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一、“熱量、比熱容”研究

（一）學(xué)科知識結(jié)構(gòu)中的地位及相互關(guān)系

比熱容又稱比熱容量，簡稱比熱，是單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量，即使單位質(zhì)量物體改變單位溫度時吸收或釋放的內(nèi)能。比熱容是表示物質(zhì)熱性質(zhì)的物理量。

比熱容是表征物質(zhì)特性的一個重要物理量，反映物質(zhì)吸、放熱本領(lǐng)的物理量,是物質(zhì)吸、放熱量的能力，在國家課程標準中“能量 - 內(nèi)能”中包含了比熱容的幾點要求：

[轉(zhuǎn)載]初中物理“比熱容”教究學(xué)研與案例評析 了解熱量的概念。

[轉(zhuǎn)載]初中物理“比熱容”教究學(xué)研與案例評析 通過實驗，了解比熱容的概念。

[轉(zhuǎn)載]初中物理“比熱容”教究學(xué)研與案例評析 嘗試用比熱容解釋簡單的自然現(xiàn)象。

其內(nèi)容涵蓋了：熱量及其單位；比熱容的概念；會用比熱容的概念分析、判斷有關(guān)問題；會查比熱容表；根據(jù)比熱容進行簡單的熱量計算。

作為表征物質(zhì)特性的一個重要物理量，比熱容概念的建立是分析許多有關(guān)現(xiàn)象的理論依據(jù)，對學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)會產(chǎn)生重要影響，是學(xué)生必須建立的基本物理量。

（二）“熱量、比熱容”在熱學(xué)知識中的地位

物理概念是整個物理學(xué)知識的核心，它是學(xué)習(xí)物理學(xué)、理解物理公式含意、掌握其法則、規(guī)律等知識的基礎(chǔ)，同時也是學(xué)生特別是初中學(xué)生在學(xué)習(xí)中感到枯燥無味、難以掌握的一個關(guān)鍵�！盁崃俊⒈葻崛荨笔浅踔袩釋W(xué)的重要內(nèi)容，在學(xué)習(xí)了機械能的基礎(chǔ)上，把能量的研究拓展到內(nèi)能，并開始用物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的知識來解釋宏觀現(xiàn)象。為從分子結(jié)構(gòu)觀點理解物體內(nèi)能的本質(zhì)打下基礎(chǔ)，也為下一單元燃料的燃燒和熱機的學(xué)習(xí)做好了準備。

比熱容是反映物質(zhì)吸、放熱本領(lǐng)的物理量，是物質(zhì)的一種重要熱學(xué)特性，是進一步學(xué)習(xí)熱學(xué)知識的基礎(chǔ)概念，也是分析許多有關(guān)現(xiàn)象的理論依據(jù) , 在熱學(xué)中具有重要的地位。

知識聯(lián)系：

1．熱量

熱量是物體在熱傳遞過程中傳遞能的數(shù)量。熱量與物質(zhì)的比熱、質(zhì)量和溫度的變化量有關(guān)，因此，說物體“具有”多少熱量是錯誤的。熱量是可以“傳遞”的，在熱傳遞過程中，物體的內(nèi)能要隨之發(fā)生變化（在有些資料中，將在熱傳遞過程中，物體內(nèi)能改變的多少定義為熱量）。一般情況下，此時物體的溫度也同時發(fā)生變化，但是也有例外。如在某些物態(tài)變化的過程中，無論物體是吸熱還是放熱，溫度均保持不變。

熱量的實質(zhì)是在熱傳遞過程中，內(nèi)能轉(zhuǎn)移多少或傳遞能量多少的量度。

由于溫度差，在熱傳遞過程中，物體（系統(tǒng)）吸收或放出能量的多少，叫做“熱量”。它與做功一樣，都是系統(tǒng)能量傳遞的一種形式，并可作為系統(tǒng)能量變化的量度。熱量是熱學(xué)中最重要的概念之一，它是量度系統(tǒng)內(nèi)能變化的物理量。在熱傳遞的過程中，實質(zhì)上是能量轉(zhuǎn)移的過程，而熱量就是能量轉(zhuǎn)換的一種量度。熱傳遞的條件是系統(tǒng)間必須有溫度差，參加熱交換不同溫度的物體（或系統(tǒng)）之間，熱量總是由高溫物體（或系統(tǒng)）向低溫物體（或系統(tǒng)）傳遞的，直到兩個物體的溫度相同，達到熱的平衡為止。

