资源简介

第1节　热量　比热容
学习目标
1. 知道热量与比热容的概念，理解比热容的定义、单位，知道水的比热容较大；
2. 会用控制变量法和转换法探究不同物质吸热能力的情况；
3. 掌握热量计算公式 Q=cmΔt，能正确计算物体吸收或放出的热量；
4. 能运用比热容知识解释调节气温、暖气用水、沿海与沙漠昼夜温差等生活现象。
课前·自主预习
一、热量
阅读教材,完成下列问题。
1.在热传递过程中,传递的____________叫作热量。
2.热量的单位是____________,符号是____________。
3.某种物质吸收热量的多少与物质的___________和___________有关。
二、比较不同物质吸收热量的情况
阅读教材,完成下列问题。
1.比较不同物质吸收热量的情况实验中,运用了控制变量法,你能说出体现在哪些方面吗
2.实验中,怎样比较水和食用油吸收热量的多少
3.通过实验,得出什么结论
三、比热容
阅读教材,完成下列问题。
1.比热容的定义:一定质量的某种物质,在温度升高时____________与它的质量和升高的温度____________。比热容用符号____________表示。
2.比热容的单位:________________________,符号是____________。
3.比热容是反映物质自身性质的物理量。不同的物质,比热容一般______。水的比热容较大,这在调节气温、调节生物体____________等方面有着重要的作用。
4.为什么沙漠的昼夜温差很大,而沿海地区的昼夜温差却不会很大
四、热量的计算
阅读教材,完成下列问题。
1.物体吸收热量的公式:Q吸=____________。
2.物体放出热量的公式:Q放=____________。
课堂·互动理解
一、比较不同物质吸收热量的情况
比较不同物质吸收热量的情况时,可以有多种实验设计方案,但各种方案的共同点主要有以下几点。
(1)在探究时,应用控制变量法,如控制被加热物质(如水和食用油)的质量相同、升高的温度相同、用相同的加热方式(如用相同的电加热器或相同的酒精灯加热);也可控制被加热物质的初温相同,直接比较被加热物质的末温,来判断物质的温度升高情况。
(2)运用转化法来判断吸收热量的多少,实验中采用完全相同的加热方式,比较加热时间的长短,把吸收热量的多少转化为加热时间的长短,用秒表等计时器来测量。
(3)温度计的使用要正确,玻璃泡要浸没在被测液体中,不能碰到容器底或容器壁;读数时,视线要与液面相平。
(4)若用酒精灯加热,则可由图甲中的用两个酒精灯分别加热变为图乙中的用一个酒精灯同时加热,这样可以保证水和食用油每秒吸收的热量相同。
跟踪训练1(2024·黑龙江齐齐哈尔中考)小姜利用如图甲所示的装置比较不同物质吸热的情况。
(1)器材:相同规格的电加热器、烧杯、温度计各两个,以及____________ (填测量工具)、托盘天平(含砝码)、水和煤油。
(2)选取两个相同规格的电加热器进行实验,目的是通过比较____________来比较物质吸收热量的多少。
(3)实验中选取初温不同、____________相同的水和煤油,分别倒入烧杯中,用电加热器加热,当它们吸收相同的热量时,通过比较____________来比较它们的吸热情况。
(4)如图乙所示,小姜正确使用温度计测量液体的温度,按照图中_________ (选填“A”“B”或“C”)方法读数是正确的;实验中某时刻温度计示数如图丙所示,为____________℃。
(5)部分实验数据如下表所示,分析数据可得出结论:质量相等的水和煤油,吸收相同的热量时,____________(选填“水”或“煤油”)的温度升高得多。
加热时间/min 0 1 2 3 4 …… 10
水的温度/℃ 30 34 38 42 46 …… 70
煤油温度/℃ 10 18 26 34 42 …… 90
二、热量的计算
1.热量的计算公式。
(1)物体吸收热量的计算公式:Q吸=cm(t-t )。
(2)物体放出热量的计算公式:Q放=cm(t -t)。
公式中,c表示物质的比热容,m表示物体的质量,t 表示物体原来的温度(初温),t表示物体吸热或放热后的温度(末温),“t-t ”表示物体升高的温度,“t -t”表示物体降低的温度。
