14.2.1探究物质的比热容
一、提出问题：不同物质的吸热能力相同吗？
在生活中，我们会发现这样的现象：夏天在太阳的照射下，沙滩很快就变得很烫，而海水却比较凉爽；冬天在同样的室内，铁块摸起来比木块更凉。这说明不同物质在吸收或放出相同热量时，温度变化可能不同，即它们的吸热能力存在差异。那么，不同物质的吸热能力究竟有什么规律呢？这就是我们本节课要探究的核心问题。
二、猜想与假设
根据生活经验，我们可以猜想：不同物质的吸热能力不同。质量相同的不同物质，吸收相同的热量时，温度升高的幅度可能不同；或者说，质量相同的不同物质，升高相同的温度时，吸收的热量可能不同。
三、制定计划与设计实验
（一）实验目的
探究不同物质（如水和煤油）在质量相同、加热条件相同的情况下，温度升高与吸收热量的关系，比较它们的吸热能力。
（二）实验原理
实验中通过相同的加热器对物质进行加热，在相同时间内，加热器放出的热量相同，因此可以用加热时间来间接反映物质吸收热量的多少（加热时间越长，吸收热量越多）。
控制物质的质量相同、加热条件相同，通过测量不同物质温度升高到相同值时所需的加热时间，或在相同加热时间内不同物质温度升高的度数，来比较它们的吸热能力。
（三）实验器材
两个相同的烧杯、两个相同的电加热器（或酒精灯+石棉网）、两支温度计、天平、秒表、水、煤油、搅拌器。
（四）实验变量控制
自变量：物质的种类（水和煤油）。
因变量：温度升高的度数、吸收热量的多少（加热时间）。
控制变量：物质的质量相同、初始温度相同、加热方式相同（加热器相同、加热环境相同）。
四、进行实验与收集证据
（一）实验步骤
用天平分别称取质量相同的水和煤油，倒入两个相同的烧杯中，记录水和煤油的初始温度\(t_0\)。
将两个烧杯分别放在两个相同的加热器上，同时开始加热，并启动秒表计时。
用搅拌器不断搅拌两种液体，使它们受热均匀。
观察温度计的示数变化，当其中一种液体的温度升高到预设值（如\(40℃\)）时，记录两种液体此时的温度\(t_1\)和加热时间\(t\)。
或??，加热相同时间（如10分钟）后，同时停止加热，记录两种液体升高后的温度\(t_1\)。
重复实验2-3次，取平均值，减小实验误差。
（二）实验数据记录
实验次数
物质种类
质量/g
初始温度/℃
末温度/℃
温度升高值/℃
加热时间/min
1
水
1
煤油
2
水
2
煤油
3
水
3
煤油
（三）实验现象
当加热时间相同时，煤油的温度升高得比水快。
当水和煤油升高到相同温度时，水需要的加热时间比煤油长。
五、分析与论证
（一）数据处理
计算每次实验中，水和煤油温度升高的值（\(\Deltat=t_1-t_0\)）。
比较相同加热时间内，水和煤油温度升高的差异；或比较升高相同温度时，水和煤油所需加热时间的差异。
（二）实验结论
质量相同的水和煤油，吸收相同的热量时（加热时间相同），煤油的温度升高得更快；升高相同的温度时，水需要吸收更多的热量（加热时间更长）。这说明水的吸热能力比煤油强。
由此可以推广：不同物质的吸热能力不同，质量相同的不同物质，升高相同的温度时，吸收的热量不同；吸收相同的热量时，温度升高的度数不同。
六、比热容的概念与物理意义
为了描述物质的吸热能力，物理学中引入了比热容的概念：
定义：一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比，叫做这种物质的比热容，用符号\(c\)表示。
公式：\(c=\frac{Q}{m\Deltat}\)，其中\(Q\)为物质吸收的热量，\(m\)为物质的质量，\(\Deltat\)为温度的变化量（升高或降低的温度）。
单位：焦耳每千克摄氏度，符号为\(J/(kg·℃)\)。
物理意义：比热容表示单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。例如，水的比热容是\(4.2×10^3J/(kg·℃)\)，它表示1kg的水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量是\(4.2×10^3J\)。
比热容是物质的一种特性，不同物质的比热容一般不同；同种物质的比热容与它的质量、温度变化量、吸收或放出的热量无关，但与物质的状态有关（例如，水和冰的比热容不同）。
七、比热容的应用
比热容的特性在生活和生产中有着广泛的应用：
调节气候：水的比热容较大，因此沿海地区昼夜温差较小。白天，海水吸收大量热量但温度升高不多；夜晚，海水放出大量热量但温度降低不多，使沿海地区的气温变化较为平缓。而内陆地区多砂石，砂石的比热容较小，白天升温快，夜晚降温快，昼夜温差较大。
取暖和冷却：热水袋中通常装水，因为水的比热容大，相同质量的水和其他物质相比，降低相同温度时放出的热量更多，取暖效果更好。汽车发动机用水做冷却剂，是因为水的比