物质的比热容

学科物理版本上海科技版期数6704年级初三编稿老师何绍军审稿教师【同步教育信息】一. 本周教学内容：温度与内能；科学探究：物质的比热容基本要求：1. 知道温度的概念，能说出生活和自然环境常见的温度值。

能用温度术语描述生活中的“热”现象。

2. 了解液体温度计的原理，会使用液体温度计测温度。

知道测量温度的方法有许多种。

3. 知道温度的常用单位和国际单位制单位。

4. 根据分子动理论，用类比的方法建立内能的概念。

5. 通过探究活动，认识改变物体内能的途径。

6. 了解“热量”的概念。

能在生活和相关的物理活动中正确使用热量术语。

7. 了解比热容的概念。

8. 会查比热容表。

能根据物质的比热容解释简单的物体温度变化和吸放热问题。

9. 能计算有关物质比热容、温度变化或吸放热等简单问题。

10. 能经历科学探究物质比热容的过程。

11. 能根据科学探究的猜想与假设，制定探究计划，设计实验方案。

有控制变量的意识。

12. 会根据设计的实验方案选择、装配实验器材，完成探究实验。

13. 能积极与他人交流探究结论，能对数据进行初步评价。

二. 重点、难点：重点内容：内能、热量概念的建立，改变物体内能的途径，能正确使用液体温度计测温度；比热容探究实验的计划制定、实施，对实验结果的交流与讨论。

难点内容：用类比法建立内能的概念；比热容实验中热源及加热时间的控制、对实验数据的分析等。

重点内容讲解：第一部分：温度与内能一. 温度与温度计物体的冷热程度叫温度。

温度跟人类的关系太密切了。

我们穿的衣服，要根据气温的变化来增减；我们吃的粮食，只能在适宜的气温下生长；人一旦生了病，医生要测量体温作为诊断的重要依据……温度的高低可以凭感觉来判断，但往往不可靠。

我们可以做这样一个实验：照上图那样，先把两手分别插入热水和冷水中，过一会儿，把左手插入温水中，说出你左手的感觉，然后再把右手插入温水中，说出你右手的感觉。

要准确地判断或测量温度就要使用温度计。

家庭和物理实验室常用的温度计，是利用水银、酒精、煤油等液体的热胀冷缩来测量温度的。

温度计上的字母C表示它测出的数值是摄氏温度，摄氏温度是这样规定的：把冰水混合物的温度规定为零度，把沸水的温度规定为一百度，它们之间分成100等份，每一等份是摄氏温度的一个单位，叫做1摄氏度。

摄氏度用符号℃来表示。

例如，人的正常体温（口腔温）是“37℃”，读作“37摄氏度”；北京一月份的平均气温是“－4.7℃”，读作“零下4.7摄氏度”或“负4.7摄氏度”。

宇宙中温度的下限大约是－273℃，这个温度叫绝对零度。

要使温度降低到接近绝对零度需要极复杂的技术。

由于存在温度的下限——绝对零度，科学家们提出了以绝对零度为起点的温度，叫热力学温度。

国际单位制中采用热力学温度，这种温度的单位名称叫开尔文，简称开，符号是K。

热力学温度T和摄氏温度t的关系是T＝t＋273K。

根据国家标准，在表示温度差的时候可以用摄氏度（℃）代替开尔文（K）。

因此，这个式子中T的单位用K，t的单位用℃是允许的。

以上是几种常用温度计：金属温度计、实验用温度计、寒暑表、体温计等。

测体温用的医用温度计——体温计里装的液体是水银。

由于人体温度的变化范围是35℃到42℃，所以它的刻度范围通常也是35℃到42℃；每一小格是0.1℃。

体温计盛水银的玻璃泡上方有一段非常细的缩口，测体温时水银膨胀能通过缩口升到上面的玻璃管里，读数时体温计离开人体，水银变冷收缩，在缩口处断开，水银柱不能退回玻璃泡，仍然指示原来的温度。