(3)如果用Δt表示物体升高或降低的温度,那么物体温度升高(或降低)时吸收(或放出)的热量计算的公式可以用Q=cmΔt来表达。
2.理解与应用热量的计算公式时,应注意的四个问题。
(1)由公式Q=cmΔt可知,物体吸收或放出的热量由物体的质量m、物质的比热容c、物体温度的变化量Δt这三个量决定,与物体的温度高低无关。
(2)正确理解公式中各量的物理意义;运用公式进行计算时,比热容c的单位是J/(kg·℃),质量m的单位是kg,温度(t 、t或Δt)的单位是℃,热量Q的单位是J。
(3)公式适用于物态不发生变化时物体升温(或降温)过程中吸收(或放出)热量的计算。如果吸、放热过程中存在着物态变化,就不能使用该公式。例如冰在熔化成水的过程中要吸收热量,此时冰(或冰水混合物)的温度没有变化。
(4)解题时,要认真审题,注意题目中的叙述文字,“升高”“升高了”“降低”“降低了”表示的是温度的变化量Δt,而“升高到”“降低到”等表示的是物体的末温t。
跟踪训练2发热包是一种自热材料,它与水反应产生水蒸气时放出的热量可以加热食物。2 kg的酒精被加热包加热后温度升高了21℃,此过程中酒精吸收的热量为____________ J;在标准大气压下,若酒精吸收的这些热量全部被0.3 kg、温度为25℃的水吸收,则水温会升高____________℃。已知c酒精=2.4×10 J/(kg·℃),c水=4.2×10 J/(kg·℃)。
基础巩固
1.(2024·福建中考改编)水占人体质量的60%~70%,有助于调节体温,原因之一是水具有较大的(　　)
A.质量 B.密度
C.温度 D.比热容
2.(2024·山东青岛中考)(多选)小明在海边玩耍,感觉沙滩上的沙子很热,海水却比较凉爽。某天,他从6时到22时对沙子和海水的温度进行了测量,绘成的温度随时间变化的图像如图所示。下列分析正确的是(　　)
A.早晨6时,海水的温度比沙子高
B.6时到14时,沙子吸收的热量比海水多
C.14时到22时,海水降低的温度比沙子小
D.利用此图像可以比较海水和沙子的比热容
3.楼房中的“暖气”一般采用热水循环的方式将热水带到房屋中通过热传递供暖,这是因为水的　　　　大。暖气中50 kg的水,温度降低2 ℃,放出的热量是　　　　 J。已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)。
4.(2024·江苏扬州中考改编)选用水来冷却拖拉机的发动机,是因为水的比热容　　　　(选填“大”或“小”),如果水箱装有质量为20 kg的水,水温从20 ℃上升到70 ℃,那么水吸收了　　　　 J的热量。已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)。
5.比较不同物质吸热情况的实验装置如图所示。
(1)除了图中所示器材,还需要的测量仪器是秒表和　　　　。
(2)实验中,在两烧杯中倒入　　　　相等的水和食用油,使用相同规格的电加热器给水和食用油加热的目的是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)小明认为在水和食用油都不沸腾的情况下,要使水和食用油升高相同的温度然后比较水和食用油的吸热情况;小红认为在两种液体都不沸腾的情况下,要加热相同的时间然后比较水和食用油的吸热情况。你认为可行的是　　　　(选填“小明”“小红”或“都可行”)。
(4)记录最后一组数据后,对加热器进行的操作是　　　　。
(5)下表是该实验记录的数据。
加热时间/min 0 1 2 3 4 5 6
水的温度/℃ 20 24 28 32 36 40 44
食用油的温度/℃ 20 26 32 38 44 50 56
①实验中通过　　　　　　　　　　来控制水和食用油吸收的热量相同,运用的物理实验方法是　　　　　　　　法;将两种液体从20 ℃加热到44 ℃的过程中,水吸收的热量　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)食用油吸收的热量(不计热损失)。
