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第十二章 机械能和内能
第三节 物质的比热容
探究不同物质吸热升温的现象
比热容
热量的计算
初夏，小明和小华去海边游玩.中午，他们赤脚走在海边的沙滩上，觉得沙子很烫；当他们跳进海水中时，却觉得海水较凉.
同样都是在太阳光照射下，为什么海水和沙子的温度不一样呢？
实验设计：(1)如图1 所示，将质量相等的沙子和水分别装入烧杯中，测量并记录沙子和水的初温.
(2)用相同的酒精灯加热并不断搅拌，每隔1 min 测量并记录一次沙子和水的温度.
知识点
探究不同物质吸热升温的现象
1
实验要点
(1)用两个相同的酒精灯加热，目的是控制相同时间内沙子和水吸收的热量相同.
(2)不断搅拌的目的是使沙子和水均匀受热.
实验思考 (1)用相同酒精灯加热的目的是什么？(2)加热过程中不断搅拌的目的又是什么？
实验数据：
加热时间/min 0 1 2 3 4
温度/ ℃ 沙子 20.0 24.5 29.0 33.5 38.0
水 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0
分析论证：从表格中数据可以发现，质量、初温相同的沙子和水，加热相同的时间，沙子的温度高于水的温度，沙子升高的温度多，即沙子比水升温快.
质量、初温相同的沙子和水，假如升高相同的温度，对水加热的时间长，即水吸收的热量多.
实验结论：不同物质在质量相等、升高温度相同的条件下，吸收的热量不相等.
发散思考 上述实验用的是“加热相同时间，比较温度上升的快慢”的方法，还可以用什么方法来比较它们吸热升温的快慢？
发散结果
也可运用“升高相同温度，比较加热的时间”的方法来比较它们吸热升温的快慢，加热时间短的吸热升温快.
图像论证：根据图1 所示实验的实验数据，描点画出沙子和水的温度和时间图像(如图2 甲所示).
提出问题：结合图2 甲所示的坐标图像判断，质量相等的沙子和水，哪个升温快？怎样得出结论.
论证方法：(示例)沙子比水升温快. 如图2 乙在图中取相同加热时间4 min, 水升高(24－20)℃ =4℃，沙子升高(38－20)℃ =18 ℃，沙子升温比水快.
科学方法
对实验数据的分析论证，可直接由实验数据总结规律或结论. 当规律或结论比较隐蔽时，需要描点画图来处理实验数据，然后根据图像进行分析和论证.
论证思考 结合图2甲所示的坐标图像判断，质量相等的沙子和水，升高相同的温度，哪个吸收的热量多？怎样得出结论？
论证结果
水比沙子吸收热量多. 如图2 丙在图中取升高相同的温度(24－20)℃ =4℃，对沙子的加热时间约1 min，而对水的加热时间约4 min，即对水的加热时间长，水吸收的热量多.
[中考·广安] 为了探究“不同物质的吸热能力”，在两个相同的容器中分别装入质量、初温都相同的两种液体A、B，并且用相同的装置加热，如图甲所示.
例1
解题秘方：实验中选用相同加热器，相同的时间内放出的热量相同，液体吸收的热量相同. 吸热能力越大的物质贮热本领越强，用其作为供暖物质越好.
(1)实验中，可以通过比较_________(填“升高的温度”或“加热时间”)来反映两种液体吸收热量的多少；
加热时间
解析：加热时间越长的物质吸热越多，即可以根据
加热时间长短来比较物质吸热的多少.
(2)加热到4 min 时，液体B 的温度如图乙所示，此时温度计示数是______℃；
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(3)冬天，如果你想自制暖手袋，应选液体_______(填“A”或“B”)作为供暖物质，其效果更佳；
A
解析：由丙图可知升高相同的温度，对A 的加热时间长，A 吸收的热量多，A 的吸热能力强，应选吸热能力强的液体A 作为供暖物质.
(4)上述实验中，主要用到的科学探究方法有转换法和 _________法.
控制变量
解析：使用相同的加热器通过加热时间的长短来比较吸热多少，这种方法叫转换法；使相同质量的不同物质吸收相同的热量(即加热相同的时间)，比较温度的变化，温度变化小的吸热能力强，这种方法叫作控制变量法.
1.[中考· 福建] 在探究“不同物质吸热的情况”实验中：
(1)用相同的酒精灯加热质量相等的沙子和水，使它们升高相同的温度，通过比较________来判断吸收热量的多少.
