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5.1 探究物质吸热能力的实验

内能及其利用 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
先会这个
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

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。
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练一道
基础题
在探究“不同物质吸热能力”的实验中,用相同的电加热器加热质量相同的水和煤油。记录数据如下: | 物质 | 质量/g | 升温/℃ | 加热时间/min | | :--- | :--- | :--- | :--- | | 水 | 200 | 10 | 10 | | 煤油 | 200 | 10 | 5 | (1) 实验中通过比较______来反映物质吸收热量的多少。 (2) 分析数据可知,______的吸热能力更强。
变式
某同学用两个相同的酒精灯分别加热质量相等的水和沙子。每隔1分钟记录一次温度,发现沙子升温比水快。 (1) 实验中除了控制质量相等外,还必须控制______相同。 (2) 若加热5分钟后,水的温度升高了10℃,沙子的温度升高了20℃。已知水的比热容为 $4.2 \times 10^3 \text{J/(kg}\cdot\text{℃)}$,求沙子的比热容。
看解答过程
(1) 使用相同的电加热器,在相同时间内放出的热量相同,因此通过比较加热时间来反映吸收热量的多少。 (2) 水和煤油质量相同,升高相同的温度(10℃),水需要的加热时间(10min)比煤油(5min)长,说明水吸收的热量更多。因此,水的吸热能力更强。
试试手自己判
检测题
在探究物质吸热能力的实验中,小明用相同的电加热器加热质量相同的水和食用油。记录数据如下: | 物质 | 加热时间/min | 温度升高/℃ | | :--- | :--- | :--- | | 水 | 5 | 10 | | 食用油 | 5 | 20 | (1) 实验中,通过比较______来反映物质吸收热量的多少。 (2) 根据数据,______(选填“水”或“食用油”)的吸热能力更强。 (3) 若将食用油加热10分钟,其温度升高______℃(假设无热量损失)。
看答案和判分标准
答案:(1) 加热时间 (2) 水 (3) 40
判对标准:
- 第(1)问填“加热时间”得1分。
- 第(2)问填“水”得1分。若填“食用油”不得分。
- 第(3)问填“40”得2分。若填“20”或“10”不得分。
- 全部正确得4分。
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