不改更精彩——苏科版《物质的比热容》课堂实录与反思

王春林

(江苏省江阴市石庄中学,江苏　江阴　214446)

不改更精彩
——苏科版《物质的比热容》课堂实录与反思

王春林

(江苏省江阴市石庄中学,江苏江阴214446)

摘要：比热容的实验操作较为繁琐且误差较大,所以很多老师出于让实验便于操作、节约时间的考虑,对实验进行了改变,常将沙子换成油,将酒精灯加热的方式换成其他加热方式等等;笔者在最近的一次赛课中,按照苏科版教材的编写思路,对教材实验进行深度的挖掘,取得了较好的教学效果.

关键词：初中物理；比热容；反思

1课堂教学实录

(1)比较沙子和水吸热升温的现象

①引出问题

师:用两个相同的电吹风分别给质量均为100g的小铁球和用透明薄塑料袋包好的水同时加热1min,然后向小铁球上滴两滴水,请学生观察现象.

生:冒白烟了.

师:这一现象说明什么?

生:这一现象说明这时小铁球温度较高.

师:请一位学生用手轻触一下小铁球和水,大致感受一下这时小铁球和水的温度的差别.

生:小铁球很烫,水是温的.

师:生活中也有类似的现象,请举例说明

生:在夏天的中午,阳台上的瓷砖很烫,而这时阳台上盆里的水是温的.

生:在夏天的中午,海边沙滩上的沙子很烫,这时的海水是凉的.

师:同样都是在太阳的照射下,为什么沙子和海水的温度不一样呢?

②猜想与假设

生:海水蒸发要吸热.

生:沙子传热快.

生:沙子吸热快.

生:沙子吸热多.

生:沙子吸热本领强.

生:沙子温度变化快.

师:如果到傍晚,海边沙滩上的沙子就变凉了,这时的海水却是温的.

师:如果到夜里,阳台上的瓷砖要比盆里的水凉的多.

师:请根据这些现象，说出哪种猜想是不对的?

生:到傍晚,海边沙滩上的沙子就变凉了,这时的海水却是温的.所以沙子和海水的温度不一样不是海水蒸发吸热引起的.

师:传热是把热量传给别的物质,我们研究的是沙子和水本身.

师:同样都是在太阳的照射下,我们近似的认为相同面积下或者说相同质量的沙子和水吸收的热量基本相等.

生:沙子和水吸收相同的热量时升高的温度不相同,即沙子吸热升温比水快.

③实验设计

师:我们可以通过实验去寻找真正的原因,实验之前要先设计,实验的关键是要模拟当时的环境,请同学以小组为单位讨论，设计出实验方案.

生:选取适量的质量相同的沙子和水.

生:用相同的两个酒精灯给沙子和水加热相同时间,这样可以认为沙子和水吸收的热量相等,然后记下沙子和水升高的温度,再比较升温快慢.

生:实验时还要选用两支相同的温度计、两片相同的石棉网、两只相同的易拉罐，石棉网到酒精灯的高度也要相同,即要控制变量.

生:也可以只用一个酒精灯,因为用两个酒精灯的时候,很难控制它们的火焰相同.

师:还要记录哪些数据?

生:沙子和水的温度.

生:加热的时间.

师:加热过程中要不断搅拌,使温度均匀,每隔1min测量一次温度.在现在的气温条件下,可以待沙子和水的温度达到30℃时,开始计时.

④进行实验与记录数据

师:请大家注意安全,分工合作.

学生讨论分工,实验并记录数据.某一组的实验数据如表1.

表1

⑤分析与结论

生:从实验数据可以得出沙子升温快.根据实验数据画出沙子和水的温度随时间变化的图像(如图1),可以更加直观看出沙子升温快.

图1

生:不管从表格中的数据，还是从图像都可以得出结论:质量相同的沙子和水,在相同的时间内吸收相同的热量,沙子的温度升得更高,或者说沙子升温要快.

(2)分析不同物质吸热升温的现象——引出比热容概念

师:如何让水的温度也升高到沙子的温度呢?

生:给水继续加热.

师:当水的温度也升高到沙子的温度时,它们谁吸热多?

生:质量相同的沙子和水升高相同的温度时,要对水加热更长的时间,所以水吸收的热量比沙子吸收的热量要多.

师:水或沙子升温时还有什么特点?水或沙子升温快慢大体相同.

生:水或沙子每升高相同的温度需要加热的时间即需要吸收的热量大体相同.