加热时间
(2)多次实验后得到的数据如表.
分析可得：质量相等的水和沙子，升高相同的温度， 水比沙子吸收更______的热量.
多
升高的温度/℃ 5 10 15 20
加热水的时间/min 2.5 5 7.5 10
加热沙子的时间/min 1 2 3 4
(3)根据实验结论推理：沿海地区昼夜温差比内陆地区更 ________.
小
1. 物理意义 表示不同物质吸热能力的物理量，比热容越大，吸热能力越强，温度越不容易变化．
2. 定义 物理学中，将物体温度升高时吸收的热量与它的质量和升高温度的乘积之比，叫作比热容．
知识点
比热容
2
3. 定义式
c=
4. 单位 焦/(千克·摄氏度)，符号是J/(kg·℃)．
→吸收(或放出)的热量
→升高(或降低)的温度
→质量
↓
比热容
深度思考 比热容随着物体的热量、质量、温度的改变而改变吗？
深度理解
比热容是物质的一种属性. 它和密度一样与定义式中的物理量没有必然联系.“质量和升高(或降低) 的温度相同时，比热容与吸收(或放出) 的热量成正比”“吸收(或放出) 的热量和质量相同时，比热容与升高(或降低)的温度成反比”等都是错误的说法.
阅读表格：一些物质的比热容[J/(kg·℃ )]
水 4.2×103 铝 0.88×103
酒精 2.4×103 干泥土 0.84×103
煤油、冰 2.1×103 铁、钢 0.46×103
蓖麻油 1.8×103 铜 0.39×103
沙石 0.92×103 水银 0.14×103
分析思考 从上面表格中发现了什么？
分析结论
不同物质的比热容一般不同；水的比热容最大；同种物质不同状态的比热容不同，例如冰和水；不同物质的比热容可能相同，例如煤油和冰.
5. 水的比热容及应用
(1)大小：c水=4.2×103 J/(kg·℃)．
(2)物理意义：表示质量1 千克的水温度升高(或降低)1 摄氏度，需要吸收(或放出)的热量为4.2×103 焦．
(3)水的比热容较大的应用：①散热剂和冷却剂；②冬天，人们常在热水袋中装入热水来取暖；③调节气候等.
依据表格中的数据，
例2
物质 比热容c/[J/(kg·℃)]
水 4.2×103
煤油 2.1×103
沙石 0.92×103
下列说法正确的是( )
A. 一杯水倒出一半，杯内剩余水的比热容变小
B. 水和沙石放出相等热量，水的温度降低得较多
C. 水的比热容表示水的温度升高1 ℃吸收的热量是4.2× 103 J
D. 质量相等的水和煤油，吸收相等热量，煤油温度升高得较多
D
解析：比热容是物质的一种特性，与物质的种类、状态有关，与质量无关，所以一杯水倒出一半，杯内剩余水的比热容不变，A 错误；根据Δt= 可知，物体降低的温度还与质量有关，质量未知不能比较降低的温度，B 错误；
水的比热容表示1 kg 的水温度升高(或降低)1 ℃时吸收(或放出)的热量是4.2×103 J，C 错误；根据Δt= 可知，相等质量的水和煤油吸收相等热量，由于煤油的比热容比水小，则煤油的温度升高得较多，D 正确．
2. 下列关于比热容的说法错误的是( )
A. 水的比热容是4.2×103 J/ (kg· ℃ )， 意义是1 kg 的水温度升高1 ℃ , 吸收的热量是4.2×103 J
B. 水的比热容与冰的比热容不同，说明比热容与物质的状态有关
C. 不同的物质，比热容一般不同
D. 物体的质量越大，比热容越小
D
宁夏中卫地区气候干燥，昼夜温差很大，当地特产硒
砂瓜，被称为“石头缝里长出的西瓜”，如图所示. 每到种植季节，瓜农们把发了芽的西瓜种子种到覆盖了沙石的土壤中，这样可以利用沙石有效蓄水和保温，保证芽苗在深夜不会被冻伤. 请你根据
以上材料所给信息，利用比热容知识
分析：为什么瓜农在土壤上覆盖沙石
后，能起到保温作用？
例3
解题秘方：水的比热容大于其他液体的比热容，对于相同质量的水与其他液体，放出相同的热量，水的温度降得少一些.