2．溫度變化

溫度表示物體的冷熱程度，同時也表示物體內(nèi)大量分子作無規(guī)則運動的快慢 程度。溫度可以是物體所“具有”的，但它是不能“傳遞”的。溫度的變化用“升高”和“降低”來描述，溫度與熱量、內(nèi)能均有密切聯(lián)系。

物體內(nèi)分子熱運動的宏觀表現(xiàn)，溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來量度物體溫度數(shù)值的標尺叫溫標。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點（零點）和測量溫度的基本單位。溫度沒有高極點，只有理論低極點“絕對零度”。“絕對零度”是無法通過有限步驟達到的。目前國際上用得較多的溫標有華氏溫標 (F) 、攝氏溫標（℃）、熱力學(xué)溫標 (K) 和國際實用溫標。溫度是物體內(nèi)分子間平均動能的一種表現(xiàn)形式。分子運動愈快，物體愈熱，即溫度愈高；分子運動愈慢，物體愈冷，即溫度愈低。

知識擴展：在工程實際應(yīng)用上常用定壓比熱容 CP 、定容比熱容 CV 、飽和狀態(tài)比熱容三種。

（定壓比熱容 Cp 是單位質(zhì)量的物質(zhì)在壓力不變的條件下，溫度升高或下降 1 ℃ 或 1K 所吸收或放出的能量。

定容比熱容 Cv 是單位質(zhì)量的物質(zhì)在容積（體積）不變的條件下，溫度升高或下降 1 ℃ 或 1K 吸收或放出的內(nèi)能。

飽和狀態(tài)比熱容是單位質(zhì)量的物質(zhì)在某飽和狀態(tài)時，溫度升高或下降 1 ℃ 或 1K 所吸收或放出的熱量。）

比熱容與過程的性質(zhì)及溫度有關(guān)。因此，初中物理課本對比熱容的定義是不嚴密的。但是，由于在初中不涉及比熱與過程和溫度的關(guān)系，所以很難對比熱下一個嚴密的定義。同時，對于固體和液體，其熱膨脹系數(shù)很小，因膨脹對外做功可以忽略不計，定壓熱容量和定容熱容量相差很小，可以不考慮過程對比熱的影響，對大多數(shù)晶體來說，在通常溫度下其熱容量可以認為是一常數(shù)，也可以不考慮溫度對比熱容的影響，因此，初中物理課本對比熱容的定義，對一般固體和液體在通常溫度下是近似正確的。

比熱容是反映物質(zhì)吸、放熱本領(lǐng)的一個物理量，不同物質(zhì)吸熱升溫或放熱降溫本領(lǐng)一般是不同的，通常把單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高或降低 1 ℃所吸收或放出的熱量叫做這種物質(zhì)的比熱容。常用比熱容的單位是焦耳 / （千克 · ℃），符號為 J/(kg· ℃ ) 。

二、學(xué)習(xí)比熱容知識對于現(xiàn)實生活的重要作用

比熱容所涉及的科學(xué)內(nèi)容，多數(shù)與日常生活和自然現(xiàn)象聯(lián)系緊密，與工農(nóng)業(yè)、工程應(yīng)用相聯(lián)系。因此學(xué)習(xí)比熱容是了解物質(zhì)的基本屬性、認識物質(zhì)的必經(jīng)過程，是應(yīng)用物質(zhì)的不同屬性解決實際問題、造福社會的前提，是物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

科學(xué)認識物理常數(shù)表對日常生活與工農(nóng)業(yè)、工程應(yīng)用有著重要的作用。

學(xué)生讀懂比熱容表、會查比熱容表是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，更重要的是在實際應(yīng)用中加以利用，對現(xiàn)代生活中意義深遠。