师:研究表明质量相同的同种物质,升高相同的温度吸收的热量是相等的;质量相同的不同种物质,升高相同的温度吸收的热量一般是不相等的(见表2).

表2

师:根据表2，什么物质吸热多?

生:冰吸热多.

师:能不能说冰比铁和铝吸热本领大?

生:能.因为它们的质量相等,升高的温度也相等,可以根据吸收热量的多少直接判断它们吸热本领的大小.

师:物理学中引入比热容这个物理量,用来描述不同物质吸热或放热本领的大小.

师:如果两种物质质量相同、但升高的温度不相同,如何根据吸热的多少比较它们吸热本领的大小?

生:应再“规定”升高的温度相同,然后再进行比较.

师:如果两种物质升高的温度相同,但质量不相同,如何根据吸热的多少比较它们吸热本领的大小呢?

生:应再“选取”质量相同,然后进行比较.

师:如果两种物质质量不相同,升高的温度也不相同(见表3),应如何根据吸热的多少比较它们吸热本领的大小?

表3

生:可以“算出”质量都为1kg、升高的温度都为1℃的这两种物质分别吸收的热量(见表4),再比较它们吸热的大小.

表4

师:如果质量为m、升高的温度为Δt,吸收的热量为Q的物质E,如表5所示,如何比较物质E和物质B的吸热本领大小呢?

表5

生:可以“取”质量为1kg的物质E,算得其温度升高1℃所吸收的热量,如表6所示,再与表4中的物质B吸收的热量进行比较.

表6

师:请同学想一想，说一说比热容应如何定义?计算公式是怎样的?单位是什么?请同学自学比热容表.

(3)计算热传递过程中吸收或放出的热量——巩固比热容概念

师:请同学根据比热容的定义,说一说C水=4.2×103J/(kg·℃)的物理意义.

生:1kg水温度升高1℃吸收的热量为4.2×103J.

师:1kg水温度升高1℃吸收的热量为4.2×103J,那么2kg水温度升高1℃吸收的热量为多少J?

生:2kg水温度升高1℃吸收的热量为4.2×103×2J.

师:2kg水温度升高10℃吸收的热量为多少J?

生:2kg水温度升高10℃吸收的热量为4.2×103×2×10J.

师:质量为m的水温度升高Δt,它吸收的热量为多少?

生:质量为m的水温度升高Δt,它吸收的热量Q吸=c水mΔt.

师:请同学自学课本46页例题，并回答问题.

生:实际上烧开一壶水需要的热量要小于所提供的热量,因为在给水加热的过程中,不可避免会有热量损失.

师:假如其他条件都相同,用铝制的水壶好,还是用铜制的水壶好?已知铜的比热容是

0.39×103J/(kg·℃),铝的比热容是

0.88×103J/(kg·℃).

生:用铜制的水壶好,因为假如其他条件都相同,铜的比热容比铝的比热容小,铜制的水壶吸收的热量少.

师:请同学举例说明生活中哪些地方利用了水的比热容较大这一特点.

生:在冬天,人们常常在热水袋中装入热水用来取暖.

生:汽车的发动机常常用水做冷却剂.

师:在高度相同、但粗细不同的两个透明玻璃容器中都加满红色的液体.

师:两个容器高度相同,所能容纳的液体不同,是什么原因?

生:两个容器的粗细不同,但高度相同.

生:两个容器的容积不同.

师:容器的粗细、容积大小看得见;物质的比热容看不见,但它可以通过吸热的多少反映出来.

师:今天我们做实验可以用铝制的易拉罐也可以用玻璃制的烧杯,查比热容表可知铝的比热容是0.88×103J/(kg·℃),做烧杯的玻璃的比热容约为0.97×103J/(kg·℃),一个剪了盖的易拉罐的质量约为13g,一个200ml的玻璃烧杯质量约为65g,如果本次实验它们的温度都升高40℃,它们吸收的热量各是多少？

师:从吸热多少这方面分析,今天的实验是用玻璃杯好,还是用易拉罐好,说一说理由?

生:从吸热多少这方面分析,今天的实验用易拉罐好,可以节约燃料.

(4)从物理走向生活——深化比热容概念

师:假如有质量均为10kg的沙子和水,它们都吸收了3.864×105J的热量,升高的温度各是多少?已知水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),沙子的比热容是0.92×103J/(kg·℃).

生:水升高的温度约为9℃.

生:沙子升高的温度为42℃.

生(总结):在质量相等、吸收热量相等的情况下,水的比热容大,温度升高少,即水的比热容大,不易升温.

