，吸收相同的热量，温度升高相同吗？
1. 设计实验
比较不同物质吸热的情况，可以采用以下两种方法：
(1)使质量相同的不同物质升高相同的温度，看加热时间的长短。加热时间长的吸热能力强。
(2)将质量相同的不同物质加热相同的时间，看升高温度的多少。升高温度少的吸热能力强。
知识点
比较不同物质吸热的情况
1
2. 实验器材
相同的两电热器、两个相同的烧杯、两支温度计、天平、停表、质量相等的水和食用油(最好初温也相同)。
3. 实验需测量的物理量
(1)测量水和食用油的初温t0 与末温t；
(2)用天平量取质量相同的水和食用油；
(3)加热水和食用油的时间。
4. 设计实验表格
物质 初温t0/℃ 末温t/℃ 升高的温度Δt/℃ 加热时间/min
水
食用油
5. 实验结论
(1)升高相同的温度，水加热的时间长，即水吸收的热量多。
(2)换其他两种质量相等的不同液体进行实验，在升高的温度相等时，吸收的热量一般也不相等。
6. 实验方法
转换法和控制变量法。
方法详解
●转换法：实验中给不同物质加热用的是相同的电热器(或相同的酒精灯)，由于加热工具相同时间提供的热量相同，实验中通过加热时间来比较吸收热量的多少，这种方法属于转换法。
●控制变量法：实验若采用方法(1)，则控制两种物质的质量相同、升高的温度相同，通过加热时间来比较物质的吸热能力；若采用方法(2)，则控制两物质的质量和加热时间相同，通过比较升高的温度来比较两物质的吸热能力。
[中考·黄石] 某兴趣小组为了比较水和煤油的吸热能力，进行了如下的实验。
(1)提出问题：烈日炎炎的夏季，白天海滩上的沙子热得烫脚，但海水却非常凉爽；傍晚太阳西落，沙子很快凉了下来，但海水却仍然暖暖的。同样的日照条件，为什么不同物质的温度不一样呢
例1
(2)设计实验：实验装置如图1 所示。
①除了图中所给的实验器材外，还需要的测量工具有天平和_______。
②本实验的主要探究方法是__________法和转换法。
秒表
控制变量
解析：①除需要测量质量外，还需测出加热时间，所以需要秒表。②本实验存在多个变量，要使用控制变量法。
(3)进行实验：该兴趣小组设计了如下实验步骤，
其中存在错误的是( )
A. 在两个相同的试管中分别装入等体积的水和煤油
B. 用温度计测量这两种液体的初温，发现温度计示数相同
C. 把两个试管同时放入同一烧杯中
加热(如图1 所示)，且加热相同的时间
D. 用温度计测出两种液体的末温，发现两
温度计的示数不相同
A
解析：本实验是为了比较水和煤油的吸热能力，实验方案是给质量和初温相等的水和煤油加热，使它们吸收相同的热量(加热时间相同)，比较升高的温度，故A 错误。
(4)数据分析：改正错误后，下图是该兴趣小组绘制的“吸收热量—时间”和“温度—时间”图像，能正确描述这两种液体真实情况的图像是( )
C
解析：因为盛有水和煤油的试管放在同一烧杯中加热相同的时间，水和煤油吸热相同，实验现象是水吸热升温慢，煤油吸热升温快，故C 正确。
(5)拓展应用：已知在标准大气压下，煤油的沸点比水的沸点高。如图1 所示，如果烧杯中的水已沸腾，则两试管中液体的沸腾情况，下列判断正确的是( )
A. 水、煤油都沸腾
B. 水、煤油都不沸腾
C. 水沸腾，煤油不沸腾
D. 水不沸腾，煤油沸腾
B
解析：因为烧杯内的水沸腾后温度不再升高，所以试管内水的温度达到沸点后，不能从外界吸热，故水不能沸腾；而煤油的沸点高于水的沸点，煤油的温度达不到沸点，不能沸腾，故B正确。
深度理解
1. 热量是无法直接测量的物理量。本实验用相同的加热器加热(因为相同的加热器单位时间放出的热量相同)，通过控制加热时间来控制吸热的多少，即将吸热的多少转化为加热时间的长短。若加热时间相同，则吸收的热量相同；加热时间长的物体吸收的热量就多。可以理解为加热时间的长短等同于吸热的多少。
2. 本实验要控制相同的量：盛放被加热物体的容器、被加热物体的质量、初温及加热器的型号(火力大小)。
知识点
1. 比热容表示不同物质的吸热(放热)能力。
物理意义：单位质量的某种物质温度升高(或降低)1 ℃(K)所吸收(或放出)的热量。
2. 定义 某种物质温度升高(或降低)所吸收(或放出)的热量与物质的质量和温度变化量乘积的比，叫作这种物质的比热容，用符号c 表示。
知识点
比热容
2
3. 定义式 c=
比热容
质量
吸收或放出的热量
升高或降低的温度
4. 单位 比热容的单位是一个复合单位，在国际单位制中，比热容的单位是J/(kg·K)，读作“焦每千克开”。比热容的单位也常写作J/(kg·℃)，读作“焦每千克摄氏度”，它是由比热容的定义推导出来的。
5. 理解要点
(1)比热容是用比值法定义的物理量。
(2)比热容是物质的一种属性，每种物质都有自己的比热容。比热容不随吸放热的多少、质量、温度升高(或降低)等而改变，但是状态改变，其比热容会改变。
(3)每种物质都有确定的比热容，不同物质的比热容一般不同。因此，有时可以用比热容来鉴别物质。
(4)有个别的不同物质(如冰和煤油)，比热容相同；液态物质的比热容一般比固态物质的比热容大。
延伸拓展
比热容大表示吸热(放热) 能力强，比热容小表示吸热(放热)能力弱。
知识链接
比值定义法：所谓比值定义法，就是用几个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。比如：(1) 密度；(2) 速度；(3) 压强；(4) 功率等。一般地，比值定义法的基本特点是被定义的物理量往往是反映物质的本质属性，它不随定义所用的物理量的大小而改变。
