三、比热容特级教师教学实录

第三讲：比热容和热机

知识点

1.理解比热容的概念和物理意义

2.掌握比热容的公式应用

3.会解释生活中的一些现象

4.了解热机的工作原理

教学目标

1.知识与技能

（1）了解比热容的概念，知道比热容是物质的一种

（2）知道水的比热容较大，知道这一特点在生活中的一些应用。

（3）尝试用比热容解释简单的自然现象。

（4）热机在生活中的应用。

2.过程与方法

（1）通过探究，比较不同物质的吸热能力，使学生从实验中领悟比热容是如何影响物体温度的变化的，会运用所学的知识分析解决实际问题。

（2）通过设计、进行实验，让学生体会控制变量法在科学探究中的应用。

（3）通过阅读“气候与热污染”，了解利用比热容解释海边与沙漠昼夜温差问题，认识什么是“热岛效应”，并进一步认识到科学技术是一把双刃剑。

3.情感态度与价值观

（1）使学生学会与他人合作并产生与他人交流的愿望。

（2）利用探究性学习活动培养学生自己动脑想办法解决问题的能力。

（3）通过对比热容的探究学习，使学生保持对自然的好奇心，对科学的求知欲，乐于探索自然规律，逐步形成实事求是的科学态度。

教学重点

通过探究实验得出比热容的概念并联系社会生活应用其分析解决一些简单问题

教学难点

比热容的概念

教学过程

一、复习预习

（1）复习部分

扩散现象：由于分子做永不停息的无规则运动而产生的现象。

分子间作用力：分子间存在斥力和引力。

内能：物体内部所有分子的动能和势能的总和。

改变内能方式：做功、热传递。

（2）预习部分

比热容定义：单位质量某种物质升高或降低一摄氏度所吸收或放出的热量。

比热容公式：Q=CmΔt

热机的四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

二、知识讲解

课程引入：

现象1：夏天到海边游玩时，白天的时候是沙子热还是海水热？那么到晚上的时候又是谁更加的热呢？

现象2：在家长用电水壶烧水的时候，是一壶水易烧开还是半壶水易烧开？如果都是一壶水，用大火烧易开还是小火烧易开呢？

现象3：汽车为什么可以在马路上行驶？

同学们可能知道上述问题的结论，但是哪位同学可以用物理知识加以解释呢？今天老师就带领同学们学习物质的比热容和热机的相关知识。

考点/易错点1、比热容的概念和意义

比热容定义的理解和物理意义。

【探讨一】比较不同物质的吸热能力

阅读课本P11——探究实验，小组讨论，根据相关原理和实验器材的使用方法，说说实验前需考虑的问题:选择质量和初温相同的水和沙子。

1、为什么要使用相同规格的加热器?

便于判断水和沙子吸收热量的多少。

2、测量温度时应注意些什么?

要用玻璃棒不断搅拌沙子，因为沙子导热能力差，不搅拌会导致局部温度过高，严重会损坏烧杯，影响实验结果；而水是热的良导体，不需要搅拌。

玻璃泡与被测物体充分接触。

仔细观看实验（flash演示）（注意：视频演示实验中所用的物质是液态的水和固态的沙子），组内讨论分析实验现象，得出结论？

（a）加热相同的时间，沙子的温度升高的多，说明吸收相同热量时，沙子温度变化大；

（b）升高相同的温度时，给水加热的时间长，说明水吸收的热量多。

3、通过实验现象，你得出的结论是：质量和初温相同的水和沙，吸收相同的热量，沙子温度变化的大。

4、不同物质的吸热（放热）本领是不一样的，我们用什么表示物质的这种本领，它的单位是什么，物理意义又是怎样的？

我们用比热容来表示物质吸热的本领，它的单位是J/(kg.℃)，读作焦耳每千克摄氏度；

物理意义：每千克的某种物质温度升高或降低一摄氏度所吸收或放出的热量。

考点/易错点2、比热容公式

比热容公式应用。

Q=CmΔt 注：计算时各物理量的单位为国际单位,Δt是指温度的变化量。

考点/易错点3、生活中的热现象

用比热容知识解释生活中的一些热现象。

1、说说内陆地区和沿海地区比较，哪里的昼夜温差小些，为什么？

内陆地区多为陆地，沿海地区多为海水，而砂石的比热容比较小，在太阳的照射下，砂石温度升高的高，而到晚上降温的时候，砂石温度降低的也低，因此，内陆地区的温差大，沿海地区的温差小。

