不改更精彩——蘇科版《物質的比熱容》課堂實錄與反思

王春林

(江蘇省江陰市石莊中學,江蘇　江陰　214446)

不改更精彩
——蘇科版《物質的比熱容》課堂實錄與反思

王春林

(江蘇省江陰市石莊中學,江蘇江陰214446)

摘要：比熱容的實驗操作較為繁瑣且誤差較大,所以很多老師出于讓實驗便于操作、節約時間的考慮,對實驗進行了改變,常將沙子換成油,將酒精燈加熱的方式換成其他加熱方式等等;筆者在最近的一次賽課中,按照蘇科版教材的編寫思路,對教材實驗進行深度的挖掘,取得了較好的教學效果.

關鍵詞：初中物理；比熱容；反思

1課堂教學實錄

(1)比較沙子和水吸熱升溫的現象

①引出問題

師:用兩個相同的電吹風分別給質量均為100g的小鐵球和用透明薄塑料袋包好的水同時加熱1min,然后向小鐵球上滴兩滴水,請學生觀察現象.

生:冒白煙了.

師:這一現象說明什么?

生:這一現象說明這時小鐵球溫度較高.

師:請一位學生用手輕觸一下小鐵球和水,大致感受一下這時小鐵球和水的溫度的差別.

生:小鐵球很燙,水是溫的.

師:生活中也有類似的現象,請舉例說明

生:在夏天的中午,陽臺上的瓷磚很燙,而這時陽臺上盆里的水是溫的.

生:在夏天的中午,海邊沙灘上的沙子很燙,這時的海水是涼的.

師:同樣都是在太陽的照射下,為什么沙子和海水的溫度不一樣呢?

②猜想與假設

生:海水蒸發要吸熱.

生:沙子傳熱快.

生:沙子吸熱快.

生:沙子吸熱多.

生:沙子吸熱本領強.

生:沙子溫度變化快.

師:如果到傍晚,海邊沙灘上的沙子就變涼了,這時的海水卻是溫的.

師:如果到夜里,陽臺上的瓷磚要比盆里的水涼的多.

師:請根據這些現象，說出哪種猜想是不對的?

生:到傍晚,海邊沙灘上的沙子就變涼了,這時的海水卻是溫的.所以沙子和海水的溫度不一樣不是海水蒸發吸熱引起的.

師:傳熱是把熱量傳給別的物質,我們研究的是沙子和水本身.

師:同樣都是在太陽的照射下,我們近似的認為相同面積下或者說相同質量的沙子和水吸收的熱量基本相等.

生:沙子和水吸收相同的熱量時升高的溫度不相同,即沙子吸熱升溫比水快.

③實驗設計

師:我們可以通過實驗去尋找真正的原因,實驗之前要先設計,實驗的關鍵是要模擬當時的環境,請同學以小組為單位討論，設計出實驗方案.

生:選取適量的質量相同的沙子和水.

生:用相同的兩個酒精燈給沙子和水加熱相同時間,這樣可以認為沙子和水吸收的熱量相等,然后記下沙子和水升高的溫度,再比較升溫快慢.

生:實驗時還要選用兩支相同的溫度計、兩片相同的石棉網、兩只相同的易拉罐，石棉網到酒精燈的高度也要相同,即要控制變量.

生:也可以只用一個酒精燈,因為用兩個酒精燈的時候,很難控制它們的火焰相同.

師:還要記錄哪些數據?

生:沙子和水的溫度.

生:加熱的時間.

師:加熱過程中要不斷攪拌,使溫度均勻,每隔1min測量一次溫度.在現在的氣溫條件下,可以待沙子和水的溫度達到30℃時,開始計時.

④進行實驗與記錄數據

師:請大家注意安全,分工合作.

學生討論分工,實驗并記錄數據.某一組的實驗數據如表1.

表1

⑤分析與結論

生:從實驗數據可以得出沙子升溫快.根據實驗數據畫出沙子和水的溫度隨時間變化的圖像(如圖1),可以更加直觀看出沙子升溫快.

圖1

生:不管從表格中的數據，還是從圖像都可以得出結論:質量相同的沙子和水,在相同的時間內吸收相同的熱量,沙子的溫度升得更高,或者說沙子升溫要快.

(2)分析不同物質吸熱升溫的現象——引出比熱容概念

師:如何讓水的溫度也升高到沙子的溫度呢?

生:給水繼續加熱.

師:當水的溫度也升高到沙子的溫度時,它們誰吸熱多?

生:質量相同的沙子和水升高相同的溫度時,要對水加熱更長的時間,所以水吸收的熱量比沙子吸收的熱量要多.

師:水或沙子升溫時還有什么特點?水或沙子升溫快慢大體相同.

生:水或沙子每升高相同的溫度需要加熱的時間即需要吸收的熱量大體相同.