三、 比熱容知識的應(yīng)用

（一） 利用水的比熱容大來調(diào)節(jié)氣候

水的比熱容較大，對于氣候的變化有顯著的影響。在同樣受熱或冷卻的情況下，水的溫度變化小一些，水的這個特征對氣候影響很大，白天沿海地區(qū)比內(nèi)陸地區(qū)升溫慢，夜晚沿海溫度降低少，為此一天中沿海地區(qū)溫度變化小，內(nèi)陸溫度變化大，一年之中夏季內(nèi)陸比沿海炎熱，冬季內(nèi)陸比沿海寒冷。海陸風(fēng)的形成原因與之類似。

1．對氣溫的影響

據(jù)消息，三峽水庫蓄水后，這個世界上最大的人工湖將成為一個天然“空調(diào)”，使山城重慶的氣候冬暖夏涼。據(jù)估計，夏天氣溫可能會因此下降 5 ℃ ，冬天氣溫可能會上升 3 到 4 ℃。

2．熱島效應(yīng)的緩解

晴朗無風(fēng)的夏日，海島上的地面氣溫，高于周圍海上氣溫，并因此形成海風(fēng)環(huán)流以及海島上空的積云對流，這是海洋熱島效應(yīng)的表現(xiàn)。近年來，由于城市人口集中，工業(yè)發(fā)達，交通擁塞，大氣污染嚴重，在溫度的空間分布上，城市猶如一個溫暖的島嶼，從而形成城市熱島效應(yīng)。在緩解熱島效應(yīng)方面，專家測算，一個中型城市環(huán)城綠化帶樹苗長成濃蔭后，綠化帶常年涵養(yǎng)水源相當于一座中型水庫，由于水的比熱容大，能使城區(qū)夏季高溫下降 1 ℃ 以上，有效緩解日益嚴重的“熱島效應(yīng)”。

目前，北京市對永定河的治理工程中，在永定河沿線建立人工湖、水庫等，隨著水的增加，水的比熱容大，在同樣“受冷、受熱”時溫度變化較小，從而使夏天的溫度不會升得比過去高，冬天的溫度不會下降的比過去低，使溫度保持相對穩(wěn)定，從而成為一個巨大的“天然空調(diào)”。

（二）利用水的比熱容大來冷卻或取暖

1．水冷系統(tǒng)的應(yīng)用

人們很早就開始用水來冷卻發(fā)熱的機器，水的比熱容遠遠大于空氣，用水代替空氣作為散熱介質(zhì)，通過水泵將內(nèi)能增加的水帶走，組成水冷系統(tǒng)。這樣機器產(chǎn)生的熱量傳輸?shù)剿�中后水的溫度不會明顯上升，散熱性能優(yōu)于直接利用空氣和風(fēng)扇的系統(tǒng)。

熱機（例如汽車的發(fā)動機，發(fā)電廠的發(fā)電機等）的冷卻系統(tǒng)也用水作為冷卻液，也是利用了水的比熱容大這一特性。

2．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用

水稻是喜溫作物，在每年三四月份育苗的時候，為了防止霜凍，農(nóng)民普遍采用“淺水勤灌”的方法，即傍晚在秧田里灌一些水過夜，第二天太陽升起的時候，再把秧田中的水放掉。根據(jù)“水的比熱容大”的特性，在夜晚降溫時，使秧苗的溫度變化不大，對秧苗起了保溫作用。

3．熱水取暖

冬季供熱用的散熱器、暖氣片、暖水袋等均用水作為傳熱物質(zhì)，降溫時溫度變化不大。

4．其他

諸如在炎熱的夏天古代皇室用流水從屋頂上流下，起了防暑降溫作用；夏威夷是太平洋深處的一個島，那里氣候宜人，是旅游度假的圣地，除了景色誘人之外，還有一個主要原因就是冬暖夏涼。

四、“比熱容”教學(xué)策略

物理概念是反映對象的本質(zhì)屬性的思維形式。人們通過實踐，從對象的許多屬性中，撇開非本質(zhì)屬性，抽出本質(zhì)屬性概括而成。在概念形成階段，人的認識已從感性認識上升到理性認識，把握了事物的本質(zhì)。而物理概念是整個物理學(xué)知識的核心，它是學(xué)習(xí)物理學(xué)、理解物理公式含意、掌握其法則、規(guī)律等知識的基礎(chǔ)，同時也是學(xué)生特別是初中學(xué)生在學(xué)習(xí)中感到枯燥無味、難以掌握的一個關(guān)鍵。

