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12.3 研究物質的比熱容
第十二章 內能與熱機
知識點
探究物質的吸、放熱性能
知1－講
1
實驗目的：探究水和砂石的吸、放熱性能。
設計實驗方案：
(1)根據控制變量法，為了探究物質吸收熱量的多少與物質種類的關系，需要選取質量相同的水和砂石，使它們升高相同的溫度。
(2)根據轉換法，為了比較物質吸收熱量的多少，采用相同熱源給物體加熱，比較物體吸熱的時間。
知1－講
實驗過程：根據實驗目的，取初溫均為25 ℃的 100 g水和100 g砂石(干燥的)作為研究對象，
放置在規格相同的燒杯中，用如
圖1所示相同的兩套裝置分別給
水和砂石加熱。
知1－講
觀察溫度計，當溫度到達30 ℃、35 ℃、40 ℃時，記錄加熱的時間。
物質的溫度 /℃ 30 35 40
升高的溫度 /℃ 5 10 15
加熱所用 時間 砂石
水
知1－講
數據分析：
知1－講
實驗結論：
(1)質量相等的不同物質，在升高相同的溫度時，吸收的熱量是不相等的。
(2)不同物質的吸熱能力是不同的。
知1－講
方法點撥
比較物質吸熱能力的兩種方法
(1)使相同質量的不同物質升高相同的溫度，比較吸收的熱量(即比較加熱時間)，吸收熱量多的物質吸熱能力強；
(2)使相同質量的不同物質吸收相同的熱量(即加熱相同的時間)，比較溫度的變化，溫度變化小的物質吸熱能力強。
知1－練
例 1
[江西月考] 探究不同物質的吸熱能力：
解題秘方：解答實驗型題目可以采用從一般到特殊的思維模式。
知1－練
(1)如圖(1)所示，在探究“不同物質的吸熱能力”實驗中，小雨同學在兩只燒杯中裝入質量相同的煤油和水，用相同的電加熱器給它們加熱，這里通過加熱時間來反映吸收的________，運用的科學方法是 ________法。
熱量
轉換
知1－練
解析：用相同的電加熱器給它們加熱，使煤油和水在相同時間內吸收的熱量相同，通過加熱時間的長短來比較吸熱多少，這種方法叫轉換法。
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(2)小紅進行實驗時，每隔2 min 記錄煤油和水的溫度，得到的數據如下表：
加熱時間/min 0 2 4 6 8
煤油的溫度/℃ 20 28 36 44 52
水的溫度/℃ 20 24 28 32 36
知1－練
實驗結果表明：不同的物質，在質量相等、升高的溫度相同時，吸收的熱量_________。為了表示物質的這種特性，物理學中引入了物理量________。
不同
比熱容
知1－練
解析：根據實驗數據可以發現：在質量相等、升高的溫度相同時，水的加熱時間長，吸收的熱量多，即質量相同的不同物質，升高相同的溫度，吸收的熱量是不同的，為了表示物質的這種性質，物理學中引入了比熱容這個物理量。
知1－練
(3)根據實驗數據，繪制了兩種液體的溫度隨加熱時間變化的圖像[如圖(2)所示]，其中圖線____表示的物質是煤油。
甲
知1－練
解析：由圖(2)可知，加熱時間相同，即吸收的熱量相同，乙升高的溫度低于甲升高的溫度，故乙的吸熱能力強，則乙對應的是水，甲對應的是煤油。
知1－練
(4)同組小明認為還可用以下方法比較不同物質的吸熱能力：使_____相同的不同物質吸收相同的熱量，比較它們___________。
質量
升高的溫度
解析：比較不同物質的吸熱能力，除了利用上述方法外，還可以使質量相同的不同物質吸收相同的熱量，比較升高的溫度，溫度升高越多，吸熱能力越弱。
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1. [安徽月考] 某物理興趣小組用如圖所示的實驗裝置來探究水和煤油的吸熱能力。
(1)該裝置除了可以使水和煤油均勻受熱外，
最大的好處是可以確保
___________________________________。
在相同時間內水和煤油吸收的熱量相同
知1－練
(2)下面是該興趣小組繪制的“吸收熱量—時間”和“溫度—時間”圖像，其中能正確描述這兩種液體真實情況的圖像是_____。
C
知2－講
知識點
比熱容
2
