資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第十三章 內能
第3節 比熱容
要點一、比較不同物質吸熱的情況
（1）實驗探究：不同物質的吸（放）熱本領探究
①設計實驗：在比較不同物質吸熱的情況時可以采取以下兩種方法：
a、選取質量相同的不同物質，讓他們吸收相同的熱量，比較它們升高的溫度，溫度升高少的物質吸熱本領強；
b、選取質量相同的不同物質，使它們升高相同的溫度，比較他們吸收熱量的多少，吸收熱量多的物質吸熱本領強。
②實驗器材及需要測量的物理量
實驗器材：相同規格的電加熱器、燒杯、溫度計、天平、停表、水、煤油等
實驗需要測量的物理量：
a、用溫度計測水和煤油的初溫t0、末溫t末；b、用天評測水和煤油的質量m；c、用停表記錄加熱時間t。
③實驗記錄表格
物質 質量m/kg 初溫t0/℃ 末溫t末/℃ 升高的溫度△t/℃ 加熱時間t/min
水
煤油
④實驗過程
實驗裝置如圖所示，取兩只相同的燒杯分別裝入500g水和500g煤油，他們的初溫都與室溫相同，用相同的電加熱器加熱。
a、對水和煤油加熱相同的時間，觀察并讀出溫度計的示數；
b、讓水和煤油升高相同的溫度，記錄并比較加熱時間。
⑤分析論證：給質量、初溫相同的水和煤油加熱，是他們吸收相同的熱量（加熱時間相同），煤油的溫度升的比水高；使它們升高相同的溫度，對水加熱的時間更長一些，表明水與煤油的吸熱本領不同。
⑥探究歸納：質量相等的不同物質，升高相同的溫度，吸收的熱量不同；質量相等的不同物質，吸收相同的熱量，升高的溫度不同。實驗說明不同種類的物質吸熱的本領不同。
注意：（1）試驗中水和煤油的質量相同，而非體積相同。
（2）電加熱器要放在燒杯底部，以使整杯水或煤油受熱均勻。
（3）溫度計的玻璃泡高度適當，全部浸入液體中且玻璃泡不能碰到容器底、容器壁和電加熱器。
（4）為了使探究結論具有普遍性，可以讓幾個小組選用不同的液體進行試驗，這樣可以減小實驗中偶然因素造成的誤差，使實驗結論更具有普遍意義。
方法技巧：（1）控制變量法：本實驗中，控制了水和煤油的質量、吸收的熱量相等，通過溫度變化量不同，說明水和煤油的吸熱本領不同；控制了水和煤油的質量、溫度變化量相同，通過加熱時間（吸收熱量的多少）不同來說明水和煤油的吸熱本領不同。
（2）轉換法：電加熱器每秒放出的熱量是一定的，通電時間越長，放出的熱量越多。不考慮熱損失，放出的熱量全部被水或煤油吸收，故物質吸收熱量的多少就轉換成加熱時間的長短。
要點二、比熱容
（1）定義：一定質量的某種物質，在溫度升高時吸收的熱量與它的質量和升高的溫度乘積之比，叫做這種物質的比熱容。比熱容用符號c表示。
（2）物理意義：為了比較不同物質的吸、放熱能力而引入的一個物理量。單位質量的某種物質溫度升高1℃所吸收的熱量，與它溫度降低1℃所放出的熱量相等，在數值上都等于它的比熱容。
（3）單位：焦每千克攝氏度，符號是J/(kg·℃)。有時比熱容單位也可寫作J·(kg·℃)-1。
要點詮釋：
（1）五點透析比熱容
①比熱容是物質自身的性質之一，它反映了不同物質吸、放熱本領的強弱，比熱容大的物質吸、放熱本領強，比熱容小的物質吸、放熱本領弱。
②比熱容的物理意義：如水的比熱容是4.2×103J/(kg·℃)，其物理意義是：質量為1kg的水，溫度升高（或降低）1℃時，所吸收（或放出）的熱量為4.2×103J。
③對于同一物質，比熱容的數值還與物質的物態有關，在不同物態下，比熱容是不同的。如：水的比熱容是4.2×103J/(kg·℃)，而冰的比熱容是2.1×103J/(kg·℃).
