资源简介

14.2.2 比热容知识的应用
第十四章 内能与热机
沪科版2024版物理九年级全册
14.2.2 比热容知识的应用教案
一、教学目标
（一）知识与技能目标
熟练掌握比热容知识在生活、生产和科技领域的常见应用实例，深入理解其应用原理。
能够灵活运用比热容公式 \(Q = cm\Delta t\) ，准确分析和解决与比热容应用相关的实际问题，包括热量计算、温度变化分析、物质选择等。
清晰区分不同物质比热容大小对其在实际应用中表现的影响，如升温、降温速度，热量吸收、释放能力等。
（二）过程与方法目标
通过对大量比热容应用案例的分析，培养学生从实际情境中提取关键物理信息、建立物理模型的能力。
在解决实际问题的过程中，强化学生运用控制变量法、对比法等科学方法分析问题的能力，提升逻辑思维和问题解决能力。
借助小组合作探究和交流讨论，锻炼学生的团队协作能力和语言表达能力，促进思维的碰撞与拓展。
（三）情感态度与价值观目标
让学生深刻体会物理知识与生活实际的紧密联系，激发学生对物理学科的热爱，增强学习物理的兴趣和自信心。
培养学生关注生活、生产中的物理现象，以及运用物理知识改善生活、推动社会发展的意识和责任感。
通过对科技领域中比热容应用的学习，激发学生对科学技术的探索热情和创新精神。
二、教学重难点
（一）教学重点
全面掌握比热容知识在生活、生产和科技领域的典型应用，透彻理解其背后的物理原理。
熟练运用比热容公式解决实际应用问题，准确分析各物理量之间的关系。
（二）教学难点
准确分析复杂实际情境中比热容知识的应用，综合考虑多种因素对物理过程的影响。
引导学生从物理原理角度自主设计利用比热容知识解决实际问题的方案，培养创新思维和实践能力。
三、教学方法
讲授法、案例分析法、小组合作探究法、讨论法、多媒体辅助教学法
四、教学过程
（一）复习导入（5 分钟）
提问学生比热容的概念、物理意义、单位以及比热容公式 \(Q = cm\Delta t\) ，随机抽取学生回答，回顾上节课所学知识，强化学生记忆。
展示一张沙滩与海水的图片，提问：“为什么在同样的阳光照射下，沙子很烫而海水却比较凉爽？” 引导学生运用比热容知识进行简要解释，从而引出本节课主题 —— 比热容知识的应用。
（二）新课讲授
生活中的应用（15 分钟）
案例展示与分析：展示热水袋的图片，提问学生：“为什么热水袋常用水作为储热介质？” 引导学生思考并回答，教师总结：因为水的比热容较大，降低相同的温度，水可以放出更多的热量，能长时间为人们提供温暖。接着展示汽车发动机冷却系统的图片和工作视频，组织学生小组讨论：“为什么汽车发动机常用水来冷却？” 小组讨论后，各小组代表发言，教师补充完善，强调水的比热容大，升高相同温度能吸收更多热量，冷却效果好。
拓展讨论：提出问题：“除了水，在生活中还有哪些利用比热容知识的实例？” 让学生自由发言，如冬季菜窖里放水利用水凝固放热，而水比热容大在降温过程中能缓慢放热；暖气片中用水作为热的载体，循环流动为房间供热等。教师对学生的回答进行点评和补充，进一步拓展学生的思维。
生产中的应用（15 分钟）
工业案例讲解：通过多媒体展示钢铁厂锻造钢材的场景视频，讲解在钢材锻造过程中，需要对钢材进行加热和冷却处理。提问学生：“如果选择比热容小的物质对钢材进行冷却，会有什么影响？选择比热容大的物质又有什么优势？” 引导学生分析讨论，得出比热容小的物质升温快、能快速带走钢材热量，但可能导致冷却不均匀；比热容大的物质能更平稳地吸收热量，使钢材冷却过程更均匀、质量更好。
农业实例分析：展示农田灌溉和覆盖地膜的图片，讲解在农业生产中，水的比热容大可以调节农田温度。在夜间，水缓慢放热，防止农作物受冻；白天，水吸收热量，避免温度过高。同时，地膜覆盖减少了土壤与空气的热量交换，也与比热容知识相关，保持土壤温度相对稳定，利于农作物生长。让学生结合生活经验，谈谈对这些农业措施的理解。