1. 物理意義 表示不同物質吸熱能力的物理量，比熱容越大，吸熱能力越強，溫度越不容易變化。
2. 定義 在物理學中，比熱容在數值上等于單位質量的某種物質，溫度升高(或降低)1 ℃所吸收(或放出)的熱量。
知2－講
3. 定義式
4. 單位 焦/(千克·攝氏度)，符號是 J/(kg·℃)。
知2－講
深度理解
比熱容是物質的一種屬性，故“質量和升高 (或降低)的溫度相同時，比熱容與吸收(或放出)的熱量成正比”“吸收(或放出)的熱量和質量相同時，比熱容與升高(或降低)的溫度成反比”等都是錯誤的說法。
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5. 常見物質的比熱容 /[單位：J/(kg·℃)]
水 4.2×103 鋁 0.88×103
酒精 2.4×103 干泥土 0.84×103
煤油、冰 2.1×103 鐵、鋼 0.46×103
蓖麻油 1.8×103 銅 0.39×103
砂石 0.92×103 水銀 0.14×103
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分析思考 從上面表格中發現了什么？
分析結論
不同物質的比熱容一般不同；水的比熱容最大；同種物質不同狀態的比熱容不同，例如冰和水；不同物質的比熱容可能相同，例如煤油和冰。
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5. 水的比熱容及應用
(1)大小：c水＝4.2×103 J/(kg·℃)。
(2)物理意義：表示質量1千克的水溫度升高(或降低)1 攝氏度，需要吸收(或放出)的熱量為4.2×103 焦。
(3)水的比熱容較大的應用：①散熱劑和冷卻劑；②冬天，人們常在熱水袋中裝入熱水來取暖；③調節氣候等。
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[潮州期末] 張華同學根據下表所提供的數據分析得出了四個結論，
例 2
幾種物質的比熱容c/[J·(kg·℃)－1] 水 4.2×103 水銀 0.14×103
酒精 2.4×103 砂石 0.92×103
煤油 2.1×103 鋁 0.88×103
冰 2.1×103 銅 0.39×103
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其中正確的是(　　)
A. 固體的比熱容一定比液體的比熱容小
B. 同種物質發生物態變化后，比熱容不變
C. 一杯水倒出一半，杯內剩余水的比熱容變小
D. 質量相等的水和煤油，吸收相同的熱量后，水的溫度變化小
知2－練
解題秘方：分析表格數據和理解比熱容的概念是解題的關鍵。
解析：由表格數據可知，水銀是液體，砂石是固體，但水銀的比熱容小于砂石的比熱容，因此固體的比熱容可以大于液體的比熱容，故A 錯誤；比熱容是物質的一種性質，與物質的種類和狀態有關，因此同種物質發生物態變化后，
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答案：D
其比熱容會改變，比熱容的大小與質量、吸收的熱量無關，故B、C 錯誤；質量相等的水和煤油，吸收相同的熱量后，由于水的比熱容大，則水的溫度變化小，故D 正確。
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2. [中考·宜昌] 在兩個相同的燒杯中分別裝有質量和初溫相同的水和某種液體，用兩個完全相同的電加熱器對其加熱，每隔一段時間用溫度計分
別測量它們的溫度，并畫出了
溫度隨時間變化的圖像如圖
所示，
知2－練
由圖像可知(　　)
A. a液體的比熱容小
B. b液體是水
C. 0 ～ 3 min內a液體吸收的熱量少
D. 升高相同的溫度時，b液體吸收的熱量少
D
知2－練
[中考·揚州] 下列與比熱容有關的生活現象，描述正確的是(　　)
A. 沙漠地區晝夜溫差小
B. 汽車發動機常用水做冷卻劑
C. 在太陽光的照射下，干泥土比濕泥土升溫慢
D. “早穿棉襖午穿紗，圍著火爐吃西瓜”是我國沿海地區的生活寫照
例 3
知2－練