6. 拓展 水的比热容大的三种应用
应用 分析
制冷 与其他物质相比，m、Δt 一定，c 水大，由公式Q=cmΔt 知，Q 水吸多，降温效果好
供热 与其他物质相比，m、Δt 一定，c 水大，由公式Q=cmΔt 知，Q 水放多，取暖效果好
调节 气温 与其他物质相比，m、Q 一定，c 水大，由公式Δt=知，Δt 水小，调节气温效果好
深度理解
水的比热容较大，是4.2×103J/(kg ℃ )，其物理意义是质量为1kg的水温度升高(或降低)1 ℃时所吸收(或放出)的热量是4.2×103J。因此，和其他常见物质(质量相同) 相比，水的显著特点是吸收(或放出) 相同的热量，温度变化小。
[中考·北京，多选] 根据表中常见物质在常温常压下的比热容数据，
例2
物质 比热容/[J/(kg·℃)] 物质 比热容/[J/(kg·℃)]
水 4.2×103 冰 2.1×103
酒精 2.4×103 干泥土 0.84×103
煤油 2.1×103 钢铁 0.46×103
水银 0.14×103 铜 0.39×103
可知下列说法中正确的是( )
A. 一杯水的比热容比一桶水的比热容小
B. 不同物质的比热容可能相同
C. 液体的比热容一定比固体的比热容大
D. 质量相等的干泥土和铜块温度都降低1 ℃，干泥土放出的热量比铜块多
BD
解析：比热容是物质本身的一种特性，与物体的质量、吸放热的多少、温度的变化无关，与物质的种类和状态有关，故一杯水与一桶水的比热容相同；有些不同种物质比热容相同，如煤油和冰的比热容相同；液体的比热容一般比固体的比热容大，但不是一定都大；相同质量的不同物质降低相同的温度，比热容大的物质放出的热量多，由表格数据知，干泥土的比热容比铜块的比热容大，则质量相等的干泥土和铜块温度都降低1 ℃，干泥土放出的热量比铜块放出的热量多。
易错提醒
通常对比热容会有如下错误认识：
1. 物质的比热容与吸放热的多少、物体的质量和升高或降低的温度有关。
2. 不同种物质的比热容一定不同。
3. 同种物质的比热容是不变的，认为物质的状态发生变化时，物质的比热容不变。
1. 热量计算公式及变形式
待求量 计算公式 特别说明
热量 Q=cmΔt c 为物质的比热容
c 的单位是J/(kg·℃ )
m 为物体的质量
m 的单位是kg
Δt 为升高或降低的温度
Δt 的单位是℃
Q 为物体吸收或放出的热量
Q 的单位是J
比热容 c= 质量 m= 升高(或降低)的温度 Δt=
知识点
热量的计算
3
2. 计算物体初温和末温的方法
(1)已知初温求末温：先由Δt =求出物体升高(或降低)的温度，再由t =t0+Δt(或t =t0－Δt)来求末温。
(2)已知末温求初温的方法同上。
特别提醒
进行热量计算时注意以下几个问题：
1. 公式只适合于物质状态不变时的吸热升温或放热降温。
2. 注意比热容的单位：不可去掉分母的括号而写成“J/kg·℃”。
3. 注意认真审题：“升高”“升高了”不同于“升高到”。“升高”和“升高了”是指温度的变化量，即Δt；“升高到”是指末温，即t。
[中考· 恩施州] 水沸腾时如果继续吸热， 则温度______；灶上的锅中装有2 kg 初温30 ℃的水，当水吸收了7.56×105 J 的热量后，水温升高了_____ ℃。［当地为标准大气压，水的比热容c=4.2 ×103 J/(kg·℃)］
例3
不变
70
解析：水沸腾过程的特点是持续吸热，
温度保持在沸点不变。
理论上水温升高了Δt= =
=90 ℃，90℃ +30℃ =120℃ >100℃，因为在标准大气压下水沸腾时的温度为100 ℃，故水的末温只能到达100 ℃，则水实际升高的温度Δt′=t末－t0=100 ℃ －30 ℃ =70 ℃。
易错提示
若液体的初温为t0， 吸热后温度升高Δt， 则末温 t=t0+Δt，若该温度超过液体的沸点，则末温等于该液体的沸点，那么液体实际升高的温度Δt ′=t沸点－t0。注意计算结果必须与物理事实相吻合。
1．关于比热容，下列说法正确的是(　　)
A．比热容跟物体吸收或放出的热量有关
B．物体的质量越大，它的比热容越大
C．比热容是物质自身的性质，与质量、吸收或放出的热量均无关
D．质量相同的不同物质，吸收或放出相同热量时，比热容较大的物质温度变化较大
C
2．[2023·临汾月考]一块冰的比热容是2.1×103 J/(kg·℃)，若将这块冰切去一半，则余下冰的比热容________；若对它加热使其全部熔化，则熔化后的比热容________。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
不变
变大
3．[2023·福建]城市中修建人工湖和湿地公园，可以调节气温，这主要是利用水的(　　)
A．密度较大　　　　　B．沸点较高
C．比热容大　　　　　D．流动性好
C
4．[2023·眉山]日常生活中，用水作为汽车发动机的冷却液，是因为它的________大。在标准大气压下，质量为5 kg的水温度从30 ℃升高20 ℃，吸收热量_______J。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
比热容
4.2×105
含义
热量计算
比热容
定义
水的比热容大的应用

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