科技中的应用（15 分钟）
航天器热控系统：播放航天器在太空中运行的视频，介绍航天器在太空中面临极端温度环境，需要热控系统来维持内部设备的正常工作温度。讲解热控系统中采用比热容较大的特殊材料，在温度升高时吸收热量，温度降低时放出热量，从而调节航天器内部温度。展示相关材料的特性数据，让学生对比不同材料比热容大小，分析其在热控系统中的作用。
太阳能热水器设计：展示太阳能热水器的结构图片和工作原理图，引导学生思考：“太阳能热水器的水箱为什么通常采用比热容较大的材料制作？” 组织学生进行小组探究，分析水箱材料比热容大对储存热水、保持水温的优势，以及与提高太阳能利用效率之间的关系。每个小组设计一个简单的太阳能热水器优化方案，运用比热容知识说明方案的改进原理。
问题解决与计算（10 分钟）
典型例题讲解：给出例题：“质量为 5kg 的某种液体，温度从 20℃升高到 70℃，吸收了 \(5.25??10^{5}J\) 的热量，求该液体的比热容。若用相同质量的水吸收相同热量，温度升高多少？” 教师引导学生分析题目，明确已知量和未知量，运用比热容公式 \(c = \frac{Q}{m\Delta t}\) 进行计算，再根据水的比热容计算水升高的温度。在计算过程中，强调公式的正确运用和单位的换算。
课堂练习：布置练习题：“某工厂需要将 100kg 的金属零件从 300℃冷却到 50℃，若使用比热容为 \(0.4??10^{3}J/(kg?·???)\) 的冷却液，冷却液温度升高了 25℃，求冷却液的质量。” 让学生在课堂上独立完成，教师巡视，及时发现学生的问题并进行个别指导，对学生普遍存在的问题进行集中讲解。
（三）课堂小结（5 分钟）
引导学生回顾本节课所学内容，包括比热容知识在生活、生产和科技领域的应用实例及原理，以及相关的计算方法。请学生代表进行总结，其他学生补充。
强调比热容知识应用的广泛性和重要性，鼓励学生在日常生活中继续观察和发现更多与比热容相关的应用，学会用物理知识解释和解决实际问题。
（四）课堂练习（5 分钟）
给出综合性练习题：“冬季，某家庭使用电热水器加热水，电热水器内装有 50L 水（水的密度为 \(1.0??10^{3}kg/m^{3}\) ），将水从 15℃加热到 55℃。
求水吸收的热量是多少？
若该电热水器的效率为 80%，则消耗的电能是多少？
已知该电热水器的额定功率为 2000W ，求加热时间是多少？”
让学生独立思考并解答，教师巡视，选取有代表性的解答过程进行展示和点评，强调解题思路和注意事项，巩固学生对知识的掌握和应用能力。
（五）布置作业（课后完成）
书面作业：完成教材课后与比热容应用相关的习题，要求详细写出解题过程，进一步巩固知识和计算能力。
实践作业：调查家庭中三种以上利用比热容知识的物品或现象，分析其原理，形成调查报告，下节课进行分享。
拓展作业：查阅资料，了解一种新型材料在热管理方面的应用（与比热容相关），撰写一篇 500 字左右的科普短文，介绍其原理和优势。
五、教学资源
多媒体课件，包含生活、生产、科技中比热容应用的图片、视频、动画、数据图表、例题和练习题等。
与比热容应用相关的实物模型或图片，如热水袋、汽车发动机冷却系统模型等。
相关科普文章、书籍、网站资源，供学生课后拓展学习。
六、教学反思
教学过程中，需关注学生对复杂应用案例的理解程度，及时通过引导分析和举例帮助学生突破难点。在问题解决环节，注重培养学生的解题思路和规范答题习惯。通过学生的作业和课堂表现，收集反馈信息，针对薄弱点调整教学策略，提高学生运用比热容知识解决实际问题的能力，增强教学效果。
这份教案围绕比热容知识应用构建教学内容。若你对案例选取、教学活动时长分配等方面有新想法，欢迎随时提出，我会进一步优化。