④物質的比熱容不隨物質的質量、吸收（或放出）熱量的多少及溫度的變化而變化；只要是相同的物質，在物態相同時，不論其形狀、質量、溫度高低、放置地點如何，比熱容一般都相同。
⑤不同物質的比熱容一般不同，同種物質（物態相同）的比熱容相同
兩個角度 物質的吸熱本領 物質溫度改變的難易程度
具體說明 比熱容大的表示吸熱本領強 比熱容大的表示溫度難改變
比熱容小表示吸熱本領弱 比熱容小表示溫度容易改變
解釋 相同質量的不同物質升高相同的溫度，比熱容越大，吸收的熱量越多，比熱容越少，吸收的熱量越少 相同質量的不同物質吸收相等的熱量，比熱容越大溫度升高的越少，比熱容越小溫度升高的越多
應用 某些機器設備用水做冷卻劑 沿海地區晝夜溫差較小，內綠地去晝夜溫差較大
（2）觀察下面“一些物質的比熱容”表，可以發現： 一些物質的比熱容c/[J·(kg·℃)-1]
①每種物質都有確定的比熱容，不同物質的比熱容一般不同。
②常見的物質中，水的比熱容最大，是4.2×103J/(kg·℃)
③水和冰的比熱容不同，說明物質的比熱容與物質的物態有關。
④有個別的不同種物質（例如冰和煤油），其比熱容相同。
⑤液態物質的比熱容一般比固態物質的比熱容大。
（3）水的比熱容較大，這一特點在日常生產生活及調節溫度中具有重要應用，其應用主要有以下兩個方面：
①水的吸（放）熱本領較大強，用水作為散熱劑或冷卻劑。
②水的溫度難改變，對機器或生物體起保護作用。由于水的比熱容大，一定質量的水與其它相同質量的物質相比，吸收或放出相同的熱量，水的溫度變化小。如生物體內水的比例很高，當環境溫度變化較快時，水的溫度變化較慢，有利于調節生物體自身的溫度，以免溫度變化太快對生物體造成嚴重損壞。再如，水的比熱容大于泥土、沙石的比熱容，是沙漠地區與沿海地區晝夜溫差相差很大的原因，沙石、干泥土等物質比熱容較小，吸收（或放出）相同的熱量，水升高（或降低）的溫度比其質量相等的沙石、干泥土升高（或降低）的溫度小得多。因此沿海地區晝夜溫差較小，沙漠地區晝夜溫差較大。某些城市建設人工湖來調節氣溫，也是相通的道理。
要點三、熱量的計算
（1）熱量的計算公式
①吸熱公式：②放熱公式：
式中c表示物質的比熱容，m表示物體的質量，t0表示物體原來的初溫，，t表示放熱后的末溫，“t0-t”表示降低的溫度，有時可用△t表示，此時吸熱公式可寫成。
（2）熱量計算的一般式：
△t表示溫度的變化量。
可見物體吸收或放出熱量的多少由物體的質量、物質的比熱容和物體溫度的變化量這三個量的乘積決定，跟物體溫度的高低無關
Q吸和Q放公式中個物理量的單位：比熱容c的單位是J/(kg·℃)，質量m的單位是kg，溫度（t或t0或△t）的單位是℃，熱量Q的單位是J，計算時要注意單位的統一。
要點詮釋：
（1）進行熱量計算時應注意的四個問題
①正確理解公式中各量的物理意義。
②統一公式中各物理量的單位務必統一。
③公式適用于物態不發生變化時物體升溫（或降溫）過程中吸熱（或放熱）的計算。
如果吸、放熱過程中存在著物態變化，則不能使用這幾個公式。
④解題時要認真審題，注意文字敘述中升高t（℃），升高了t（℃），降低t（℃），降低了t（℃）對應的是溫度的改變量，而升高到t（℃），降低到t（℃）對應的是物體的末溫為t（℃）。
（2）熱平衡方程
兩個溫度不同的物體放在一起時，高溫物體放出熱量，溫度降低；低溫物體吸收熱量，溫度升高。若放出的熱量沒有損失，全部被低溫物體吸收，最后兩物體溫度相同，成為“達到熱平衡”。用公式表示為Q吸=Q放（熱平衡方程）
3.3.2通過實驗，了解比熱容。能運用比熱容說明簡單的自然現象。
例1能運用比熱容說明為什么沙漠中的晝夜溫差比海邊的大。
【例題1】炎熱晴朗的夏夜，小海漫步于美麗的海滄灣公園，感受到涼風習習。圖中能反映涼風形成原理的是（　　）
【分析】
