逍遥学能 2018-09-13 15:11
一、“热量、比热容”研究
（一）学科知识结构中的地位及相互关系
比热容又称比热容量，简称比热，是单位质量物质的热容量，即使单位质量物体改变单位温度时吸收或释放的内能。比热容是表示物质热性质的物理量。
比热容是表征物质特性的一个重要物理量，反映物质吸、放热本领的物理量,是物质吸、放热量的能力，在国家课程标准中“能量 - 内能”中包含了比热容的几点要求：
[转载]初中物理“比热容”教究学研与案例评析 了解热量的概念。
[转载]初中物理“比热容”教究学研与案例评析 通过实验，了解比热容的概念。
[转载]初中物理“比热容”教究学研与案例评析 尝试用比热容解释简单的自然现象。
其内容涵盖了：热量及其单位；比热容的概念；会用比热容的概念分析、判断有关问题；会查比热容表；根据比热容进行简单的热量计算。
作为表征物质特性的一个重要物理量，比热容概念的建立是分析许多有关现象的理论依据，对学生后续学习会产生重要影响，是学生必须建立的基本物理量。
（二）“热量、比热容”在热学知识中的地位
物理概念是整个物理学知识的核心，它是学习物理学、理解物理公式含意、掌握其法则、规律等知识的基础，同时也是学生特别是初中学生在学习中感到枯燥无味、难以掌握的一个关键。“热量、比热容”是初中热学的重要内容，在学习了机械能的基础上，把能量的研究拓展到内能，并开始用物质微观结构的知识来解释宏观现象。为从分子结构观点理解物体内能的本质打下基础，也为下一单元燃料的燃烧和热机的学习做好了准备。
比热容是反映物质吸、放热本领的物理量，是物质的一种重要热学特性，是进一步学习热学知识的基础概念，也是分析许多有关现象的理论依据 , 在热学中具有重要的地位。
知识联系：
1．热量
热量是物体在热传递过程中传递能的数量。热量与物质的比热、质量和温度的变化量有关，因此，说物体“具有”多少热量是错误的。热量是可以“传递”的，在热传递过程中，物体的内能要随之发生变化（在有些资料中，将在热传递过程中，物体内能改变的多少定义为热量）。一般情况下，此时物体的温度也同时发生变化，但是也有例外。如在某些物态变化的过程中，无论物体是吸热还是放热，温度均保持不变。
热量的实质是在热传递过程中，内能转移多少或传递能量多少的量度。
由于温度差，在热传递过程中，物体（系统）吸收或放出能量的多少，叫做“热量”。它与做功一样，都是系统能量传递的一种形式，并可作为系统能量变化的量度。热量是热学中最重要的概念之一，它是量度系统内能变化的物理量。在热传递的过程中，实质上是能量转移的过程，而热量就是能量转换的一种量度。热传递的条件是系统间必须有温度差，参加热交换不同温度的物体（或系统）之间，热量总是由高温物体（或系统）向低温物体（或系统）传递的，直到两个物体的温度相同，达到热的平衡为止。
2．温度变化
温度表示物体的冷热程度，同时也表示物体内大量分子作无规则运动的快慢 程度。温度可以是物体所“具有”的，但它是不能“传递”的。温度的变化用“升高”和“降低”来描述，温度与热量、内能均有密切联系。
物体内分子热运动的宏观表现，温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。温度没有高极点，只有理论低极点“绝对零度”。“绝对零度”是无法通过有限步骤达到的。目前国际上用得较多的温标有华氏温标 (F) 、摄氏温标（℃）、热力学温标 (K) 和国际实用温标。温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式。分子运动愈快，物体愈热，即温度愈高；分子运动愈慢，物体愈冷，即温度愈低。
知识扩展：在工程实际应用上常用定压比热容 CP 、定容比热容 CV 、饱和状态比热容三种。
（定压比热容 Cp 是单位质量的物质在压力不变的条件下，温度升高或下降 1 ℃ 或 1K 所吸收或放出的能量。
