比热容 案例1

比热容教学案例烟台三中分校闫大伟1、教材版本义务教育课程标准实验教科书鲁教版五四制中学物理九年级上册 第十一章 热和能第四节比热容。2、目标生成教材分析分析一：比热容一直是初中教学的难点，是初中物理中一个非常重要的物理 量，也是一个难理解的物理量。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，并且通过想想议议让学生讨论得出热量的计算公式，并联系实际讨论一些日 常现象。分析二：比热是一个比较抽象的概念，通过对它的学习，可以有意识地培养 学生抽象思维能力。比热容的实验操作较为繁琐且误差较大，往往导致概念难以 建立，建立后的概念又由于内涵较深、外延较广，涉及热量、温度变化、质量三 重概念间的关系，学生难以理解。笔者认为，授课时应大胆改进探究实验，在尊 重编者所确立的“探究思想”的前提下建构“身边的物理”，采用更为科学的探 究流程，才能真正让学生获得知识与技能、情感与态度等方面的发展，特别是获 得能力发展和深层次的情感体验，获得解决问题的方法。（2）学情分析 学生的兴趣：以生活中常见的沙滩上海水和沙子温度的差别为问题，适时 且合理地为学生创设情境激趣，通过情景吸引他们的注意力，从而引导学生去观 察、去分析、去动手、去探究，在活动中体验、感悟，归纳实验数据，运用物理 科学方法获得并掌握新的知识。 学生的知识基础：学生在生活中对于加热水和加热花生油有感性认识，也 有疑惑。学生不知道加热水和加热油有哪些区别，以及不知道由此获得的知识在 生活中有那么多而且那么重要的应用。学生在前面学过的相关知识有物质的分子 构成，物质的三态变化，物质的内能、热量、热传递的相关知识。这些知识都将 是学生建构新知的有力支撑，教学中要充分利用学生的已有的知识经验，使学生 积极主动地参与教学过程。 学生的认识特点：初中生的认识感性多于理性，他们的思维方式主要是形 象思维，由于热量看不见，摸不着，所以学生对比热容的学习存在着思维障碍， 因此需要在精彩的实验下进行比较感性的认识并加强亲身体验。（3）自我经验及背景分析在以往教学过程中，我采用的教学流程是通过学生在河边发现岸边的石头烫 脚而河水却很凉，由此提出问题，河水与石头的吸热本领是否不同呢？然后通过 演示实验用酒精灯对等质量的水和色拉油加热相同时间，比较上升的温度，由此 判断物质吸热能力是不同的。然后告诉学生，我们用比热容这个物理量描述物质 吸热能力的不同，进而告诉学生比热容的定义、计算公式、单位。然后运用比热 容的相关知识来分析生活中的相关现象，让学生了解比热容的相关应用。在以往 的教学中虽然也进行了演示实验，但是学生没有进行实际操作，没有对等质量物 质的测取和具体对水和色拉油的加热过程的体验和感悟，对实验的理解不深，仅 仅是知道了物质的吸热能力不同，没有很深的理解和感悟。而且学生对比热容的 定义方法没有深入理解，造成学生对比热容的理解浮在表面上，较难理解比热容 是物质的一种特性，与物质吸收的热量无关，与物质的质量无关，与物质升高的 温度无关。针对比热容概念的难理解，比热容相关因素的多元性，在本课中进行了大力 的挖掘，力图让学生对物理科学方法的学习的同时，利用好物理科学方法，让学 生切身的体验和感悟通过自己动手操作，不但提高学生的动手操作能力而且在操 作中观察和分析实验的具体设计及实验的具体呈现。然后通过类比法认识比热容 就像人的饭量一样表示了物质本身的一种性质，一种能力，物质的比热容与其定 义的几个物理量是无关的。最后回到本节课引入课题的问题，为什么沙滩和海水 的温度是不同的，让学生利用本节课获得的知识加以讨论和分析，得到最终正确、 规范的结论。3、设计思路和教学流程4、精彩片段片段一：比热容概念与类比法思路：比热容的概念是非常难理解的概念，在以往的教学中往往造成学生死 记比热容的相关知识和概念，出现不能对比热容充分理解的情况。本课，我准备 从比热容的意义，设计实验，定义等方面类比生活中常见的“饭量”，让学生能 够理解比热容的实际意义，充分理解比热容这个热学中的重要概念。片段：提出问题部分：师：每个人吃饭的能力是不同的，我们用“饭量”来描述， 饭量表示的是一个人吃一顿饭要吃食物的多少。