水的比熱容較大，與質量相同的其它物質相比，吸收或放出相同的熱量時，溫度變化較小，據此結合空氣對流的知識進行分析。
【解答】
解：水的比熱容比泥土、沙石的比熱容大，晚上，氣溫下降時，海水的溫度下降得慢、陸地的溫度下降得快，則大海上方的溫度高一些，熱空氣上升，而陸地上方的溫度低一些，冷空氣會下降，所以風從陸地吹向海面，故B正確。故選：B。
【例題2】詩句“竹外桃花三兩枝，春江水暖鴨先知。”出自于蘇軾的《惠崇春江晚景》。如圖所示，鴨子感知春江水暖是通過 的方式。初春的傍晚，江水比岸上砂石暖是由于水的 較大，溫度變化較小。
【分析】
改變內能的方式包括做功和熱傳遞；
水的比熱容比較大，質量一定時，在吸收或放出相同熱量的情況下，溫度變化越小。
【解答】
解：鴨子感知春江水暖是通過熱傳遞的方式；初春的傍晚，江水比岸上砂石暖是由于水的比熱容較大，放出相同的熱量，溫度變化較小。故答案為：熱傳遞；比熱容。
【例題3】現需要12kg溫度為43℃的溫水，但只有17℃的冷水和95℃的熱水，則取冷水和熱水的質量分別為多少可以符合要求（　　）
A．冷水2kg,熱水10kg B．冷水4kg,熱水8kg
C．冷水6kg,熱水6kg D．冷水8kg,熱水4kg
【分析】可以假設冷水的質量為m1，熱水的質量為m2，根據熱量的計算公式Q=cmΔt分別寫出冷水吸熱和熱水放熱的式子，根據熱平衡方程Q吸=Q放，就可以求出冷水和熱水的質量。
【解答】質量為m1的17℃的冷水溫度升高到43℃吸收的熱量為：
Q吸=c水m1Δt1=c水m1×（43℃-17℃）=c水m1×26℃，
質量為m2的95℃的熱水溫度降低到43℃放出的熱量為：
Q放=c水m2Δt2=c水m2×（95℃-43℃）=c水m2×52℃，
根據熱平衡方程Q吸=Q放，
得c水m1×26℃=c水m2×52℃，
即m1=2m2--①
混合后水的總質量不變，即
m1+m2=12kg--②
聯立①②兩式得：
m1=8kg,m2=4kg。
故選：D。
【例題4】鍛造工藝中，用一塊質量為250g的鐵塊進行鍛造，先將鐵塊加熱到560℃，然后反復鍛打，在此過程中鐵塊的 （選填“質量”、“形狀”、“內能”或“比熱容”）不會發生改變，鍛打一個階段后，將560℃半成品放入水中淬火，冷卻到20℃，此冷卻過程中是通過 的方式 （選填“增加”或“減少”）內能的，冷卻過程中放出了 J熱量。[c鐵=0.46×103J/（kg ℃）]
【分析】由于物體的質量是物體的一個基本屬性，跟物體的形狀、狀態、位置和溫度無關，所以鐵塊在加熱、鍛打過程中，鐵塊的溫度和形狀都在不斷變化，但物體的質量保持不變，由此得出結論；物質的比熱容大小取決于物質的種類，還與物體的狀態有關，與物體吸收的熱量、物體的質量、升高的溫度無關，由此可得出結論；鐵塊在鍛打過程中，物體的形狀發生改變；鐵塊加熱過程和鍛打過程中，鐵塊的內能會發生改變，由此可得出結論；把鐵塊放入到冷水中淬火，鐵塊溫度降低，內能減少，水溫度升高，內能增加，由此得出結論；根據Q放=cmΔt可計算出鐵塊放出的熱量。
【解答】由于物體的質量是物體的一個基本屬性，跟物體的形狀、狀態、位置和溫度無關，所以鐵塊在加熱、鍛打過程中，鐵塊的溫度和形狀都在不斷變化，但物體的質量保持不變，由此可知，在加熱、鍛打過程中，鐵塊的質量保持不變；物質的比熱容大小取決于物質的種類，還與物體的狀態有關，與物體吸收的熱量、物體的質量、升高的溫度無關，由此可知，在加熱、鍛打過程中，鐵塊的比熱容保持不變；鐵塊在鍛打過程中，物體的形狀發生改變；鐵塊加熱過程和鍛打過程中，鐵塊的內能會發生改變，由此可知，在加熱、鍛打過程中，鐵塊的形狀和內能在不斷改變；把鐵塊放入到冷水中淬火，鐵塊溫度降低，內能減少，水溫度升高，內能增加，鐵塊把內能傳遞給水，由此可知，在淬火過程中，鐵塊的內能是通過熱傳遞的方式改變的，其內能在不斷減少；在淬火過程中鐵塊放出的熱量Q放=c鐵m鐵Δt鐵=0.46×103J/（kg ℃）×250×10-3kg×（560℃-20℃）=6.21×104J。故答案為：質量、比熱容；熱傳遞；減少；6.21×104J。