2、汽车发动机一般用水做冷却液，说说其中所涉及到的物理知识。

冷却液主要是用来吸收发动机上的热量，防止发动机过热而被算坏，在液体质量有限的情况下，要吸收更多的热量液体的比热容就要越大，而水的比热容是液体中最大的。

考点/易错点4、热机工作原理

热机的工作原理。

如图所示热机的四个冲程：1为吸气冲程，2为压缩冲程，3为做功冲程，4为排气冲程

汽油机和柴油机的异同。

汽油机

柴油机

相同点：

压缩冲程是将机械能转化为内能的过程；做功冲程是将内能转化为机械能的过程。

一个工作循环有4个冲程，飞盘要转2周，对外做功1次。

不同点：

内燃机

燃料

汽油机

汽油

柴油机

柴油

构造

吸气冲程

压缩冲程

火花塞

吸入空气和汽油的混合物

压缩程度小，燃料混合物的压强和温度高

喷油嘴

吸入空气

压缩程度大，空气的压强和温度更高

压燃式

笨重、效率高

轮船、载重汽车

点火方式

主要特点

应用

点燃式

轻巧、效率低

汽车、飞机

三、例题精析

考点1.比热容定义的理解和物理意义。

【基础巩固】

【例题1】

【题干】水的比热容是4.2×103J/〔kg·℃〕，它的物理意义是__________的水在温度升高__________时，__________是4.2×103J。根据这个意义，可以推断：m千克的水，它的温度升高Δt ℃时，吸收的热量就是__________。

【答案】每千克、或降低一摄氏度、吸收或放出的热量、4.2×103mΔt。

【解析】此题考查的是比热容的定义，比热容是物质的一种物理属性，而且同学们还应该了解大自然中水的比热容是最大的。

【中等强化】

【例题2】

【题干】水的比热容是4.2×10J/〔kg·℃〕，4.2J的含义是

（

）

3A.1克物质温度在1℃时放出的热量

B.1克水温度在1℃时吸收的热量

C.1克水温度降低1℃时放出的热量

D.1千克水温度升高1℃时吸收的热量

【答案】C 【解析】同学们知道一千克的水变化一摄氏度时吸收或放出的热量是4.2×103J，而题干中

此物质只吸收或放出4.2J，刚刚缩小一千倍，所以只要把水的质量缩小一千倍就可以了。

【培优拔高】

【例题3】

【题干】为了比较水和沙子容热本领的大小，小明做了图示的实验：在2个相同的烧杯中分别装有质量、初温都相同的水和沙子，用两个相同的酒精灯对其加热，实验数据记录如下：

（１）在此实验中，用加热时间的长短来表示物质

．

（２）分析下表中的实验数据可知；质量相同的水和沙子，升高相同的温度时，水吸收的热量

(大于／小于)沙子吸收的热量．

（３）如果加热相同的时间，质量相同的水和沙子，

(沙子／水)升高的温度更高．

（４）实验中有些同学发现：刚开始加热时，情况与(3)结论不符，你认为可能的原因是：

．

【答案】（1）吸收热量的多少（2）大于（3）沙子（4）沙子受热不均匀

【解析】对于第一问，相同加热器加热相同时间，加热器提供的热量相同；对于第二问，同学们看表中的第三列，当水和沙都升高10℃时，水需要加热的时间长，说明水吸收的热量多；第三问同第二问；第四问考察同学们对实验步骤的熟

悉程度以及给沙子加热的注意事项。

考点2.比热容公式应用

【基础巩固】

【例题4】

【题干】下列情况中，哪一种水放出的热量最多

（

）

A．1千克水，温度从80℃冷却到40℃

B．2千克水，温度从50℃冷却到25℃

C．2千克水，温度从60℃冷却到35℃

D．3千克水，温度从50℃冷却到30℃

【答案】D

【解析】将各选项的数值带入公式Q=CmΔt即可，温度是变化的温度。

【中等强化】

【例题5】

【题干】质量相同的水和煤油各一杯，在相同的炉子上加热相同的时间后

（

）

A．水比煤油温度升高得多

B．水比煤油温度升高得少

C．水和煤油温度升高得一样多

D．条件不足，无法判断

【答案】B

【解析】由Q=CmΔt得，加热相同的时间，说明Q相同，m相同，水的比热容大，所以水的Δt小。

【培优拔高】

【例题6】

【题干】某中学为学生供应开水，用锅炉将200Kg的水从25℃加热到100℃，（水的比热容是4.2×103J/〔kg·℃〕）求：锅炉内200Kg的水吸收的热量是多少？

【答案】6.3×107J 【解析】已知：C=4.2×103J/〔kg·℃〕,m=200Kg,Δt=75℃,由Q=CmΔt可得结果。

考点3.比热容解释现象

【基础巩固】

【例题7】

【题干】今年3月11日，日本大地震引发核岛核泄漏，为了给泄露的核反应堆降温，向其内部注入大量的水，这是利用水的

较大的性质。

【答案】比热容

【解析】水的比热容大，吸热能力强

【中等强化】

【例题8】

【题干】“城市尚余三伏热，秋光先到野人家”，说明在陆游那个时代，人们就察觉到城市暖于郊区。分析城市“热岛效应”的主要原因，一是工厂、交通工具排放大量的________；二是建筑群、马路中的砂石、水泥的___________小，在相同的日照条件下温度上升更明显；三是城市水面小，水所吸收的_________少；四是楼群林立，难以形成对流。

