师:同学们,今天我们要学习九年级人教版物理第十三章利用比热容解释相关问题。上节课我们学习了比热容的知识,谁能写出它的公式和单位?
比热容的公式是(c = \frac{Q}{m \times \Delta t}),其中(c)表示物质的比热容,(Q)表示热量,(m)表示质量,(\Delta t)表示温度的变化量。单位质量的某种物质温度升高或降低(1)摄氏度,吸收或放出的热量,叫做这种物质的比热容。它的单位写作焦耳每千克摄氏度,读作焦耳每千克摄氏度。比热容是反映物质自身性质的物理量,它与物体吸收或放出热量的多少、质量和温度变化量等因素均无关。
大家看看这个表中给出了一些常见物质的比热容,能从表中得到什么信息呢?
生:每种物质都有属于自己的比热容,不同物质比热容一般不同,但也有特殊的,例如煤油和冰,它们虽然是不同的物质,但是比热容却是相同的。
师:非常好。那同一种物质比热容相同吗?对比一下水和冰的比热容。
生:水和冰是同一种物质,但物态不同,它们的比热容也不同。
师:没错,同一种物质比热容不一定相同,只有状态相同的同种物质比热容才相同。我们还发现大多数液体的比热容大于固体的比热容,而液态的金属水银却是个例外。现在请找一找表格中哪种物质的比热容最大呢?
生:水。
师:对,以水为例来了解比热容的物理意义。首先,能正确读出水的比热容吗?
生:水的比热容读作(4.2×10^{3})焦耳每千克摄氏度。
师:它的物理意义是什么呢?在热传递过程中,物体温度升高需要吸收热量,那么(1)千克的水温度升高(1)摄氏度需要吸收多少热量呢?
生:水的比热容告诉我们(1)千克的水温度升高(1)摄氏度,需要吸收(4.2×10^{3})焦耳的热量。
师:那(1)千克的水温度降低(1)摄氏度,放出的热量又是多少呢?
生:(1)千克的水温度降低(1)摄氏度,放出的热量也是(4.2×10^{3})焦耳。
师:综合起来,(1)千克的水温度升高或降低(1)摄氏度,吸收或放出的热量都是(4.2×10^{3})焦耳,这就是水比热容的物理意义。
请算一算下列情况,水能吸收或放出多少热量?(10)千克的水温度从(60)摄氏度升高到(61)摄氏度,温度升高了(1)摄氏度,吸收的热量为多少?
生:(4.2×10^{4})焦耳。
师:(10)千克的水温度从(60)摄氏度降低到(50)摄氏度,放出的热量为多少?
生:(4.2×10^{5})焦耳。
师:根据比热容的物理意义,用物质的比热容、质量和温度变化量的乘积,就可以计算出物体在温度变化时吸收或放出的热量,用相应的符号来表示,可写成公式(Q = cm\Delta t)。请再练一练这道题,并写出计算过程。质量为(10)千克的煤油温度从(60)摄氏度降低到(50)摄氏度,会放出多少热量呢?
生:首先从比热容表中查找煤油的比热容等于(2.1×10^{3})焦耳每千克摄氏度,它的物理意义是(1)千克的煤油温度降低(1)摄氏度,放出的热量是(2.1×10^{3})焦耳。那么质量为(10)千克的煤油温度降低(10)摄氏度,计算过程是先写出计算公式(Q = cm\Delta t),然后根据公式代入相应的物理量。
师:同学们,做对了吗?水的比热容大,在生活中有很多应用,比如冬天北方楼房中的暖气用水作为介质为房屋供暖,用水作为介质有什么好处呢?
生:除了容易获取、比较经济、安全、环保等因素之外,还跟水的比热容大有关。
师:非常好,根据公式(c = \frac{Q}{m \times \Delta t}),质量相同的物体降低相同的温度,比热容越大,放出的热量越多。水的比热容在常见物质中是最大的,所以用水作为传递能量的介质流过暖气片时,对房屋放的热就越多,因此,暖气管里常用热水来作为介质。
如果暖气管中将水换成煤油,效果又会如何呢?
生:同样根据公式,质量相同的物体降低相同的温度,比热容越小,放出的热量越少。与质量和温度变化量相等的水比较,煤油的比热容小于水,它放出的热量就少于水,效果不如水。
师:没错,另外,还记得刚才的计算吗?质量都是(10)千克的水和煤油,温度都下降了(10)摄氏度,水放出的热量是煤油的两倍,是不是可以很直观地得知哪种物质放热多呢?平时除了带入数字计算,我们还常常用公式法对相关物理量进行分析。
根据刚才所讲的原理,大家想想这个问题,汽车工作时,为防止发动机温度过高,需要用冷却剂来吸收发动机放出的热量,这种冷却液用比热容大还是比热容小的物质好呢?
生:汽车发动机工作时,气缸内的气体温度可以高达(2000)摄氏度以上,如果不及时冷却,会造成许多安全隐患。为了避免以上危险的发生,需要给发动机散热。根据公式(c = \frac{Q}{m \times \Delta t}),质量相同的物体升高相同的温度,比热容越大,吸收的热量越多,所以汽车发动机里的冷却液选用比热容大的物质,吸收的热量就越多,可以达到较好的冷却效果。
师:下面我们尝试用比热容分析跟温度计有关的问题。液体温度计是生活中常见的测温工具,红色液体是温度计的测温液体。温度计放进被测的水中,开始时温度计内液柱上升示数发生变化,测温液体发生了热胀冷缩,然后才慢慢稳定下来。这是什么原因呢?