5
课堂检测
4
新知讲解
6
变式训练
7
中考考法
8
小结梳理
学习目录
1
复习引入
2
新知讲解
3
典例讲解
物理观念
知道物质温度变化所吸放热的多少跟哪些因素有关。
科学思维
能进行有关物质的比热容、温度变化或吸放热等简单计算问题。
科学态度与责任
培养学生根据物质比热容特点应用于实际生活、生产与社会的责任。
重难点
上节课通过实验探究了不同的物质的吸热能力，知道可以用比热容来表示物质的吸热或放热能力大小。
那么我们该如何来认识和理解比热容？怎样来计算物质在热传递过程中吸收或放出热量的多少呢？
“水的比热容大”这一特点在人们的日常生活和生产中具有重要的意义。
探究新知
思考：
1.汽车发动机为何用水来冷却？
2.冬天的散热器（俗称暖气片）为何用热水供暖？
水的比热容大，在质量一定的条件下水升高（或降低）一定温度吸热（或放热）很多，用水做冷却剂或取暖效果好。
用冷水冷却汽车发动机
用热水取暖
人们培育秧苗时，为了保护秧苗在夜间不被冷空气冻坏，常常在傍晚往农田中灌水，白天再将水放出。因为，在夜间温度下降时水放出的热量较多，从而达到防冻的目的。
沙漠地带昼夜温差很大，而沿海地区昼夜温差不大，这是什么原因？
由于海水比热容比砂石大，海水与砂石比较，吸收或放出同样的热量，升高或降低的温度较小，白天在受太阳照射条件相同时，海水的温度变化要小些，所以沿海地区比内陆地区温升慢，夜晚放热，沿海地区温度降低也少。所以一天之中，沿海地区温度变化小，内陆地区温度变化大。同理，在一年之中夏季内陆比沿海炎热，冬季内陆比沿海寒冷。
提出问题：
水的比热容是多少？物理意义是什么？
知道了物质的比热容相当于知道了什么？
相当于知道了1㎏的这种物质温度升高或降低1℃时吸收或放出的热量。
如果物体的质量不是1㎏，升高或降低的温度不是1℃，那么物体吸收或放出的热量该怎样计算呢？
　　根据物质比热容的定义可计算出该物体在温度变化过程中吸收（或放出的热量）：
（1）升温吸热：Q吸=cm（t2-t1）；
（2）降温放热：Q放=cm（t1-t2）。
热平衡
（1）概念：两个温度不同的物体放在一起时，高温物体放出热量，温度降低；低温物体吸收热量，温度升高。若放出的热量没有损失，全部被低温物体吸收，最后两物体温度相同，称为“达到热平衡”。
（2）热平衡方程：Q吸 = Q放。
热量和热平衡
（1）如果某物体的比热容为c，质量为m，温度变化为Δt，则物体吸收或放出的热量为Q=cmΔt。
（2）此公式适用于物体温度改变时，物体吸收或放出热量的计算，对物态变化的过程不适用。
热量和热平衡问题的计算
（3）物体的温度升高时吸收的热量Q吸=cmΔt升=cm(t-t0)；物体的温度降低时放出的热量Q放=cmΔt降=cm(t0-t)，Δt为物体温度的变化值，即物体高温值和低温值之差。
（4）在热传递过程中，当两个物体之间只有热传递而没有热量的损失时，根据热平衡，则有Q吸=Q放。
热量和热平衡问题的计算
例题*：要把2kg的水从20℃加热到100℃，至少需供给多少热量？
已知：c=4.2×103J/(kg·℃)，m=2kg，t1=20℃，t2=100℃。
求：Q吸。
解：Q吸=cm(t2－t1)
= 4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃－20℃)
= 6.72×105J。
答：至少需供给6.72×105J的热量。
例题：使20g冰的温度从-10℃升高到0℃，但未熔化成水，需要吸收多少热量？如果这些热量是由温度从5℃降低到0℃的水供给的，需要多少克5℃的水？［冰的比热容2.1×103J/(kg·℃)］
解：m冰=20 g=20×10-3 kg，Δt冰=0℃-(-10℃)=10℃，冰吸收的热量Q吸=c冰m冰Δt冰=2.1×103 J/(kg·℃)×20×10-3 kg×10℃=420 J；