解析：沙漠地區的砂石多，白天太陽照射，砂石吸收熱量，
由于砂石的比熱容小，因此溫度變化大，氣溫升得很高；晚上，砂石放出熱量，由于砂石的比熱容小，因此溫度變化大，氣溫降得很低，故會出現早晚溫差大的現象；水的比熱容較大，所以濕泥土的比熱容比干泥土要大一些；在陽光照射下吸熱相同時，由 Δt＝可知，濕泥土升溫慢一些，干泥土升溫快一些；
知2－練
因為砂石的比熱容較小，白天，吸收熱量后，砂石的溫度升高得多，氣溫較高；夜晚，放出熱量后，砂石的溫度下降得多，氣溫較低，由此可知沙漠地區晝夜溫差大，產生了“早穿棉襖午穿紗，圍著火爐吃西瓜”的現象。
答案：B
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3. [中考·福建] 城市中修建人工湖和濕地公園，可以調節氣溫，這主要是利用水的(　　)
A. 密度較大
B. 沸點較高
C. 比熱容大
D. 流動性好
C
知3－講
知識點
熱量的計算
3
1. 熱量的計算公式
溫度升高時，吸收的熱量Q吸＝cm(t－t0)或Q吸＝cmΔt。
溫度降低時，釋放的熱量Q放＝cm(t0－t)或Q放＝cmΔt。
上面公式比熱容c的單位為 J/(kg·℃ )，初溫t0和末溫t的單位為℃，熱量Q的單位為 J，質量m的單位為 kg。
Δt是升高或降低的溫度，吸熱升溫時Δt＝t－t0，放熱降溫時Δt＝t0－t。
知3－講
2. 進行熱量計算時應注意的問題
(1)公式適用條件：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。因為在物態變化過程中物體吸收或放出了熱量 , 但是溫度可能沒有變化。
知3－講
(2)對公式進行變形可求其中任意一個物理量，如c＝，Δt＝。其中，吸熱時，Δt＝t－t0，放熱時，Δt＝t0－t。
(3)“溫度升高 ( 降低 ) 到”和“溫度升高 ( 降低 ) 了”是有區別的，“升高(降低 )到”指的是物體的末溫，“升高(降低 )了”是指物體溫度的變化量。
知3－講
解題技巧
應用公式計算熱量的步驟
(1)根據題意確定吸熱物體和放熱物體；
(2)分析已知條件，并統一單位；
(3)根據物理過程，依據條件選擇公式；
(4)代入數據求解，并討論結果的合理性。
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[中考·上海] 5 kg的水溫度由40 ℃下降到20 ℃，放出的熱量Q放為多少？[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
例 4
解：水放出的熱量
Q放＝c水m(t0－t)＝4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg× (40 ℃－20 ℃)＝4.2×105 J。
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4. [中考·重慶A卷] 新能源太陽灶是一種燒水做飯的器具，太陽灶燒水時將太陽能轉化為水的_____能，將 2 kg 的水從20 ℃加熱到 70 ℃，水吸收的熱量為 _________J。
[c水＝ 4.2×103 J/(kg·℃)]
內
4.2×105
知3－練
有一根燒紅的鐵釘，質量是2 g，放出920 J 的熱量后，
溫度降低到20 ℃，求鐵釘的初溫。[c鐵＝0.46×103 J/(kg·℃)]
解：鐵釘溫度降低
Δt＝＝＝1 000 ℃，
鐵釘的初溫t0＝t＋Δt＝20 ℃＋1 000 ℃＝1 020 ℃。
例 5
知3－練
5. [中考·長沙] 雷電是大氣中一種劇烈的放電現象，某次雷電釋放了2.1×109 J 的能量，若這些能量全部被水吸收，可使質量為________kg 的水從 0 ℃升高到 50 ℃。 [c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
1×104
研究物質的比熱容
比熱容
熱量計算
水的比熱容
大的應用
定義
物理意義

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