【答案】二氧化碳、比热容、热量

【解析】比热容大的吸热能力强，二氧化碳具有温室效应。

【培优拔高】

【例题9】

【题干】汽车发动机常用水来做冷却剂，这是因为水的比热容较

；若发动机水箱贮有10kg水，当水温升高10℃时，水吸收的热量是

J（水的比热容为4.2×103J/kg℃）

【答案】大、4.2×105J

【解析】由Q=CmΔt可得结果。

考点4.热机应用

【基础巩固】

【例题10】

【题干】汽油机工作的四个冲程为：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程．如图所示为

冲程．

【答案】压缩冲程

【解析】吸气和排气冲程气阀会打开，做功冲程活塞向下运动，并且火

花塞打火

【中等强化】

【例题11】

【题干】汽油机工作的四个冲程中，只有______冲程是燃气对外做功，其他三个冲程要靠飞轮的_______来完成。

【答案】做功、惯性

【解析】略

【培优拔高】

【例题12】

【题干】一热机飞轮的转速为3000r/min,问：每秒钟该热机完成______次工作循环，做功______次，______个冲程。

【答案】30、30，120 【解析】热机飞轮每分钟转3000转，每秒转50转，而两转为一个工作循环，每次工作循环对外做一次功，每次工作循环有四次冲程。

四、课堂运用

【基础巩固】

1.对于同一种物质，物体吸收的热量与物体的________有关，还与物体升高的__________有关。不同的物质，在质量相等，温度升高相同时，吸收的热量是___________的。________________________________叫做这种物质的比热容，比热容用符号_________表示，它的单位是______________。比热容是物质的一种___________。若某个铜球的比热容为0.39×103J/(kg·℃)，则半个铜球的比热容为____________。

如果该铜球的质量为2kg，要使它的温度降低2℃，则要放出_________J的热量。

【答案】种类、温度、不同、单位质量某种物质升高或降低一摄氏度吸收或放出的热量、

C、J/(kg·℃)、物理属性、0.39×103J/(kg·℃)、1.56 ×103J

【解析】本题主要考察物质比热容的定义，以及对公式的应用。

2.水的比热容比较大，泥土和砂石的比热容_____________，在同样受热或冷却的情况下，水温变化比泥土、砂石的温度变化____________（大、小）。

【答案】较小、小

【解析】由Q=CmΔt和提议可得，Q相同、m相同，水的比热容教大，温度变化教小。

3.将质量、初温相同的铝、铜、铁三个球，浸没在沸水中煮较长的一段时间，则三个球的温度_________(相等、不等)。从沸水中吸热最多的是______球，吸热最少的是_______球。（已知C铝>C铁>C铜）

【答案】相等、铝、铜

【解析】本题易错点是学生能否判断出三个球温度变化量是相同的，温度变化量判断正

确了，学生应该可以解决剩下的内容了。

【中等强化】

4.赤脚在烈日当空的河边玩耍，你会发现砂子烫脚，而河水却是凉的．这主要是因为

（

）

A．砂子的比热容大

B．砂子的密度大

C．水的比热容大

D．水的密度小

【答案】C 【解析】本题考查的是不同物质的吸热能力问题，水和沙子是在相同的太阳照射下，我们把Q和m近似的认为相同，再由Q=CmΔt可以判断结果。

5.关于同一种物质的比热容c，下列说法正确的是

（

）

A．若吸收的热量增大一倍，则比热容增大一倍

B．若质量增大一倍，则比热容减至一半

C．若加热前后的温度差增大一倍，则比热容增大一倍

D．无论质量多大，比热容都一样

【答案】D

【解析】比热容是物质的一种物理属性，与质量、吸收热量、温度差都没关系，只与物质的本身有关。

6.保温桶内装有质量为50kg、温度为95℃的热水。过了一段时间后，桶内水的温度为85℃，那么水放出的热量为__________J，水的内能__________（选“增加”、“不变”或“减少”）

【答案】2.1×106、减少

【解析】考查学生对Q=CmΔt的应用，放热的物体内能减少。

【培优拔高】

7.夏天的夜晚，小丽和小敏准备到室外纳凉。小丽建议划船到湖中，小敏建议到郊外的林荫小道。你赞成__________的观点，理由是___________。

【答案】小敏、河水的比热容大，在晚上降温的时候，温度降低的少，温度比林荫小道要高。

【解析】用比热容来解释和判断的热现象。

8.有两个铝块，它们的体积之比为3:2，当它们升高相同的温度，吸收的热量之比为_________；如果让它们放出相同的热量，那么它们降低的温度之比为___________。