由题知，冰升高温度吸收的热量由水降温放热提供，即Q吸=Q放=c水m水Δt水，Δt水=5℃-0℃=5℃，需要水的质量：
例题：在1标准大气压下，把一质量为500g的高温物体投入质量为8kg、温度为20℃的水中，如果物体放出的热量是2.73×106J，不计热量损失，则水的温度会升高到____℃。
解析：解答本题的关键是根据热量公式推出 ，且要分清“升高到”与“升高了”的区别。本题“升高到多少”即求水的末温。
根据热量公式Q = cmΔt，得水升高的温度为：
由于t0+Δt=20℃+81.25℃=101.25℃＞100℃，又因在标准大气压下水沸腾后温度会保持100℃，故水的末温为100℃。
100
1.比热容是物质的一种________，其计算公式是___________。
2.一壶水由20℃升高到30℃，吸收的热量为Q1，由80℃升
高到90℃，吸收的热量为Q2，则（ ）
A.Q1＜Q2 B. Q1=Q2 C.Q1＞Q2 D.无法比较
特性
B
3.在探究“比较不同物质吸热能力”的实验中：

（1）在两个完全相同的烧杯中分别装入_____（填“质量”或“体积”）和初温都相同的水和煤油；
（2）用相同的两个电加热器分别对水和煤油加热，根据实验数据绘出水和煤油的温度随加热时间变化的图像，如图所示，由图像可知加热5min，Q水 （填“＞”“＜”或“=”）Q油，煤油的比热容是 J/（kg·℃）。［已知c水=4.2×103J/（kg·℃）］
质量
=
2.1×103
4.将一质量为1.5kg的匀质金属块加热到420℃，然后放在室温为20℃的空
气中自然冷却，该金属块在冷却过程中放出的热量为 J；
若把这些热量全部用来给初温为21℃、质量为1kg的水加热，在标准大气
压下，水温将升高 ℃ 。 [c 金属块=0.56×10?J/(kg·℃),c 水=4.2×
10?J/(kg·℃)]
3.36×105
79
知识点1 常见物质的比热容及其应用
1. 下表是一些物质的比热容，从表中得出的下列说法中正确
的是( )
物质
比热容
c/[J?(kg?℃)?1]
物质
比热容
c/[J?(kg?℃)?1]
水
4.2×103
铝
0.88×103
酒精
2.4×103
铜
0.39×103
煤油
2.1×103
汞
0.14×103
冰
2.1×103
铅
0.13×103
物质
物质
水
铝
酒精
铜
煤油
汞
冰
铅
A. 比热容是物质的一种特性，不同物质的比热容大小一定不同
B. 液态物质的比热容比固态物质的比热容大
C. 体温计内测温液体选用汞的一个原因是汞的比热容较小
D. 上表中相同质量的不同物质吸收相同的热量，水升高的
温度较高
√
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2. 三组同学同时用相同的加热设备给冰加热，
至冰完全熔化成水后一段时间。他们根据各自记录的数据，在相同的坐标
纸上绘制出加热全过程图线如图甲、乙、丙所示。老师看过后，根据“加
热器每分钟放出的热量相等，各组热损失无明显差异”这一条件，认定其
中有一组同学绘制的图线正确。如果你是老师，你会做出何种评价？请说
出你的理由。
【解】由于加热器每分钟放出的热量相等，则冰和水在相同
的时间内吸收的热量相等。水的比热容大于冰的比热容，且
在冰熔化的过程中，冰和水的质量相等，根据Q吸=cmΔt 可
知，水的温度变化量小于冰的温度变化量，所以，丙同学绘
制的图线正确。
?
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知识点2 利用????=???????????????? 及变形式计算
?