師:研究表明質量相同的同種物質,升高相同的溫度吸收的熱量是相等的;質量相同的不同種物質,升高相同的溫度吸收的熱量一般是不相等的(見表2).

表2

師:根據表2，什么物質吸熱多?

生:冰吸熱多.

師:能不能說冰比鐵和鋁吸熱本領大?

生:能.因為它們的質量相等,升高的溫度也相等,可以根據吸收熱量的多少直接判斷它們吸熱本領的大小.

師:物理學中引入比熱容這個物理量,用來描述不同物質吸熱或放熱本領的大小.

師:如果兩種物質質量相同、但升高的溫度不相同,如何根據吸熱的多少比較它們吸熱本領的大小?

生:應再“規定”升高的溫度相同,然后再進行比較.

師:如果兩種物質升高的溫度相同,但質量不相同,如何根據吸熱的多少比較它們吸熱本領的大小呢?

生:應再“選取”質量相同,然后進行比較.

師:如果兩種物質質量不相同,升高的溫度也不相同(見表3),應如何根據吸熱的多少比較它們吸熱本領的大小?

表3

生:可以“算出”質量都為1kg、升高的溫度都為1℃的這兩種物質分別吸收的熱量(見表4),再比較它們吸熱的大小.

表4

師:如果質量為m、升高的溫度為Δt,吸收的熱量為Q的物質E,如表5所示,如何比較物質E和物質B的吸熱本領大小呢?

表5

生:可以“取”質量為1kg的物質E,算得其溫度升高1℃所吸收的熱量,如表6所示,再與表4中的物質B吸收的熱量進行比較.

表6

師:請同學想一想，說一說比熱容應如何定義?計算公式是怎樣的?單位是什么?請同學自學比熱容表.

(3)計算熱傳遞過程中吸收或放出的熱量——鞏固比熱容概念

師:請同學根據比熱容的定義,說一說C水=4.2×103J/(kg·℃)的物理意義.

生:1kg水溫度升高1℃吸收的熱量為4.2×103J.

師:1kg水溫度升高1℃吸收的熱量為4.2×103J,那么2kg水溫度升高1℃吸收的熱量為多少J?

生:2kg水溫度升高1℃吸收的熱量為4.2×103×2J.

師:2kg水溫度升高10℃吸收的熱量為多少J?

生:2kg水溫度升高10℃吸收的熱量為4.2×103×2×10J.

師:質量為m的水溫度升高Δt,它吸收的熱量為多少?

生:質量為m的水溫度升高Δt,它吸收的熱量Q吸=c水mΔt.

師:請同學自學課本46頁例題，并回答問題.

生:實際上燒開一壺水需要的熱量要小于所提供的熱量,因為在給水加熱的過程中,不可避免會有熱量損失.

師:假如其他條件都相同,用鋁制的水壺好,還是用銅制的水壺好?已知銅的比熱容是

0.39×103J/(kg·℃),鋁的比熱容是

0.88×103J/(kg·℃).

生:用銅制的水壺好,因為假如其他條件都相同,銅的比熱容比鋁的比熱容小,銅制的水壺吸收的熱量少.

師:請同學舉例說明生活中哪些地方利用了水的比熱容較大這一特點.

生:在冬天,人們常常在熱水袋中裝入熱水用來取暖.

生:汽車的發動機常常用水做冷卻劑.

師:在高度相同、但粗細不同的兩個透明玻璃容器中都加滿紅色的液體.

師:兩個容器高度相同,所能容納的液體不同,是什么原因?

生:兩個容器的粗細不同,但高度相同.

生:兩個容器的容積不同.

師:容器的粗細、容積大小看得見;物質的比熱容看不見,但它可以通過吸熱的多少反映出來.

師:今天我們做實驗可以用鋁制的易拉罐也可以用玻璃制的燒杯,查比熱容表可知鋁的比熱容是0.88×103J/(kg·℃),做燒杯的玻璃的比熱容約為0.97×103J/(kg·℃),一個剪了蓋的易拉罐的質量約為13g,一個200ml的玻璃燒杯質量約為65g,如果本次實驗它們的溫度都升高40℃,它們吸收的熱量各是多少？

師:從吸熱多少這方面分析,今天的實驗是用玻璃杯好,還是用易拉罐好,說一說理由?

生:從吸熱多少這方面分析,今天的實驗用易拉罐好,可以節約燃料.

(4)從物理走向生活——深化比熱容概念

師:假如有質量均為10kg的沙子和水,它們都吸收了3.864×105J的熱量,升高的溫度各是多少?已知水的比熱容是4.2×103J/(kg·℃),沙子的比熱容是0.92×103J/(kg·℃).

生:水升高的溫度約為9℃.

生:沙子升高的溫度為42℃.

