“比熱容”概念教學(xué)新探

中學(xué)物理比值定義物理量有四個(gè)階段，初中物理只有兩個(gè)階段，“速度”、“密度”、“壓強(qiáng)”、“功率”等是第一階段，“比熱容”涉及三個(gè)物理的比，是比值定義的第二階段，學(xué)生接受起來(lái)較為困難，因此，人教版九年級(jí)物理課本（2013版）在進(jìn)行了簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)探究后，直接給出了概念：“一定質(zhì)量的某種物質(zhì)，在溫度升高時(shí)吸收的熱量與它的質(zhì)量和升高的溫度乘積之比，叫做這種物質(zhì)的比熱容。”這樣一來(lái)，概念是有了，但在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生對(duì)概念依然難解。針對(duì)這一問(wèn)題，我在該概念上的教學(xué)進(jìn)行了如下探索：

一、物體吸收的熱量Q吸與物體質(zhì)量m ，升高的溫度△t有關(guān)

學(xué)生對(duì)于Q吸與 m、△t有關(guān)，理解起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下兩個(gè)探究，并在課中匯報(bào)。

探究一：用開水壺?zé)容^燒開一壺水與燒開半壺水的時(shí)間，并嘗試解釋；探究二：比較把一壺水加熱至60 ℃和把這壺水加熱至沸騰的時(shí)間，并嘗試解釋。通過(guò)上述兩個(gè)探究，得出結(jié)論：Q吸與 m 、△t 有關(guān)。

二、不同種類的物質(zhì)，吸熱能力不同

不同物質(zhì)吸熱能力不同的探究，是理解比熱容概念的關(guān)鍵，因此本堂課實(shí)驗(yàn)探究的核心正在于此。而要比較不同物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)， 應(yīng)控制物體質(zhì)量m和△t相同 ，或控制物體質(zhì)量m與Q吸相同。

先來(lái)看看課本上出現(xiàn)過(guò)的三種實(shí)驗(yàn)方案，我依照熱源分成酒精燈方案、電加熱器方案、紅外線加熱器方案。

以上為方案一，酒精燈方案，舊人教版物理課本采用。

以上為方案二，電加熱器方案，現(xiàn)人教版物理課本采用。

以上為方案三，紅外線加熱器方案，現(xiàn)人教版物理課本拓展性實(shí)驗(yàn)采用。

細(xì)心對(duì)比三種方案，我發(fā)現(xiàn)了它們?cè)谠O(shè)計(jì)上的優(yōu)點(diǎn)與不足：

紅外線加熱器方案，可以定量、自動(dòng)讀溫，但強(qiáng)調(diào)目的，學(xué)生不清楚探究過(guò)程，且器材較為先進(jìn)，很多學(xué)校均不配備，不適合學(xué)生的小組探究，暫不考慮。目前課本的電加熱器方案操作雖然簡(jiǎn)單，但有著追求結(jié)果，不重思維過(guò)程的不足。

之前人教版舊教材選擇的是酒精燈方案，使用酒精燈加熱，最大的困難在于熱源難以控制，很難實(shí)現(xiàn)使兩種物質(zhì)的吸熱相等，所以目前沒(méi)有選用。但是，如果能將酒精燈方案的不足加以改進(jìn)，還能更重視思維過(guò)程。我的改進(jìn)方案是：預(yù)設(shè)加熱時(shí)間為4分鐘，當(dāng)加熱至一半時(shí)間也就是2分鐘時(shí)，讓酒精燈“交換場(chǎng)地”，繼續(xù)加熱2分鐘，這樣便可以讓兩種物質(zhì)的Q吸近于相等，達(dá)到更好控制熱源的目的。正是因?yàn)榻?jīng)歷了交換酒精燈這一行為，加深了學(xué)生對(duì)控制變量的印象，更重視過(guò)程。

由于本實(shí)驗(yàn)控制了水和食用油的質(zhì)量m、二者吸收的熱量Q吸相同，通過(guò)溫度計(jì)讀數(shù)可以知道，水的溫度上升得慢，食用油溫度上升得快，因此學(xué)生可以得出結(jié)論：水如果要上升到跟食用油相同的溫度，它就要吸收更多的熱量，因此，水的吸熱能力更強(qiáng)！

但是能不能得出不同物質(zhì)的吸熱的本領(lǐng)就是不同的？不可以，因?yàn)橹蛔隽艘唤M實(shí)驗(yàn)，尚不能得出普遍規(guī)律。在教師的引導(dǎo)下，讓不同的小組進(jìn)行不同的分組實(shí)驗(yàn)：水與沙子吸熱本領(lǐng)的比較水與酒精吸熱本領(lǐng)的比較……實(shí)驗(yàn)完成實(shí)驗(yàn)后，他們可以嘗試說(shuō)明炎炎烈日之下，沙灘的熱和海水的涼。最終得出：不同物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)一般是不同的。至此，可以說(shuō)明：物理學(xué)上為了表示不同物質(zhì)這種性質(zhì)上的差別引入比熱容。比熱容的概念得到了定性。

三、生成比熱容的比值概念

通過(guò)前面的探究學(xué)生已經(jīng)知道，m和△t都相同的兩種物質(zhì)，通過(guò)比較Q來(lái)比較他們的吸熱能力，但是，如果m和△t都不同，怎么比較物質(zhì)的吸熱能力？為了幫助學(xué)生解決這一困惑，我們可以引導(dǎo)他們利用除法運(yùn)算進(jìn)行“折算”：即把不同m“折算”成相同的同m，把不同△t“折算”成相同的同相同△t，而把m“折算”成1kg和把△t“折算”成1℃將會(huì)使使計(jì)算變得非常方便，例如：請(qǐng)比較AB兩種物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)-5kg的A物質(zhì)，溫度升高3 ℃，吸收了：6.3 ×104J熱量；3 kg的B物質(zhì)，溫度升高8 ℃，吸收了：5.76 ×104J熱量。

學(xué)生運(yùn)用除法，把A物質(zhì)的質(zhì)量“折算”成1kg后，把溫度“折算”成1℃后，此時(shí)的Q吸為：4.2×103J；用同樣的方法“折算”B物質(zhì)，得到B物質(zhì)的Q吸為：2.4×103J。由此可見，A物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)比B物質(zhì)要強(qiáng)。通過(guò)比較Q吸來(lái)比較吸熱本領(lǐng)，而折算后的Q吸在數(shù)值上等于比熱容。我們實(shí)驗(yàn)的過(guò)程是吸熱，若是放熱呢？經(jīng)過(guò)思考后，學(xué)生回答：放熱是吸熱的逆過(guò)程，數(shù)值上是相等的。到這里，學(xué)生驚喜的發(fā)現(xiàn)，他們已經(jīng)用自己的筆生成了比熱容的比值定義：C= ，并可以根據(jù)自己的理解，去解釋某物質(zhì)比熱容的意義：1kg某種物質(zhì)，溫度上升或下降1 ℃，所吸收或放出的熱量在數(shù)值上等于比熱容。

課堂至此，學(xué)生通過(guò)探究，經(jīng)歷了概念的形成過(guò)程，并能嘗試用概念解釋簡(jiǎn)單的生活現(xiàn)象，概念教學(xué)的目標(biāo)順利達(dá)成了。