定容比热容 Cv 是单位质量的物质在容积（体积）不变的条件下，温度升高或下降 1 ℃ 或 1K 吸收或放出的内能。
饱和状态比热容是单位质量的物质在某饱和状态时，温度升高或下降 1 ℃ 或 1K 所吸收或放出的热量。）
比热容与过程的性质及温度有关。因此，初中物理课本对比热容的定义是不严密的。但是，由于在初中不涉及比热与过程和温度的关系，所以很难对比热下一个严密的定义。同时，对于固体和液体，其热膨胀系数很小，因膨胀对外做功可以忽略不计，定压热容量和定容热容量相差很小，可以不考虑过程对比热的影响，对大多数晶体来说，在通常温度下其热容量可以认为是一常数，也可以不考虑温度对比热容的影响，因此，初中物理课本对比热容的定义，对一般固体和液体在通常温度下是近似正确的。
比热容是反映物质吸、放热本领的一个物理量，不同物质吸热升温或放热降温本领一般是不同的，通常把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叫做这种物质的比热容。常用比热容的单位是焦耳 / （千克 · ℃），符号为 J/(kg· ℃ ) 。
二、学习比热容知识对于现实生活的重要作用
比热容所涉及的科学内容，多数与日常生活和自然现象联系紧密，与工农业、工程应用相联系。因此学习比热容是了解物质的基本属性、认识物质的必经过程，是应用物质的不同属性解决实际问题、造福社会的前提，是物理学习的基础。
科学认识物理常数表对日常生活与工农业、工程应用有着重要的作用。
学生读懂比热容表、会查比热容表是学习的基础，更重要的是在实际应用中加以利用，对现代生活中意义深远。
三、 比热容知识的应用
（一） 利用水的比热容大来调节气候
水的比热容较大，对于气候的变化有显著的影响。在同样受热或冷却的情况下，水的温度变化小一些，水的这个特征对气候影响很大，白天沿海地区比内陆地区升温慢，夜晚沿海温度降低少，为此一天中沿海地区温度变化小，内陆温度变化大，一年之中夏季内陆比沿海炎热，冬季内陆比沿海寒冷。海陆风的形成原因与之类似。
1．对气温的影响
据消息，三峡水库蓄水后，这个世界上最大的人工湖将成为一个天然“空调”，使山城重庆的气候冬暖夏凉。据估计，夏天气温可能会因此下降 5 ℃ ，冬天气温可能会上升 3 到 4 ℃。
2．热岛效应的缓解
晴朗无风的夏日，海岛上的地面气温，高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。近年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，在温度的空间分布上，城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。在缓解热岛效应方面，专家测算，一个中型城市环城绿化带树苗长成浓荫后，绿化带常年涵养水源相当于一座中型水库，由于水的比热容大，能使城区夏季高温下降 1 ℃ 以上，有效缓解日益严重的“热岛效应”。
目前，北京市对永定河的治理工程中，在永定河沿线建立人工湖、水库等，随着水的增加，水的比热容大，在同样“受冷、受热”时温度变化较小，从而使夏天的温度不会升得比过去高，冬天的温度不会下降的比过去低，使温度保持相对稳定，从而成为一个巨大的“天然空调”。
（二）利用水的比热容大来冷却或取暖
1．水冷系统的应用
人们很早就开始用水来冷却发热的机器，水的比热容远远大于空气，用水代替空气作为散热介质，通过水泵将内能增加的水带走，组成水冷系统。这样机器产生的热量传输到水中后水的温度不会明显上升，散热性能优于直接利用空气和风扇的系统。
热机（例如汽车的发动机，发电厂的发电机等）的冷却系统也用水作为冷却液，也是利用了水的比热容大这一特性。
2．农业生产上的应用