【答案】3:2、2:3

【解析】考查学生对Q=CmΔt的应用，学生解题时注意寻找公式中相同的量，最后根据不同的量来判断最后的结果。比如对第一问，都为铝块所以物质比热容相

同，温度变化量相同，质量之比等于体积之比3:2，带入公式进行判断即可。

五、课程小结

1、比热容的概念：单位质量某种物质升高或降低一摄氏度所吸收或放出的热量。

2、比热容计算公式：Q=CmΔt，其中C是指物质的比热容、m是物质的质量、Δt是指物体温度的变化量。

3、了解热机：四个冲程——吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，其中压缩冲程是将机械能转换为内能的冲程，做功冲程是将内能转化为机械能的冲程。

六、课后作业

【基础巩固】

1.在沙漠地区有“早穿皮袄午穿纱，夜抱火炉吃西瓜”的奇特现象．而沿海地区是“气候宜人，四季如春”，这表明水对气温有显著影响，是因为

(

) A．水的透明度高，容易吸收太阳能

B．水的比热容比沙石的比热容大

C．水在蒸发时有致冷作用

D．水的对流性能好

【答案】B 【解析】在热量变化相同的情况下，水的比热容大，温度变化量小。

2.下列各种情况下比热容会发生变化的是

（

）

A．一杯水倒去一半

B．水凝结成冰

C．一块铁加工成铁屑

D．15℃的水变成45℃的水

【答案】B 【解析】比热容是物质的物理属性，当物质种类发生变化时，比热容会发生改变。

3.在观察水沸腾的实验中，烧杯中装入100mL水，其质量是

kg．已知水的比容

是4.2×103 J/（kg•℃），在标准大气压下，将这些水从20℃加热到沸腾，需要吸收

J

的热量．水沸腾后，继续加热，开水的温度

（升高/不变）．

【答案】0.1、3.36×104 J、不变

【解析】第一空考察学生对密度知识的应用，质量等于密度和体积的乘积；第二空是对

Q=CmΔt的应用；第三问是考察水沸腾的特点，水达到沸点、继续吸热温度保持不变。

4.下列事实中，最能说明物质吸收的热量跟物质种类有关的是

(

)

A．体积相同的两杯水温度都升高10℃，它们吸收的热量相同

B．质量相等的两块钢温度分别升高5℃和10℃，它们吸收的热量不相同

C．体积相等的水和煤油温度都升高10℃，它们吸收的热量不相同

D．质量相等的水和铜温度都升高10℃，它们吸收的热量不相同

【答案】D

【解析】这是考察学生对控制变量法的理解与应用，研究物质种类对吸热影响，就要选择种类不同的物质进行探究。

【中等强化】

5.在各种液体中，通常用水作冷却剂，这是因为

（

）

A．水具有较大的密度

B．水的性质很稳定

C．水具有较大的比热

D．水的凝固点较低

【答案】C

【解析】冷却液的作用是通过吸热来降温的，选择比热容大的物质，降温效果好。

6.质量相等、初温相同的水和酒精，分别用两个相同的加热器加

热（不计热量损失），加热过程中温度随时间的变化图线如上右图

所示，关于a、b两种液体的鉴别结论正确的是（

）

A．a的比热大，是水

B．a的比热大，是酒精

C．b的比热大，是水

D．b的比热大，是酒精

【答案】C

【解析】这类数轴题，通常采用做横坐标垂线的方法，垂线与a、b两条线的交点时间相同、质量相同、吸收热量相同，a温度变化大，所以a的比热量小，是酒精。

【培优拔高】

7.甲、乙两物体的比热容之比为2∶3，吸收热量之比为3∶1，它们升高的温度相同，则甲、

乙两物体的质量之比为

（

）

A．9∶2

B．2∶9

C．1∶2

D．2∶1

【答案】A

【解析】判断两物质相同的量和不同的量，带入公式Q=CmΔt进行求比值。

8.水的比热较大，人们往往利用它的这一特性为生活、生产服务，下列事例中与它的这一

特性无关的是（

）

A．让流动的热水流过散热器取暖

B．汽车发动机用循环水冷却（

）

C．冬季，晚上向稻田里放水，以防冻坏秧苗

D．在较大的河流上建水电站，用水发电

【答案】D

【解析】D选项是利用高处的水具有重力势能。

9. 太阳能热水器内盛有25℃的水20kg，在阳光照射下水温升高到55℃，试计算这些水

吸收了多少热量？（C水=4.2×103J/(kg.℃)

【答案】2.52×103J

【解析】根据吸放热公式带入计算即可。