生(總結):在質量相等、吸收熱量相等的情況下,水的比熱容大,溫度升高少,即水的比熱容大,不易升溫.

師:請同學閱讀“生活、物理、社會”欄目,體會海陸風的成因.

師:在高度相同、但粗細不同的兩個透明玻璃容器中都加入等量的紅色的液體.

師:向兩個容器中加入相同體積的液體,水面升高的高度不同,這是什么原因?

生:水面升得高對應的容器橫截面積小.

生:水面升得低對應的容器橫截面積大.

師:容器的粗細看得見;物質的比熱容看不見,但它可以通過吸熱的多少反映出來.

(5)齊唱小蘋果版《比熱容之歌》——點亮比熱容概念

生齊唱:我又多了一個新伙伴,它的形狀有點彎,看起來神奇又新鮮,四個字母三個在一邊,只有一個在上面,中間還有一條長長的分數線,你是我的比呀比熱容.別看我有點煩,要想理解一點也不難,實驗必須在之前,此歌會讓你對物理更加喜歡,你是我的比呀比熱容,每天看你一遍不嫌多,公式常住我心窩,點亮我學習的火火火火火,你是我的比呀比熱容.還有一點也很重要,注意安全的同時要節約環保,做完實驗快將火焰滅掉.

2教學反思

(1)驗證沙子和水升溫快慢的實驗方案不用改變

用蘇科版物理課本上小華提出的方案進行實驗,得到的數據和圖象可以直觀的驗證質量相等的沙子和水吸收相等的熱量,沙子升溫快;這個方案能很好地回應之前的猜想和問題,學生容易接受;接下來引導學生對實驗數據進行進一步分析,學生感知到如果要讓水也升高到沙子的溫度,要對水再加熱一段時間,即水要吸收更多的熱量,這一推理過程自然流暢.

(2)加熱的方式不用改變

酒精燈是初中物理實驗中最主要的熱源,操作比較簡單,使用相對安全;實驗中可以只用一個酒精燈逐個加熱沙子和水;不采用兩個酒精燈同時對沙子和水加熱,因為這樣雖然可以縮短實驗時間,但是要控制的變量較多,同時容易造成記錄數據的同學出錯,實驗的詳細過程來不及觀察.其實本實驗要控制的變量較多,對初中生而言很難同時控制這些變量.在這里可以滲透抓住主要矛盾以及抓住矛盾的主要方面這一哲學思想.

(3)實驗中的沙子不用改成油或其他物質

本課的探究實驗用沙子和水進行對比實驗比用油和水進行對比實驗效果好.用油和水進行對比實驗,優點是操作方便,實驗現象比較明顯.用沙子和水進行對比實驗,優點是整節課緊緊圍繞沙子和水這一“課眼”,學生思維集中,沙子拉近了教材與學生的距離,學生學得津津有味,腦科學研究也表明教學中創設社會化、多樣化的真實情境,可使學習者進入潛入式學習狀態.用沙子的缺點是在加熱時不易攪拌,解決的辦法是在易拉罐罐口處用另一鐵圈固定.

(4)引入比熱容概念的方式不用改變

比熱容概念的引入應按照比值定義的思路進行,即課本上的順序:不同的物質在質量相同,升高溫度相同時,吸收的熱量不同；而且質量相同的同種物質,升高相同的溫度吸收的熱量是相等的.在此基礎上提出、為了描述物質的這種差異,需要引入一個新的物理量來反映不同物質的吸熱能力.比較就要建立比較的標準,從具體到一般逐步過渡到比熱容的比值定義式.

(5)引出Q吸=cmΔt的方法不用改變

通過從認識水的比熱容的意義開始,然后以具體的數量關系一步一步引出Q吸=cmΔt,而不用從比熱容的定義式推導Q吸=cmΔt,這樣可以使復雜的問題簡單化,抽象的問題具體化.

(6)實驗中的易拉罐不用改成燒杯

用易拉罐代替燒杯可以更好的體現新課程的理念,拉近物理學與日常生活的聯系,讓學生深切感受到身邊瓶瓶罐罐都是很好的實驗資源;還可以讓學生無疑而有疑,有學生提到由比熱容表可知制易拉罐的鋁和制燒杯的玻璃比熱容相差不大,但一個剪了蓋的易拉罐只有13g左右,而一個200ml玻璃燒杯卻有65g左右,由公式Q=cmΔt可知在升高相同的溫度時易拉罐吸收的熱量比燒杯吸收的熱量要少得多,可以節約能源,這樣,在教學中運用動態的、生成性的資源,讓學生有疑而思解,解疑而心悅.

參考文獻:

劉炳昇,李容.義務教育教科書物理九年級上冊.南京:江蘇科學技術出版社,2013.

廖伯琴,何潤偉.物理九年級.上海:上海科學技術出版社,2011.