水稻是喜温作物，在每年三四月份育苗的时候，为了防止霜冻，农民普遍采用“浅水勤灌”的方法，即傍晚在秧田里灌一些水过夜，第二天太阳升起的时候，再把秧田中的水放掉。根据“水的比热容大”的特性，在夜晚降温时，使秧苗的温度变化不大，对秧苗起了保温作用。
3．热水取暖
冬季供热用的散热器、暖气片、暖水袋等均用水作为传热物质，降温时温度变化不大。
4．其他
诸如在炎热的夏天古代皇室用流水从屋顶上流下，起了防暑降温作用；夏威夷是太平洋深处的一个岛，那里气候宜人，是旅游度假的圣地，除了景色诱人之外，还有一个主要原因就是冬暖夏凉。
四、“比热容”教学策略
物理概念是反映对象的本质属性的思维形式。人们通过实践，从对象的许多属性中，撇开非本质属性，抽出本质属性概括而成。在概念形成阶段，人的认识已从感性认识上升到理性认识，把握了事物的本质。而物理概念是整个物理学知识的核心，它是学习物理学、理解物理公式含意、掌握其法则、规律等知识的基础，同时也是学生特别是初中学生在学习中感到枯燥无味、难以掌握的一个关键。
比热容是初中物理中一个非常重要的物理量，也是一个比较难理解的物理量。教材首先从日常生活常识出发，说明物质在温度变化时，吸收（或释放）的热量与物体质量和温度变化量有关，从而为比热概念的引出作好铺垫。然后安排演示实验，引导学生观察、对比、分析，最终抽象出比热的概念，并进一步由比热的定义说明其单位。最后列出一些常见物质的比热表，并联系实际讨论一些日常现象。
（一）重、难点分析
重点分析： 比热容的概念
比热容是反映物质特性的一个重要物理量，自然界中的许多现象和生产技术上的许多问题都跟物质的比热容有关，学好比热容知识能使学生加深理解热量的概念，更好的理解和运用热量的计算公式。同时也是燃料的燃烧和热机的学习基础知识。 只要搞清了“比热容”的概念，那么有关热量的计算公式、单位等的运用就迎刃而解了。因此怎样讲清“比热容”概念是教学的关键。
难点分析： 比热容的概念、比热容与热量、温度、质量三者间的变化关系。
比热容这一概念对于初中学生来说是比较抽象的。初中学生处于从形象思维向抽象思维过渡时期，在学习本节之前，学生对质量、温度、热量已有一定的认识，但这种认识具有一定的孤立性、片面性，没有深刻意识到它们之间的相互联系，因此“比热容”是初中物理教学中的一个难点。
（二）教学策略
初中物理概念的教学是通过教师的教学设计，激发出学生对知识的需要,并由积极的准备状态下，教师再利用各种适宜的方法，向学生阐明概念的形成过程，建立新旧知识的链接,让学生对物理概念的建立有一个清晰的认识。教师的教学设计要使学生不但知“其然”，更要知其“所以然”，为他们正确理解、灵活运用概念和规律奠定基础，而且这样的教学设计，使学生对所学知识印象深刻，记忆牢固，这样的学习效果才能很好。另外，物理概念的建立一般都含有一定的物理思维方法，在阐述它们的建立过程中学生也学会了一定的思维方法，这对提高学生学习物理的能力大有帮助。所以让学生清晰而且准确地了解物理概念的建立和形成过程，是物理概念教学的必需阶段。只有这样的教学方式才能充分发挥教学在发展学生智力、培养学生能力方面的作用，才能让学生对物理概念熟练掌握，从而运用起来能得心应手。
因此在认识“比热容”概念的时候就需要充实给学生丰富的感性认识与经验。让学生从观察日常生活中的现象入手，了解如何进行实验设计、实验操作，学会记录实验数据和信息，进行合作与交流。 即通过日常的活动感知或观察实验等一系列的实践活动，或者根据已有的经验事实，获得研究物理问题的感性材料，这是形成概念的基础。 进一步从形象思维过渡到抽象思维，提出新知识，完成从实践到理论的认识上的飞跃。
1．“比热容”概念
（ 1 ）感性认识
观察与实验
从观察日常生活中的现象入手， 通过日常的活动感知或观察实验等一系列的实践活动，或者根据已有的经验事实，与形成概念有密切关系的物理现象加以描述，为形成概念积累一些必要的感性认识。
策略：创设教学情境。