那么不同物质吸收热量的能力是 否不同呢？我们来设计实验进行探究。设计实验部分：师：同学们讨论一下比较不同人饭量的方法有哪些？学生：第一种方法：让两个人都吃饱，比较两个人所吃饭的量。第二种方法：让两个人吃同样多的饭，比较两个人的吃饱的程度，吃的越饱 的人饭量越小，越饿的人饭量越大。师：同学们用的方法可以这样描述，第一种方法是：用等量的人吃饭到相同 的程度，比较吃饭的量；而第二种方法是：用等量的人吃等量的饭，比较吃饭吃 饱的程度。我们利用类比的方法来讨论一下比较不同种物质的吸热能力有哪些方 法呢？学生：第一种方法：让等质量的不同物质升高相同的温度，比较吸收热量的 多少，吸热越多的物质，吸热的本领越强。第二种方法：让等质量的不同物质吸收相同的热量，比较物质升高的温度。 升高温度越大的物质吸热的本领越弱。下一步让学生通过比较法判断哪种比较方法能更准确、更方便的获得实验数 据，得出实验结论。概念定义部分：师：我们来看“饭量”在生活中是怎样定义的，它表示某人 一顿饭直到吃饱所要吃饭的量。通过类比的方法，物质吸收热量的能力我们用“比 热容”这个物理量来描述，比热容应该怎样定义呢？学生：比热容应该定义为某种物质温度升高1C，所要吸收的热量。不同人的饭量基本是不变的，它不随人某顿饭是否吃饱而改变，也不随人某顿饭吃了多少而改变。饭量是一个人的一种特征。类似的，比热容是物质的特性， 比热容像物质的密度一样，只与物质的种类和状态有关，与其他因素无关。物质 的比热容不随物质质量的改变而改变，不随物质升高的温度而改变，也不随物质 吸收热量的多少而改变。物理科学方法概念意义比较方法定义特性类比 法饭量人吃饭的 能力一个人吃饱饭 所吃的量某人一顿 饭到吃饱 的程度，要吃饭的量饭量是一个人的特征， 只与这个人本身有关， 与此人的状态有关，不 与某顿饭吃的多少有 关。一个人吃等量 的饭吃饱的 程度比热 容物质吸热 的能力等质量的不同 物质升高相同 温度要吸收的 热量某种物质 温度升高1 C，所要 吸收的热 量比热容是物质的特性， 只与物质的种类有关， 与物质的状态有关，与 物质的质量无关，与物 质升高的温度无关，也 与物质吸收的热量无 关。等质量的不同 物质吸收相同 热量要升高的 温度片段二：设计实验方案与比较法思路：同学们通过讨论，找出了两种比较物质吸热能力的实验方案。分别是: 方法一、用等质量的不同物质升高相同的温度，比较吸收热量的多少，吸热越多 的物质吸热本领越强。方法二：用等质量的不同物质吸收相同的热量，比较升高 的温度，升高温度越大的物质吸热本领越弱。片段:师：同学们现在我们通过比较法来对比两种实验方案哪种能够更准确、 更容易的获得实验数据和实验结论。方法实验方案等量质不同物质升高相同的温度吸收的热量（利 用转换法-相同 加热源加热的 时间）比等质量的不同物质用天水、温度计测量温度加热时间可以较升高相同温度，比较平测航空煤要有稳定时间，准确测定。法吸收热量的多少。得油、对正在升温的物色拉油质马上读出的温 度是不准确的。等质量的不同物质 吸收相同的热量，比 较升高的温度。升高的温度可以 有稳定时间，温 度的测量是准确 的。相同的加热时 间便于实验的 控制。学生：通过对实验方案的比较和分析，本实验采用方法二更能够准确和方便 的测量数据，并获得实验结论。而且对于方法二的实验方案，我们可以继续采用推理法。由实验的数据，我 们发现等质量的水、航空煤油、色拉油加热相同的时间，即吸收了相同的热量， 水升高的温度是最小的。我们进一步推理，如果要让水、航空煤油、色拉油升高 相同的温度，则水需要的加热时间是最长的。也就得出了实验方案一的结论，同 质量的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量是不同的。在实验中的物质里面 水吸收的热量最多，则水的吸热能力最强。片段三：比热容的定义与比值定义法思路：比热容的定义属于比值定义法的定义方法，而且属于较困难的比值定 义，因为使用了三个物理量的比值来定义一个物理量。通过对比热容的定义及比 值定义法的学习，可以让学生在深入理解比热容的基础上，学会物理科学方法， 体验物理科学的奥秘。片段：师：同学们，我们在初三的学习中已经利用了比值定义法学习了几个 重要的概念，大家回忆一下有哪些概念的定义使用了比值定义法？