定义 通过控制变量法,比较不同物质在吸收相同热量后温度变化差异,从而定性或定量探究物质吸热能力的实验。
从哪来 本实验建立在“功的定义”及“做功的两个必要因素”之上。实验中通过电流做功(电热器发热)将电能转化为内能,依据做功的多少(电功 $W=UIt$)来间接衡量物质吸收热量的多少,体现了能量转化与守恒的思想。
为什么 不同物质在质量相同、升高温度相同时,吸收的热量不同;或者在质量相同、吸收热量相同时,升高的温度不同。这说明物质本身存在一种属性,决定了其改变内能(温度)的难易程度。为了量化这种属性,必须设计实验,在控制质量、初温等变量一致的前提下,通过比较“加热时间”(代表吸热多少)或“温度变化量”来揭示物质吸热能力的差异,从而引出比热容的概念。
讲法
类比法:游泳池与脸盆
适合
形象思维强、抽象概念理解困难的学生。
讲解时问学生:“夏天,同样晒了一上午太阳,为什么游泳池里的水摸起来凉凉的,而脸盆里的水却烫手?”引导学生意识到,虽然阳光照射时间相同(吸热大致相同),但水的质量不同,导致温度变化不同。进而过渡到:如果质量也相同呢?比如一杯水和一杯沙子,同样晒一会儿,谁更烫?从而引出需要控制变量来比较物质本身的特性。
逻辑推导法:控制变量与转换法**
适合**逻辑思维严密、喜欢探究原理**的学生。
直接切入实验设计逻辑:我们要比较“吸热能力”,但“吸热”看不见摸不着。怎么办?
1. **转换
用“加热时间”代表“吸收热量”(因为使用相同的电加热器,功率恒定,$Q \propto t$)。
2.
控制:必须保证“质量”相同,否则无法比较(就像比较两个人跑步速度,必须规定跑相同的距离)。
3.
比较:
- 方案一:加热相同时间(吸热相同),看谁升温慢(升温慢的吸热能力强)。
- 方案二:升高相同温度,看谁加热时间长(时间长吸热能力强)。
通过严密的逻辑链条,让学生明白实验设计的必然性。
讲法
生活经验法:炒菜与烧水
适合
生活经验丰富、对物理应用感兴趣的学生。
从厨房场景入手:“为什么炒沙子(或干锅)很容易糊,而烧水很难烧干?”或者“为什么海边昼夜温差小,沙漠昼夜温差大?”
引导学生分析:沙子/沙漠升温快、降温也快,说明它们“存不住热”;水/海水升温慢、降温也慢,说明它们“能存住热”。
“存住热”的能力就是吸热能力。实验的目的就是去验证和量化这种“存热”的本领。