比熱容是初中物理中一個非常重要的物理量，也是一個比較難理解的物理量。教材首先從日常生活常識出發(fā)，說明物質(zhì)在溫度變化時，吸收（或釋放）的熱量與物體質(zhì)量和溫度變化量有關(guān)，從而為比熱概念的引出作好鋪墊。然后安排演示實驗，引導(dǎo)學(xué)生觀察、對比、分析，最終抽象出比熱的概念，并進一步由比熱的定義說明其單位。最后列出一些常見物質(zhì)的比熱表，并聯(lián)系實際討論一些日�，F(xiàn)象。

（一）重、難點分析

重點分析： 比熱容的概念

比熱容是反映物質(zhì)特性的一個重要物理量，自然界中的許多現(xiàn)象和生產(chǎn)技術(shù)上的許多問題都跟物質(zhì)的比熱容有關(guān)，學(xué)好比熱容知識能使學(xué)生加深理解熱量的概念，更好的理解和運用熱量的計算公式。同時也是燃料的燃燒和熱機的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識。 只要搞清了“比熱容”的概念，那么有關(guān)熱量的計算公式、單位等的運用就迎刃而解了。因此怎樣講清“比熱容”概念是教學(xué)的關(guān)鍵。

難點分析： 比熱容的概念、比熱容與熱量、溫度、質(zhì)量三者間的變化關(guān)系。

比熱容這一概念對于初中學(xué)生來說是比較抽象的。初中學(xué)生處于從形象思維向抽象思維過渡時期，在學(xué)習(xí)本節(jié)之前，學(xué)生對質(zhì)量、溫度、熱量已有一定的認識，但這種認識具有一定的孤立性、片面性，沒有深刻意識到它們之間的相互聯(lián)系，因此“比熱容”是初中物理教學(xué)中的一個難點。

（二）教學(xué)策略

初中物理概念的教學(xué)是通過教師的教學(xué)設(shè)計，激發(fā)出學(xué)生對知識的需要,并由積極的準備狀態(tài)下，教師再利用各種適宜的方法，向?qū)W生闡明概念的形成過程，建立新舊知識的鏈接,讓學(xué)生對物理概念的建立有一個清晰的認識。教師的教學(xué)設(shè)計要使學(xué)生不但知“其然”，更要知其“所以然”，為他們正確理解、靈活運用概念和規(guī)律奠定基礎(chǔ)，而且這樣的教學(xué)設(shè)計，使學(xué)生對所學(xué)知識印象深刻，記憶牢固，這樣的學(xué)習(xí)效果才能很好。另外，物理概念的建立一般都含有一定的物理思維方法，在闡述它們的建立過程中學(xué)生也學(xué)會了一定的思維方法，這對提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的能力大有幫助。所以讓學(xué)生清晰而且準確地了解物理概念的建立和形成過程，是物理概念教學(xué)的必需階段。只有這樣的教學(xué)方式才能充分發(fā)揮教學(xué)在發(fā)展學(xué)生智力、培養(yǎng)學(xué)生能力方面的作用，才能讓學(xué)生對物理概念熟練掌握，從而運用起來能得心應(yīng)手。

因此在認識“比熱容”概念的時候就需要充實給學(xué)生豐富的感性認識與經(jīng)驗。讓學(xué)生從觀察日常生活中的現(xiàn)象入手，了解如何進行實驗設(shè)計、實驗操作，學(xué)會記錄實驗數(shù)據(jù)和信息，進行合作與交流。 即通過日常的活動感知或觀察實驗等一系列的實踐活動，或者根據(jù)已有的經(jīng)驗事實，獲得研究物理問題的感性材料，這是形成概念的基礎(chǔ)。 進一步從形象思維過渡到抽象思維，提出新知識，完成從實踐到理論的認識上的飛躍。

1．“比熱容”概念

（ 1 ）感性認識

觀察與實驗

從觀察日常生活中的現(xiàn)象入手， 通過日常的活動感知或觀察實驗等一系列的實踐活動，或者根據(jù)已有的經(jīng)驗事實，與形成概念有密切關(guān)系的物理現(xiàn)象加以描述，為形成概念積累一些必要的感性認識。

策略：創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境。