所以体温计虽然离开了人体，表示的还是人体的温度。

要使已经升上去的水银再回到玻璃泡里，可以拿着体温计用力向下甩（其他温度计不允许甩）。

下表是一些温度值：在使用温度计以前，应该做到以下两点：1. 观察它的量程——能测量的温度范围。

如果估计待测的温度超出它能测的最高温度，或低于它能测的最低温度，就要换用一支量程合适的温度计，否则温度计里的液体可能将温度计胀破，或者读不出温度值。

2. 认清它的分度值，以便用它测量时可以准确读出温度值。

在用温度计测液体的温度时，正确的方法如下：1. 温度计的玻璃泡全部浸入被测的液体中，不要碰到容器底或容器壁。

2. 温度计玻璃泡浸入被测液体后要稍候一会儿，待温度计的示数稳定后再读数。

3. 读数时玻璃泡要继续留在被测液体中，视线与温度计中液柱的上表面相平。

二. 内能1. 内能的概念我们知道，所有运动的物体都有动能，地球和地面上的物体相互吸引，而且它们之间有距离，才使地面上的物体具有重力势能。

分子动理论告诉我们，分子永不停息地无规则运动着。

那么分子也同一切运动物体具有动能一样，也具有动能。

分子动理论还告诉我们：分子之间有相互作用力，而且分子间又有间隔。

这又使分子具有势能。

（1）物体的内能：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。

物体内部的每一个分子都在运动，都受分子作用力，但每单个分子的动能和势能，不是物体的内能。

内能是指物体所有分子无规则运动的动能和势能的总和。

内能也不同于机械能。

物体的动能跟物体的速度有关，物体的重力势能跟物体被举起的高度有关。

一个钢球是否运动，是否被举高，这只能影响钢球的机械能，并不是能改变钢球内分子无规则运动的动能和势能。

那么物体的内能跟什么有关呢？根据内能的定义和分子动理论的内容。

可以想象，由于分子体积之小，组成物体的分子数目之多以及分子运动的激烈和无规则，我们无法把物体中所有的分子的能逐个求出，更无法相加。

所以，某物体中，内能的数值是无法测量和计算的，而且没有任何实际意义。

我们只能从整个物体的外在的某些物理量去分析物体的内能。

例如物体的温度、体积等。

（2）内能的变化：物体内能既然是物体内部所有分子无规则运动的动能和势能的总和，那么当分子运动加剧时，物体的内能也就增大。

我们讲过：物体的温度升高，其内部分子的无规则运动加剧。

我们可以用实验来验证上面的论断。

取三只烧杯，分别倒入冷水、温水和热水，然后分别向三只杯内缓慢地滴入几滴墨汁，观察比较三只杯内墨扩散的快慢。

实验结果表明：温度越高，扩散过程越快。

扩散得快，说明分子无规则运动的速度大，即分子无规则运动激烈。

因此：物体的内能跟温度有关。

温度升高时，物体的内能增加。

温度降低时，物体的内能减小。

正是由于内能跟温度有关，人们常常把物体的内能叫做热能，把物体内部大量分子的无规则运动叫做热运动。

（3）一切物体都有内能。

或者说物体的内能不会为零。

这是因为物体内的分子永不停息地无规则运动着。

炽热的铁水，温度很高，分子运动激烈，它具有内能。

冰冷的冰块，温度虽低，其内部分子仍在做无规则运动，它也具有内能。

需要明确指出的是，虽然一切物体都具有内能，但是物体内能的数值是无法计算的，也是没有意义的。

在物理学中真正有意义的是当物体温度发生变化时，物体的内能的增加量或减少量。

（4）物体的内能存在于物体内部，而且是组成物体的所有分子的能的总和。

有限的几个分子的能之和，甚至单个分子的无规则运动的能都不叫内能。

（5）内能和机械能我们来分析在水平光滑桌上滑动的木块各具有什么能。

首先木块有势能，也有动能,统称为机械能。

机械能与整个物体的机械运动情况有关。