师:请同学阅读“生活、物理、社会”栏目,体会海陆风的成因.

师:在高度相同、但粗细不同的两个透明玻璃容器中都加入等量的红色的液体.

师:向两个容器中加入相同体积的液体,水面升高的高度不同,这是什么原因?

生:水面升得高对应的容器横截面积小.

生:水面升得低对应的容器横截面积大.

师:容器的粗细看得见;物质的比热容看不见,但它可以通过吸热的多少反映出来.

(5)齐唱小苹果版《比热容之歌》——点亮比热容概念

生齐唱:我又多了一个新伙伴,它的形状有点弯,看起来神奇又新鲜,四个字母三个在一边,只有一个在上面,中间还有一条长长的分数线,你是我的比呀比热容.别看我有点烦,要想理解一点也不难,实验必须在之前,此歌会让你对物理更加喜欢,你是我的比呀比热容,每天看你一遍不嫌多,公式常住我心窝,点亮我学习的火火火火火,你是我的比呀比热容.还有一点也很重要,注意安全的同时要节约环保,做完实验快将火焰灭掉.

2教学反思

(1)验证沙子和水升温快慢的实验方案不用改变

用苏科版物理课本上小华提出的方案进行实验,得到的数据和图象可以直观的验证质量相等的沙子和水吸收相等的热量,沙子升温快;这个方案能很好地回应之前的猜想和问题,学生容易接受;接下来引导学生对实验数据进行进一步分析,学生感知到如果要让水也升高到沙子的温度,要对水再加热一段时间,即水要吸收更多的热量,这一推理过程自然流畅.

(2)加热的方式不用改变

酒精灯是初中物理实验中最主要的热源,操作比较简单,使用相对安全;实验中可以只用一个酒精灯逐个加热沙子和水;不采用两个酒精灯同时对沙子和水加热,因为这样虽然可以缩短实验时间,但是要控制的变量较多,同时容易造成记录数据的同学出错,实验的详细过程来不及观察.其实本实验要控制的变量较多,对初中生而言很难同时控制这些变量.在这里可以渗透抓住主要矛盾以及抓住矛盾的主要方面这一哲学思想.

(3)实验中的沙子不用改成油或其他物质

本课的探究实验用沙子和水进行对比实验比用油和水进行对比实验效果好.用油和水进行对比实验,优点是操作方便,实验现象比较明显.用沙子和水进行对比实验,优点是整节课紧紧围绕沙子和水这一“课眼”,学生思维集中,沙子拉近了教材与学生的距离,学生学得津津有味,脑科学研究也表明教学中创设社会化、多样化的真实情境,可使学习者进入潜入式学习状态.用沙子的缺点是在加热时不易搅拌,解决的办法是在易拉罐罐口处用另一铁圈固定.

(4)引入比热容概念的方式不用改变

比热容概念的引入应按照比值定义的思路进行,即课本上的顺序:不同的物质在质量相同,升高温度相同时,吸收的热量不同；而且质量相同的同种物质,升高相同的温度吸收的热量是相等的.在此基础上提出、为了描述物质的这种差异,需要引入一个新的物理量来反映不同物质的吸热能力.比较就要建立比较的标准,从具体到一般逐步过渡到比热容的比值定义式.

(5)引出Q吸=cmΔt的方法不用改变

通过从认识水的比热容的意义开始,然后以具体的数量关系一步一步引出Q吸=cmΔt,而不用从比热容的定义式推导Q吸=cmΔt,这样可以使复杂的问题简单化,抽象的问题具体化.

(6)实验中的易拉罐不用改成烧杯

用易拉罐代替烧杯可以更好的体现新课程的理念,拉近物理学与日常生活的联系,让学生深切感受到身边瓶瓶罐罐都是很好的实验资源;还可以让学生无疑而有疑,有学生提到由比热容表可知制易拉罐的铝和制烧杯的玻璃比热容相差不大,但一个剪了盖的易拉罐只有13g左右,而一个200ml玻璃烧杯却有65g左右,由公式Q=cmΔt可知在升高相同的温度时易拉罐吸收的热量比烧杯吸收的热量要少得多,可以节约能源,这样,在教学中运用动态的、生成性的资源,让学生有疑而思解,解疑而心悦.

参考文献:

刘炳昇,李容.义务教育教科书物理九年级上册.南京:江苏科学技术出版社,2013.

廖伯琴,何润伟.物理九年级.上海:上海科学技术出版社,2011.