3. 取质量为2?kg、初温为20?℃ 的水用电加
热器进行加热，将水加热至沸腾（1标准大气压下）,则水吸
收的热量是___________J 。若这些水在某一时间段内吸收的
热量为6.3×105?J且水未沸腾，则水的温度变化了____℃ 。
［水的比热容c水=4.2×103?J/(kg?℃)]
?
6.72×105
?
75
【点拨】1标准大气压下，水沸腾时的温度是100?℃ ,由
?
Q=cmΔt可知，水吸收的热量Q吸=c水m水Δt=4.2×103?J/(kg?℃)×2?kg×(100?℃?20?℃)=6.72×105?J ;
?
由Q=cmΔt 可知，水的温度变化量
Δt′=Q吸′c水m水=6.3×105?J4.2×103?J/(kg?℃)×2?kg=75?℃ 。
?
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4.质量为5?kg的某金属块，温度从70?℃降低到40?℃ ，放出了
1.95×104?J 的热量，这种金属可能是表中的____。
?
几种物质的比热容c/[J?(kg?℃)?1]
铝
0.88×103
铅
0.13×103
铁
0.46×103
铜
0.39×103
铝
铅
铁
铜
铅
【点拨】金属块的比热容
c=Q放m(t1?t2)=1.95×104?J5?kg×(70?℃?40?℃)=0.13×103?J/(kg?℃) ，查表
可知，这种金属可能是铅。
?
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5. ［2024·武汉］下列事例中，与“水的比热容较大”这个特
性无关的是( )
B
A. 汽车发动机用水作冷却剂
B. 人游泳之后从水中出来，风一吹感觉更冷
C. 海边昼夜温度变化比沙漠中小，适于居住
D. 生物体内水的比例很高，有助于调节生物体自身的温度
【点拨】因为水的比热容较大，相同质量的水和其他物质比
较，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以用水冷却汽车
发动机，A不符合题意；游泳之后从水中出来，风一吹感觉
更冷，是由于身体表面的水汽化吸热，与“水的比热容较大”
这个特性无关，B符合题意；因为水的比热容较大，白天，
相同质量的水和砂石比较，吸收相同的热量，水的温度升高
得少；夜晚，放出相同的热量，水的温度降低得少，使得海
边昼夜的温差小，C不符合题意；
因为水的比热容大，相同 质量的水和其他物质比较，吸收或
放出相同的热量，水升高或降低的温度少，所以生物体内水
的比例高，有助于调节自身的温度，D不符合题意。故选B。
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6. 在沿海地区，白天的风通常从海上吹向
陆地，而晚上的风通常从陆地吹向大海，这叫海陆风。陆风
和海风通常在炎热晴朗的天气产生，这是由于陆地和大海升
温和降温的快慢不同，从而使空气形成对流。下列图中与说
明相符合的是( )
A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ②④
D
【点拨】白天陆地受太阳辐射升温，陆面上空空气迅速升温
而向上抬升，由于水的比热容大，海面受热升温慢，上空的
气温相对较冷，冷空气下沉并在近地面流向附近较热的陆面，
补充此处因热空气上升而造成的空缺，形成海风；夜间陆地
冷却快，海上较为温暖，近地面的气流从陆地吹向海面，称
为陆风，故②④正确。故选D。
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7. ［2025·咸阳阶段练习］如图所示，规格相同的甲、乙两
杯中分别装有3?kg和4?kg 的纯净水，并用不同加热器同时对
其加热，根据所记录的数据绘制出如图丙所示的水温与加热
时间的关系图像［不计热量损失，
c水=4.2×103J/(kg?℃) ］。下列说法正确的是( )
?
A. 乙杯中水每分钟吸收的热量为1.2×105?J
B. 加热时间相同，甲、乙两杯水升高的温度之比为5:4
C. 甲、乙两杯中的加热器每分钟放出的热量之比为3:4
D. 将甲、乙两杯中的纯净水从20?℃加热至100?℃ 所需要的
时间之比是2:3
?
√
课堂小结
　　根据物质比热容的定义可计算出该物体在温度变化过程中吸收（或放出的热量）：
（1）升温吸热：Q吸=cm（t2-t1）；
（2）降温放热：Q放=cm（t1-t2）。
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