1. 利用如圖甲所示，使用相同規格的電加熱器和燒杯分別對水和食用油加熱，得到溫度隨時間變化的圖象如圖乙所示，水的比熱容c水=4.2×103J/（kg ℃），下列說法正確的是（　　）
A．要完成實驗探究，應在兩個相同的燒杯中加入體積和初溫均相同的水和食用油
B．利用圖乙中圖像的數據，可計算出食用油的比熱容為2.8×103J/（kg ℃）
C．比較第2min和第3min的吸熱情況，在第2min時a吸收的熱量比b多
D．吸熱能力較強的是a,a是水，它更適合作冷卻劑
2. 某燃氣熱水器將20L的水從20℃加熱到70℃，完全燃燒了0.21m3的煤氣。水吸收的熱量是 J，該燃氣熱水器燒水的效率是 。[已知水的比熱容為4.2×103J/（kg ℃），水的密度為1.0×103kg/m3，煤氣的熱值為4×107J/m3]。
3. 熱島效應主要原因是城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊區的土壤、植被吸熱能力弱且具有更大的吸熱率。在相同的日照情況下，城市地區比郊區升溫較 （選填“快”或“慢”）。很多城市保護并增大城區的綠地、水體面積來減弱城市熱島效應，這主要是利用了水的 的特點。
4. 如圖是2022廈門沙灘極限飛盤賽的一幕，請解釋：
（1）比賽中飛盤離開手后，為什么還能繼續向前運動？
（2）在同樣的日照條件下，為什么沙灘的溫度比海水高？。
5. “早穿皮襖午穿紗，圍著火爐吃西瓜。”這句諺語反映了我國新疆的某些地區夏季晝夜氣溫變化大，而沿海地區比內陸地區晝夜氣溫變化小，請你用所學的物理知識解釋這奇妙的現象。
6. 在探究“不同物質吸熱能力”的實驗中，實驗裝置如圖甲、乙所示。
（1）實驗除了溫度計，還需要的測量工具是 和 ；
（2）此實驗有兩種探究方案：其中一種方案：取質量相同的兩種物質，用兩個 的電加熱器給兩種物質加熱相同的時間，看它們的溫度變化，就能比較它們的吸熱能力；
（3）每隔1min記錄一次溫度，整個實驗操作無誤。記錄實驗數據并繪制圖像，圖像中線 （選填“甲”或“乙”）的吸熱能力強。如果要在甲、乙兩液體中選擇一種液體作為冷卻劑，你認為
（選填“甲”、“乙”或“都可以”）液體較為合理。
1. 半潛式鉆井平臺是一種可在深海開采可燃冰的巨型設備，其工作原理圖如圖甲，它由平臺、立柱和浮箱組成。半潛式鉆井平臺在海面上通常有兩種工作狀態：處于上浮狀態時，浮箱有少部分露出水面，以便在海上航行；處于半潛狀態時，浮箱整體潛入水面以下一定深度，這樣的設計增強了開采作業時整個設備抗風浪的能力。
（1）不計加熱過程中的能量損失，0.3kg的可燃冰完全燃燒放出的熱量可以使多少kg的水溫度升高10℃？[q可燃冰=4.2×108J/kg,c水=4.2×103J/（kg ℃）]
（2）如圖乙所示平臺上起重機的鋼絲繩正在將一根橫放在水平甲板上的勻質鋼管從一端勻速吊起。①把圖中的鋼管看做一個杠桿，在圖乙中畫出杠桿所受阻力。
②整根鋼管直徑一定，質量為200kg,長度為15m。鋼絲繩拉著鋼管的右端上升30m后，接著又水平移動10m,不計摩擦，在整個過程中鋼絲繩拉力做了多少功？（g取10N/kg）
2. 閱讀下面材料，回答問題。
空間站如何應對“冰火兩重天”
中國空間站位于距離地面約400km的太空環境中，由于沒有大氣層的保護，空間站表面溫度最高可達150℃以上，最低可達-100℃以下。在這種“冰火兩重天”的太空環境中，為保證航天員能有一個適宜工作和生活的空間站環境，就需要熱控系統來實現溫度的控制。