②分析实验数据可知,比热容更大的是　　　　;冬天,如果你想自制暖手袋,水和食用油两种液体中应选　　　作为供暖物质,其效果更佳。
③为了表示不同物质的吸热情况,物理学中引入了　　　这个物理量。
(6)已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),根据表中数据通过计算可知,食用油的比热容是　　　　 J/(kg·℃)。由实验结论可知,若水和食用油吸收相同的热量,且升高相同的温度,则水的质量应　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)食用油的质量。
6.近年来,某市大量种草植树,提高绿地的覆盖率,修建人工湖,扩大水域面积,大大改善了人们的居住环境。假设某一人工湖湖水的质量为1.0×107 kg,一段时间内水温升高2 ℃。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),沙石的比热容为0.92×103 J/(kg·℃)。请你解答下列问题。
(1)湖水吸收了多少热量
(2)若这些热量被同等质量的沙石吸收,则沙石升高的温度为多少
素养提升
7.(2025·四川成都中考)小雨探究液体的凝固特点:先在两个相同容器中分别装入初温为20 ℃、质量为100 g的水和某液体M,再各放入一个温度传感器,然后使它们冷却、凝固。相同时间内它们放出的热量相等,用测得的数据绘出两种液体的温度随时间变化的图像,如图所示。已知c水=4.2×103 J/(kg·℃),实验在标准大气压下进行,下列说法正确的是(　　)
A.液体M的比热容为2.8×103 J/(kg·℃)
B.液体M的比热容比水的比热容大
C.在t2~t4时间内,两种物质都是固液共存状态
D.从20 ℃降到刚好0 ℃,水放出的热量小于液体M放出的热量
8.(2024·山东烟台中考)在探究物质的吸热情况与哪些因素有关的实验中,用质量是0.3 kg的水和表中等质量的另一种物质进行对比,作出的图像如图所示。实验过程中,水和另一种物质在相同时间内吸收的热量相等,分析图像可以得出图线　　　　(选填“a”或“b”)对应的物质为水,另一种物质为　　　　,这种物质在0~5 min内吸收的热量为　　　　　　 J。
物质 比热容c/[J·(kg·℃)-1]
水 4.2×103
酒精 2.4×103
煤油 2.1×103
蓖麻油 1.8×103
拓展探究
9.小敏用传感器比较不同物质的比热容。
(1)取两个相同的试管,分别装入质量　　　　、初温相同的水和食用油。
(2)将两支相同的温度计分别正确地插入盛有水和食用油的两个试管内,并将实验装置固定在铁架台上,如图甲所示。打开加热开关,对盛有水和食用油的试管进行加热,实验中通过　　　　反映出吸收热量的多少。
(3)图乙是温度传感器通过数据采集线相连接的计算机所显示的温度—时间图像,通过分析可知,在相同时间内　　　　的温度变化更大,说明c水　　　　(选填“>”“=”或“<”)c食用油。
参考答案
课前·自主预习
一、1.热的多少；2.焦耳；J；3.质量；升高的温度。
二、1.利用相同的电加热器加热、水和食用油的质量和初温相同、升高相同的温度。2.使水和食用油升高相同的温度,比较加热时间,加热时间长的吸收热量多。3.质量相等的水和食用油,升高的温度相同时,水吸收的热量比食用油多。
三、1.吸收的热量；乘积；c；2.焦每千克摄氏度；J/(kg·℃)；3.不同；自身的温度；4.水的比热容较大,在吸收相同热量时,海水的温度变化不大,海边的气温变化也不会很大;而沙子的比热容较小,吸收同样的热量,沙子的温度会上升很多,所以沙漠的昼夜温差很大。
四、1.Q吸=cm(t-t )；2.Q放=cm(t -t)。
课堂·互动理解
跟踪训练1答案：(1)秒表；(2)加热时间；(3)质量；升高的温度；(4)B；66；(5)煤油。
跟踪训练2答案：酒精吸收热量 1.008×10 J；水温升高 75 ℃。解析：Q吸=cmΔt=2.4×10 ×2×21=1.008×10 J；Δt水=Q/(c水m)=1.008×10 /(4.2×10 ×0.3)=80 ℃，但标准大气压下水最高100 ℃、初温25 ℃，故最多升高75 ℃。