学生：速度、密度、压强、功率师：今天我们继续采用比值定义法来学习这节课的重要概念一一比热容。我 们还是先来回忆一下什么是比值定义法，以及比值定义法的特点。师：比值定义法，就是在定义一个物理量的时候采取比值的形式定义。师：比值定义法的特点：1、比值法适用于物质属性或特征、物体运动特征 的定义。我们往往借助实验寻求一个只与物质或物体的某种属性特征有关的两个 或多个可以测量的物理量的比值，就能确定一个表征此种属性特征的新物理量。 应用比值法定义物理量，往往需要一定的条件；一是客观上需要，二是间接反映特征属性的的两个物理量可测，三是两个物理量的比值必须是一个定值。2.两类 比值法及特点：一类是用比值法定义物质或物体属性特征的物理量，如：密度 P、热值q等。它们的共同特征是；属性由本身所决定。另一类是对一些描述物 体运动状态特征的物理量的定义，如速度v、功率P等。这些物理量是通过简单 的运动引入的，比如匀速直线运动。这些物理量定义的共同特征是：相等时间内， 某物理量的变化量相等，用变化量与所用的时间之比就可以表示变化快慢的特 征。根据比值定义法的概念及其特点，我们来认识比热容的比值定义。1、首先我们考察了比热容相关的几个物理量，有物质的质量、升高的温度、 物质在热传递过程中吸收的热量。2、我们通过实验研究了这些物理量的关系，得出了对于同一种物质，热传 递中吸收的热量与物质的质量和升高温度的比值对于这种物质来说是个恒定的 量的结论。3、由此我们确定物质的比热容是物质吸收的热量与物质的质量和升高温度 的比值。4、由比值定义法的特点，由此定义的物质的比热容描述了物质的一种特性， 特性表现在不同种类的物质的比热容一般是不同的，物质的比热容只与物质的种 类和状态有关。物质的比热容又与其参与定义的物理量是无关的，某物质的比热 容不随着物质在热传递中吸收的热量变化而变化，不随着物质质量的变化而变 化，也不随着物质在吸热时升高的温度的变化而变化。5、利用比热容的定义，随然比热容与物质吸收的热量无关，与物质的质量 无关，也与物质升高的温度无关。但是，通过对热量、质量、升高温度的测量， 以及对他们比值的计算，可以测出物质的比热容，从而反映出物质的特性。而通 过比热容的定义公式的转换，我们又可以根据其中的任何3个物理量，通过数学 计算得出另外一个物理量的数值。片段四：对课本实验的改良思路：课本的实验使用的实验器材是利用酒精灯对烧杯中的水和食用油同时 加热相同的时间，然后用温度计测量水和食用油升高的温度。本人发现，用酒精 灯在加热的过程中很多方面存在不合理的地方。如酒精灯的火焰很难控制相 同；火焰很难控制利用相同的位置对石棉网加热；很难控制不同石棉网的传 热能力是相同的，以及石棉网与小烧杯的接触情况相同；在加热的过程中很大 一部分的热量要被石棉网和烧杯吸收，真正被烧杯内液体吸收的热量却是少数;使用两个酒精灯对液体加热，对于火焰的同时点燃（有些同学对于划火柴都是 困难的）和同时熄灭存在较大误差。这些因素都严重影响了实验的准确性。而且， 如果让学生分组实验，同时使用多个酒精灯分别对液体进行加热也是存在安全隐 患的。鉴于以上存在的问题，我在本课中对实验进行了改良。片段：我所使用的实验器材如下图：使用温度计测量液体两个纸杯中装有少量J的温度经过修改的实验器材有以下优点：1、采用相等电阻值的电加热丝串联接入电路，确保电加热器在相同的时间 内发出的热量是相同的。2、把电加热丝直接放入纸杯里的液体中加热，尽可能的减少了热量的散失， 使液体能够对热量充分吸收。3、采用纸杯盛放液体是因为纸杯的传热慢，纸杯的质量较小，所以在加热 中纸杯本身从液体里吸收的热量会很少，使实验进一步精确。4、采用学生电源对电路供电，既可以随时控制供电的电压及电加热丝的功 率，又可以利用学生电源上的电源开关，随时控制电路的通断。5、本实验装置没有用到酒精灯，减少使用酒精灯及用酒精灯对航空煤油加 热所形成的安全风险。6、由于本实验装置的安全、简便、准确的特点，本课我采用让学生分组实 验的方法，有的小组加热水和煤油，有的小组加热水和食用油，有的小组加热水 和十细沙。通过多组实验的数据更能够充分的得出实验的结论。