1.比热容
我们会有这样的经验:烧水时,用同样的火进行加热,水越多,水温升高得越高,水吸收的热量就越多.那么,你是不是想弄清以下两个问题:水吸收的热量是否与水的质量和水温升高的多少有关?若是不同的物质,例如一种是水,另一种是砂子,它们吸收的热量又与哪些因素有关呢?
我们先来做个探究实验:比较不同物质的吸热能力.
实验装置如图15-6所示.我们想比较水和砂子谁的吸热能力强,所用的器材有:
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图15-6
两个酒精灯、两个铁架台、两个金属盘、两个温度计、两个石棉网、质量相等的水和砂子.当然我们所研究比较的对象也可以是其他液体或固体,这个由你实验时来定.
我们实验的目的是:用质量相同的水和砂子,让它们吸收的热量相同,比较它们温度升高的多少,从而研究它们吸热能力的差异.
那首先我们用天平称出质量相同的水和砂子(例如都是100 g)作为研究对象;其次我们实验时使用的酒精灯是相同的,这样能保证加热相同的时间时,水和砂子吸收的热量相同;再就是实验前先用温度计分别测出水和砂子加热前的温度t1和t2.
准备工作都做好了,我们可以开始实验了,将水和砂子分别放在事先准备好的整套仪器中,开始加热并同时计时,20 min后用温度计分别测量此时水和砂子的温度t1′和t2′,停止加热,计算出水和砂子两次各自上升的温度Δt1=t1′-t1和Δt2=t2′-t2,比较Δt1和Δt2的大小,即可求出谁的吸热能力强,将实验中数据填入下列表格中.
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加热前温度t(℃) |
加热20 min后温度t′(℃) |
上升的温度Δt=t′-t(℃) |
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水 |
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砂子 |
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分析实验数据我们发现:质量相同的水和砂子吸收相同的热量时,水的温度上升的小,说明水的吸热能力强.
如果你有时间有条件的话,换用另一组固体和液体再按上述步骤进行一次实验.
分析实验现象和数据,我们发现这样一个问题:不同的物质,在质量相等、温度升高的度数相同时,吸收的热量是不同的.那么怎样表示各种物质在这种性质上的差别呢?物理学中引入了“比热容”这个物理量.
(1)比热容的物理意义
比热容是用来表示质量相等的不同物质,升高相同的温度,吸收的热量不相同.
(2)比热容的定义
由生活经验和实验结论我们可以看出:物体吸收热量的多少与物体的质量、种类、升高的温度都有关系.为了便于比较,我们将质量和升高的温度都取最简单的情况.这样,比热容被定义为:
单位质量的某种物质,温度升高1 ℃所吸收的热量叫做这种物质的比热容.
比热容用符号c表示.
单位质量的某种物质,温度降低1 ℃放出的热量与它温度升高1 ℃吸收的热量相等,数值上也等于它的比热容.
(3)比热容的单位
比热容的单位是焦/(千克·℃),符号为J/(kg·℃),读作焦每千克摄氏度.
(4)比热容表
课本第112页有一个比热容表,罗列了一些液体和固体的比热容值,你在表中找一找 c水=( ),c铜=( ).
我们以水和砂石为例来比较分析一下.水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),砂石的比热容是0.92×103 J/(kg·℃),它们分别表示:1 kg水温度升高1 ℃所吸收的热量为4.2×103 J;而1 kg砂石温度升高1 ℃所吸收的热量为0.92×103 J,比水吸收的热量少很多.那么,当水和砂石质量相同时,让它们吸收同样多的热量,我们不难分析出:此时水上升的温度比砂石上升的温度要少.因此会出现我们探究实验中的现象和结论,而且我们可以说:比热容大的那种物质吸热能力强.你能明白吗?