“比热容”的概念,在热学部分乃至整个初中物理教学中都是一个难点。为突破此难点,笔者采取了以下做法:
1、从生活经验和实验中抽象出“比热容”的概念
教师先出示两道思考题:①把一壶水从30℃加热到100℃和把半壶水从30℃加热到100℃,哪种情况需要吸收的热量多?②把一壶水从30℃加热到100℃和把一壶水从30℃加热到80℃,哪种情况吸收的热量多?大多数学生凭着自己的生活经验都能正确回答。教师引导学生仔细分析并说明理由:第①题:加热的都是水;温度都升高了70℃;当然质量越大的吸收的热量越多。第②题:加热的都是水;且质量相等,都是一壶,当然是温度升高的越多吸收的热量越多。教师根据学生的回答,在黑板上写下影响吸收热量多少的因素有:温度变化量和质量,教师顺水推舟又提出第三道思考题:③把一壶水和一壶煤油都从30℃加热到80℃哪种情况需吸收的热量多呢?由此引入如下实验。
用相同的电加热器给1kg的水和1kg的煤油加热,初温均为30℃。从实验可知:如果都加热到80℃,只须给煤油加热5min;而给水加热的时间大约是10min。由此可知,影响吸收热量的因素除温度变化和质量外,还与物质的种类有关,水和煤油,尽管温度变化和质量都相同,但吸收的热量还是不同。
教师引导学生分析,对此,抽象出“比热容”的概念,物质吸热多少,正如密度一样,反映出了物质的一种属性,质量相同,温度变化相同的不同物质吸收的热量是不同的。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1℃吸收的热量。如1kg水温度升高1℃吸收的热量为4.2×103J,即C水=4.2×103J/(kg·℃)。
2、由“比热容”的概念推导出热量的计算公式
教师出示思考题:2kg水温度从30℃升高到80℃吸收的热量是多少焦耳?引导学生从水的比热容C=4.2×103J/(kg·℃)入手,设置如下的计算过程:①1kg水温度升高1℃吸收的热量是多少?(Q1=4.2×103J);②2kg水温度升高1℃吸收的热量是多少?(Q2=2×4.2×103J=8.4×103J);③2kg水温度升高50℃(80℃-30℃)吸收的热量是多少?(Q3=50×8.4×103J=4.2×105J)。由此可以类推出物质受热时吸收的热量计算公式:Q吸=Cm(t-t0);同样地,放热的热量计算公式可写成:Q放=Cm(t-t0)。例:有一根烧红的铁钉,温度是800℃,质量是1.5×10-3kg,温度降低到20℃时放出的热量是多少?学生可以很快模仿算出Q放=Cm(t-t0)=0.46×10-3J/(kg·℃)×1.5×10-3kg×(800℃-20℃)=5.38×102J。
3、用热量的计算公式强化对“比热容”概念的理解
由热量的计算公式Q吸=Cm(t-t0)变形得:C=Q吸/m(t-t0),此即表示质量为1kg的某种物质,温度升高1℃时吸收的热量。这样“比热容”在学生心目中有了一个具体而明确的概念,不仅可以用文字来描述比热容的概念,而且还可以用公式来表达。学生深刻地理解了其物理意义。如:给2kg煤油加热时,如果其温度从30℃升到80℃须吸收2.1×105J的热量,则给1kg煤油加热,温度由30℃升高到31℃所吸收的热量为2.1×103J/2×(80-30)=2.1×103J,即煤油的比热容为2.1×103J/(kg·℃)。
4、“比热容”概念和热量的计算公式的实际运用
教师出示思考题:①在冬天,人们往往用热水袋装热水后取暖,而不用热煤油取暖,这主要原因是什么?引导学生自己设置一组具体数据进行计算来加以说明:2kg水和2kg煤油,温度由95℃降到35℃时所放出的热量分别是多少?学生很容易计算出水放出的热量是5.24×105J,而煤油放出的热量是2.52×105J,显然质量相同的水和煤油,温度降低相同的度数时,放出的热量Q水>Q吸,故选用热水取暖。通过计算,学生有了具体的感受,再引导学生用文字回答此问题:因水的比热比煤油的大,相同质量的水和煤油,温度降低相同的度数时,水放出的热量比煤油的多,因此选热水取暖。
②为什么内陆地区的夏季比沿海地区的炎热,冬季比沿海地区寒冷?教师引导学生分析:查比热容表可知,水的比热容比干泥土的比热容大,即C水>C土,在同样受热或冷却的情况下,吸收或放出的热量相等,即Q吸水=Q吸土或Q放水=Q放土,将同质量的水和干泥土比较即m水=m土,由Q=Cm△t得:△t=Q/Cm可知:C越大则△t越小,因此,在受太阳照射的条件相同时,内陆地区的夏季比沿海地区炎热,冬季比沿海地区寒冷。
③有些机器(如汽车的发动机)工作时要变热,为什么常常选用水为冷却剂来使机器冷却?
④据有关专家预测:我国目前最大的水电站──三峡水电站建成后,三峡库区的气温会受到一定影响:夏天将比原来下降2℃左右,而冬天比原来升高2℃左右,为什么?
⑤秋冬季节,有经验的农民常向秧苗田里灌些水,可保护秧苗不致于使它冻坏,这是为什么?
有了①、②两题的解答,③─⑤题就迎刃而解了。通过以上学习,学生都能抓住本质的东西:水的比热容较大,然后用公式Q=Cm△t来解答不同类型的习题,大多数同学得心应手。
实践证明,如此突破“比热容”概念的教学难点,效果很好。
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