木块内部的分子做无规则运动，且分子间有作用力，木块有内能。

内能与物体内部分子的热运动和分子间的相互作用有关。

因此：（1）内能不是单个分子具有的，而是所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和。

（2）内能所指的动能是所有分子做无规则热运动的动能的总和。

这种无规则的热运动，是分子在物体内部自身不停的“分子运动”，而不是随着物体整体一起所做的运动。

物体作为整体运动所具有的动能是机械能不是内能。

（3）内能所指的分子势能是分子间相互作用使分子具有的势能。

作为物体整体跟地球的相互作用而具有的重力势能是机械能，不是内能。

所以内能是不同于机械能的另一种形式的能量。

2. 改变物体内能的两种方法（一）做功与内能的改变物体的内能跟物体的温度有关，温度越高，物体的内能越大。

也就是说当物体的温度发生了变化时，它的内能就发生了变化。

如何改变物体的温度，同学们能够从生活实际中举出许多的事例。

今天我们研究一种改变内能的方法––––做功。

（1）对物体做功，物体的内能会增大。

我们可以做如下实验：压缩空气引火实验。

取绿豆粒大小的一块干燥硝化棉，用镊子把棉花拉得疏松一些，放入玻璃筒底。

将活塞涂上少许蓖麻油（起润滑和密封作用），放入玻璃筒的上口。

迅速地压下活塞，可看到硝化棉燃烧发出的火光。

这个实验说明：压缩空气做功（对空气做功），使空气内能增大，温度升高引起棉花燃烧。

实际这种现象在日常生活中，同学们也遇到过。

例如，在给自行车轮胎打气时，打气筒也会变热，这也是由于压缩空气，对空气做功，使温度升高的缘故。

用其他的方法对物体做功，也能使物体内能增加，例如摩擦生热、钻木取火等。

所以对物体做功，物体的内能就会增大。

（2）物体对外做功时，本身的内能会减小。

我们可以做一个气体膨胀温度降低的实验。

在广口瓶内装入少量的水，然后将连有打气筒的塞子塞紧瓶口，然后用打气筒向里面打气。

由于水的蒸发，瓶内存在水蒸气。

由于水蒸气是无色透明的，所以水蒸气是看不到的。

当塞子跳起时，瓶内出现了雾。

这些雾是由于瓶内的气体对塞子做功，所以其内能减小，温度降低，水蒸气液化而形成的。

所以我们可以得出物体对外做功时，本身的内能会减小。

（3）用功来量度内能的改变。

做功可以改变物体的内能，对物体做的功越多，物体的内能增加得越多，物体对外做的功越多，物体的内能减小得也越多，所以，我们可以用功来量度内能的变化。

这样内能的单位跟功相同，也是焦耳。

如果对物体做了2焦的功，物体的内能会增加2焦。

其实各种形式的能，都可以用功来量度，因此国际单位制规定：各种形式的能的单位都是焦耳。

还有一个有趣的实验：把薄壁金属筒固定在桌子上之后，注入约1/4容积的乙醚，立刻塞上塞子。

用稍宽一点的布带，在金属筒下端绕二圈，然后迅速地来回拉布带，一会儿塞子就被冲起。

这是因为外力克服摩擦力做功，使金属筒温度升高、内能增加，并引起筒内乙醚的蒸发。

最后由于乙醚蒸气压强不断增大，而将塞子冲起。

在此过程中，克服摩擦做功，转化为内能。

当塞子被冲起时，在管口附近也有淡淡的雾出现。

这是由于气体膨胀对外做功时内能减少、温度降低，从而使筒口周围的水蒸气凝成水珠。

此现象恰好说明了：物体对外做功时，本身内能会减小。

此过程中气体的内能转化为机械能。

（二）热传递与内能的改变除了这些实例外，生活中还可以举出很多例子。

例如，冬季室内的暖气片散热，使室内空气的内能增大，而散热片的内能减小；把食品放在低温的冰箱里，食品的温度下降，内能减小，冰箱内的空气温度升高，空气内能增大。

这一类物体的内能发生改变都是发生了热传递，所以热传递也可以改变物体的内能。