解：瓜农们把发了芽的西瓜种子种到覆盖了沙石的土壤中，由于沙石具有蓄水的功能，到了晚间，在放出相同的热量时，由于水的比热容较大，水的温度降得少一些，从而保证芽苗在深夜不会被冻伤.
3.[中考·徐州] 如图所示，有人把不锈钢块放在冰箱冷冻后，放进杯子中给饮料降温. 你认为相同质量的不锈钢块和冰块相比，哪种降温效果更好？为什么？
解：利用冰块降温效果更好．因为冰比不锈钢的比热容大，由Q吸＝cmΔt可知，相同质量的不锈钢块和冰块，升高相同温度时，冰块吸收的热量多，同时，冰块熔化也会吸收热量，所以相同质量的不锈钢块和冰块相比，冰块降温效果更好．
实验表明，在吸热或放热过程中，质量越大、比热容越大、温度的变化越大，物体吸收或放出的热量就越多.
设物体的质量为m，初温度为t0，末温度为t.
知识点
热量的计算
3
1. 热量的计算公式
(1)温度升高时，吸收热量 Q吸=cm(t－t0).
(2)温度降低时，释放热量 Q放=cm(t0－t).
深度思考 吸收热量的公式和放出热量的公式的不同点在哪儿？为什么有这样的不同？
深度理解
吸热的物体末温t高于初温t0. 放热的物体末温t 低于初温t0. 个性化的公式，计算不会出现负数.
(3)比热容的定义式c= .
上面公式比热容c 的单位为J/(kg·℃)，初温t0 和末温t的单位为℃，热量Q 的单位为J，质量m 的单位为kg.
Δt 是升高或降低的温度，吸热升温时Δt=t－t0，放热降温时Δt=t0－t.
易错提醒
与温度有关的用词“升高”“升高了”不同于“升高到”；质量的单位不是kg 的要换算成kg.
[中考·上海] 质量为2 kg 的水温度升高5 ℃，求吸收
的热量Q吸.[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
例4
解题秘方：水的温度升高5℃，表明热量计算公式Q 吸=cm(t－t0) 中的t－t0=5℃ . 也可认为是公式c= 中的Δt=5℃ .
解：水吸收的热量Q吸=c水m(t－t0) =
4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×5 ℃ =4.2×104 J.
4.[中考· 天津] 小华在天津的家中用电热水壶烧水， 将质量为2 kg 的水从20 ℃ 加热到70 ℃ . 已知水的比热容c 水= 4.2×103 J/(kg ℃)，求水吸收的热量.
解：水吸收的热量Q吸＝c水m(t－t0)＝
4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(70 ℃－20 ℃)＝4.2×105 J.
[中考·宜昌] 小丽用相同的电加热器分别对质量为0.2 kg的水和0.3 kg 的另一种液体进行加热，得到的实验数据如图6 所示，则水在16 min 内吸收的热量为__________ J，另一种液体的比热容为_________J/(kg·℃).
[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
例5
2.52×104
1.4×103
解题秘方：用相同的电加热器加热，相同时间内吸收的热量相同，根据水吸收的热量和图像可推算另一种液体吸收的热量.
解析：由图可知，水在16 min 内初温t0=10℃，末温t=40℃，16 min 内水吸收的热量Q 吸水=c 水m(t－t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×0.2 kg×(40 ℃ －10 ℃)=2.52×104 J.
由水16 min 吸收的热量，可以推算另一种液体8 min 吸收的热量Q吸′= ×2.52×104 J=1.26×104 J；根据8 min 内另一种液体的温度由20℃升高到50℃，可求另一种液体的比热容c= = =1.4×103 J/(kg·℃ ).
5-1.[中考· 安徽] 沙漠地区昼夜温差大，主要原因是沙石的比热容较小. 初温为20℃、质量为50 kg 的沙石吸收3.6×106 J 的热量后，温度升高到______ ℃ .[沙石的比热容为0.9×103 J/(kg ℃)]
100
5-2. 水稻是喜温植物，春季育秧时，农民通常在傍晚向秧田灌水，早晨再将水放出，以防霜冻，当气温降低时，水能放出较多的热量，若秧田中水的温度降低了2 ℃，放出了3.36×107 J的热量，则该秧田内的水的质量为_____kg.[c水= 4.2×103 J /(kg ℃)]
4 000
比热容
定义
物理意义
热量计算
水的比热容
大的应用

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