课后练习
1.D　解析 水的比热容比较大,当环境温度变化较快时,水的温度变化相对较慢,从而有助于调节人体自身的温度。
2.ACD　解析 根据题图可知,早晨6时,海水的温度比沙子高,A正确。6时到14时,沙子和海水吸收的热量相同,B错误。14时到22时,海水降低的温度比沙子小,C正确。利用此图像可以比较海水和沙子的比热容,海水的比热容较大,D正确。
3.比热容　4.2×105
解析 因为水的比热容较大,相同质量的水和其他物质比较,降低相同的温度,水放出的热量多,所以暖气用水来供热。水放出的热量Q放=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×2 ℃=4.2×105 J。
4.大　4.2×106
解析 由于水的比热容比其他物质的大,当升高相同的温度时,吸收的热量多,因此通常用水作冷却剂。水吸收的热量Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×20 kg×(70 ℃-20 ℃)=4.2×106 J。
5.(1)天平　(2)质量　确保物体在相同时间内吸收的热量相同　(3)都可行　(4)断开开关　(5)①使用相同的加热器加热相同时间　控制变量　大于　②水　水　③比热容
(6)2.8×103　小于
6.(1)8.4×1010 J　(2)9.1 ℃
解析 (1)湖水吸收的热量Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×1.0×107 kg×2 ℃=8.4×1010 J。
(2)根据题意可知,沙石吸收的热量Q吸'=Q吸=8.4×1010 J
由Q吸=cmΔt可知,沙石升高的温度Δt沙石==
≈9.1 ℃。
7.A　解析 由题图可知,上面物质的熔化图像中,熔点为0 ℃,下面物质的熔化图像中,熔点为-4 ℃,所以上面物质是水,下面物质是液体M。由题意可知,相同时间内它们放出的热量相等,则Q水=QM;由题图可知,0~t2时间内,它们放出的热量相等,水由20 ℃降温到4 ℃,液体M由20 ℃降温到-4 ℃,则c水m水Δt水=cMmMΔtM;由于水和某液体M的质量相等,因此液体M的比热容为cM==2.8×103 J/(kg·℃),A正确。由于水和某液体M的质量相等,相同时间内它们放出的热量相等,水的温度变化慢,所以水的放热能力强,B错误。由题图可知,液体M在t2~t4时间段处于凝固过程中,是固液共存状态,水在t3~t4时间段处于凝固过程中,是固液共存状态,C错误。由题图可知,从20 ℃刚好降到0 ℃时,水放热时间比液体M放热时间长,由于相同时间内它们放出的热量相等,所以水放出的热量大于M放出的热量,D错误。
8.b　煤油　2.52×104
解析 相同的加热装置,加热时间相等时,两种液体吸收的热量相等,由题图可以看出,a液体的温度升高快,b液体温度升高慢,根据热量计算公式Q放=cmΔt可知,在质量相等和吸热相同时,温度升高慢的比热容大,即b液体的比热容大,b是水。由题图可知,液体和水的初温是20 ℃,吸热5 min后a的末温是60 ℃,b液体的末温40 ℃,由题意知m水=ma,Q水吸=,则有c水m水Δt水=camaΔta,所以ca=c水=×4.2×103 J/(kg·℃)=2.1×103 J/(kg·℃),对比表格数据知此液体为煤油,煤油在0~5 min内吸收的热量Q煤油吸=camaΔt'=2.1×103 J/(kg·℃)×0.3 kg×(60 ℃-20 ℃)=2.52×104 J。
9.(1)相同　(2)加热时间　(3)食用油　>
解析 (1)探究不同物质的比热容时,要采用控制变量法,实验时要保证水和食用油的质量和初温相同。(2)对水和食用油同时开始加热时,红外加热器每秒放出的热量相同,则水和食用油每秒吸收的热量相同,加热时间越长,水和食用油吸收的热量越多。(3)由图像可知,加热相同的时间,即水和食用油吸收相等的热量时,食用油的温度变化更大,水的温度变化小,说明水的比热容大。
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