空間站的熱控系統中的“中央空調”——流體回路是空間站熱控系統的核心，通過特殊液體在管路內的循環實現散熱和補熱功能。空間站的外部還涂有銀閃閃的低吸收——低發射型熱控涂層。低吸收，顧名思義就是涂層材料自身具有較低的太陽光吸收特性，可有效減弱太陽輻照導致的溫度升高。低發射，則是指涂層具有較低的紅外發射率，可有效阻隔飛船內部向外部深冷環境的輻射，避免艙內溫度的不斷降低。
（1）中國空間站位于距離地面約 m的太空環境中，外太空的最低溫度可以達到 ℃以下；
（2）一束光射向神舟飛船表面，這束光大部分會被飛船的低吸收-低發射型熱控涂層 （選填“反射”、“折射”或“吸收”）；
（3）空間站的熱控系統中的“中央空調”——流體回路中的特殊液體，為了實現散熱和補熱功能，應具有什么熱學特征： 。（寫出一種即可）
3. 閱讀短文，回答文后問題。
牛頓冷卻定律
當一個物體表面溫度比周圍環境高時，就會向周圍環境散熱，散熱快慢可以用單位時間內散失熱量的多少來表示，英國物理學家牛頓提出：物體散熱快慢與物體和周圍環境的溫度差成正比。后人研究發現，在溫度差不太大的情況下（小于15℃），這個結論符合實際散熱規律，稱為牛頓冷卻定律，如果散熱快慢用q表示，則牛頓冷卻定律可以表示為q=k（t物-t環），其中k是散熱系數，與物體的表面性質、表面積、周圍環境性質等因素有關，和物質種類無關，如果上述因素相同，不同物質的散熱系數就相同，由于不同物質的比熱容不同，即使散熱快慢相同，它們降低相同溫度需要的時間也不同，根據降溫時間可以得到兩種物質比熱容的大小關系，從而可以進行比熱容的測量。
（1）物體向周圍散熱，內能減少，這種改變內能的方式叫做 ；當物體溫度降低時，物體的內能 （選填“一定”或“不一定”）減少。把一杯沸水放在放在房間里，溫度自然降低的規律是 （選填“先快后慢”、“先慢后快”或“均勻降低”）；
（2）散熱快慢和下列概念中物理意義最接近的是 ；
A.路程 B.密度 C.功率 D.效率
（3）一個物體溫度為30℃，周圍環境溫度保持20℃不變，此時物體的放熱快慢為q,當物體溫度降低到29℃時，散熱快慢為 ；
（4）如圖甲所示，用兩個同樣的保溫杯分別裝滿水和鹽水，水和鹽水的溫度都是30℃，周圍環境溫度保持20℃不變，保溫杯敞開口，水和鹽水溫度隨時間變化的圖象如圖乙所示，已知水的比熱容為4.2×103J/（kg ℃），鹽水的密度為1.1×103kg/m3，則鹽水的比熱容為 J/（kg ℃）。
參考答案：
熱身訓練：
1. B；
2. 4.2×106；50%；
3. 快；比熱容大；
4. 答：（1）比賽中飛盤離開手后，飛盤由于具有慣性，仍然能繼續向前運動；
（2）因為水的比熱容較大，同樣受熱或冷卻的情況下，吸收或放出相同熱量，水的溫度變化比沙子小。因此，我們會感到海水的溫度比沙灘的溫度低；
5. 答：因為沙子的比熱容比海水的比熱容小，由Q吸=cmΔt可知，吸收相同熱量，相同質量的沙子比海水溫度上升快，所以小明在烈日當空的海邊玩耍，感到沙子燙腳，海水卻涼涼的。
6. （1）秒表；天平；（2）規格相同；（3）乙；乙。
拓展閱讀：
1. （1）不計加熱過程中的能量損失，0.3kg的可燃冰完全燃燒放出的熱量可以使3×103kg的水溫度升高10℃；
（2）①見解答圖；
②在整個過程中鋼絲繩拉力做了45000J的功；
2. （1）400000；-100；（2）反射；（3）汽化時會吸收熱量，液化時會放出熱量。
3. （1）熱傳遞；不一定；先快后慢；（2）C；（3）0.9q；（4）3.5×103。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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