王春林

(江蘇省江陰市石莊中學(xué),江蘇　江陰　214446)

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——蘇科版《物質(zhì)的比熱容》課堂實(shí)錄與反思

王春林

(江蘇省江陰市石莊中學(xué),江蘇江陰214446)

摘要：比熱容的實(shí)驗(yàn)操作較為繁瑣且誤差較大,所以很多老師出于讓實(shí)驗(yàn)便于操作、節(jié)約時(shí)間的考慮,對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改變,常將沙子換成油,將酒精燈加熱的方式換成其他加熱方式等等;筆者在最近的一次賽課中,按照蘇科版教材的編寫(xiě)思路,對(duì)教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深度的挖掘,取得了較好的教學(xué)效果.

關(guān)鍵詞：初中物理；比熱容；反思

1課堂教學(xué)實(shí)錄

(1)比較沙子和水吸熱升溫的現(xiàn)象

①引出問(wèn)題

師:用兩個(gè)相同的電吹風(fēng)分別給質(zhì)量均為100g的小鐵球和用透明薄塑料袋包好的水同時(shí)加熱1min,然后向小鐵球上滴兩滴水,請(qǐng)學(xué)生觀察現(xiàn)象.

生:冒白煙了.

師:這一現(xiàn)象說(shuō)明什么?

生:這一現(xiàn)象說(shuō)明這時(shí)小鐵球溫度較高.

師:請(qǐng)一位學(xué)生用手輕觸一下小鐵球和水,大致感受一下這時(shí)小鐵球和水的溫度的差別.

生:小鐵球很燙,水是溫的.

師:生活中也有類(lèi)似的現(xiàn)象,請(qǐng)舉例說(shuō)明

生:在夏天的中午,陽(yáng)臺(tái)上的瓷磚很燙,而這時(shí)陽(yáng)臺(tái)上盆里的水是溫的.

生:在夏天的中午,海邊沙灘上的沙子很燙,這時(shí)的海水是涼的.

師:同樣都是在太陽(yáng)的照射下,為什么沙子和海水的溫度不一樣呢?

②猜想與假設(shè)

生:海水蒸發(fā)要吸熱.

生:沙子傳熱快.

生:沙子吸熱快.

生:沙子吸熱多.

生:沙子吸熱本領(lǐng)強(qiáng).

生:沙子溫度變化快.

師:如果到傍晚,海邊沙灘上的沙子就變涼了,這時(shí)的海水卻是溫的.

師:如果到夜里,陽(yáng)臺(tái)上的瓷磚要比盆里的水涼的多.

師:請(qǐng)根據(jù)這些現(xiàn)象，說(shuō)出哪種猜想是不對(duì)的?

生:到傍晚,海邊沙灘上的沙子就變涼了,這時(shí)的海水卻是溫的.所以沙子和海水的溫度不一樣不是海水蒸發(fā)吸熱引起的.

師:傳熱是把熱量傳給別的物質(zhì),我們研究的是沙子和水本身.

師:同樣都是在太陽(yáng)的照射下,我們近似的認(rèn)為相同面積下或者說(shuō)相同質(zhì)量的沙子和水吸收的熱量基本相等.

生:沙子和水吸收相同的熱量時(shí)升高的溫度不相同,即沙子吸熱升溫比水快.

③實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

師:我們可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)去尋找真正的原因,實(shí)驗(yàn)之前要先設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是要模擬當(dāng)時(shí)的環(huán)境,請(qǐng)同學(xué)以小組為單位討論，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案.

生:選取適量的質(zhì)量相同的沙子和水.

生:用相同的兩個(gè)酒精燈給沙子和水加熱相同時(shí)間,這樣可以認(rèn)為沙子和水吸收的熱量相等,然后記下沙子和水升高的溫度,再比較升溫快慢.

生:實(shí)驗(yàn)時(shí)還要選用兩支相同的溫度計(jì)、兩片相同的石棉網(wǎng)、兩只相同的易拉罐，石棉網(wǎng)到酒精燈的高度也要相同,即要控制變量.

生:也可以只用一個(gè)酒精燈,因?yàn)橛脙蓚€(gè)酒精燈的時(shí)候,很難控制它們的火焰相同.

師:還要記錄哪些數(shù)據(jù)?

生:沙子和水的溫度.

生:加熱的時(shí)間.

師:加熱過(guò)程中要不斷攪拌,使溫度均勻,每隔1min測(cè)量一次溫度.在現(xiàn)在的氣溫條件下,可以待沙子和水的溫度達(dá)到30℃時(shí),開(kāi)始計(jì)時(shí).

④進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與記錄數(shù)據(jù)

師:請(qǐng)大家注意安全,分工合作.

學(xué)生討論分工,實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù).某一組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1.

表1

⑤分析與結(jié)論

生:從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出沙子升溫快.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出沙子和水的溫度隨時(shí)間變化的圖像(如圖1),可以更加直觀看出沙子升溫快.

圖1

生:不管從表格中的數(shù)據(jù)，還是從圖像都可以得出結(jié)論:質(zhì)量相同的沙子和水,在相同的時(shí)間內(nèi)吸收相同的熱量,沙子的溫度升得更高,或者說(shuō)沙子升溫要快.

(2)分析不同物質(zhì)吸熱升溫的現(xiàn)象——引出比熱容概念

師:如何讓水的溫度也升高到沙子的溫度呢?

生:給水繼續(xù)加熱.

師:當(dāng)水的溫度也升高到沙子的溫度時(shí),它們誰(shuí)吸熱多?

生:質(zhì)量相同的沙子和水升高相同的溫度時(shí),要對(duì)水加熱更長(zhǎng)的時(shí)間,所以水吸收的熱量比沙子吸收的熱量要多.

師:水或沙子升溫時(shí)還有什么特點(diǎn)?水或沙子升溫快慢大體相同.

生:水或沙子每升高相同的溫度需要加熱的時(shí)間即需要吸收的熱量大體相同.

師:研究表明質(zhì)量相同的同種物質(zhì),升高相同的溫度吸收的熱量是相等的;質(zhì)量相同的不同種物質(zhì),升高相同的溫度吸收的熱量一般是不相等的(見(jiàn)表2).

表2

師:根據(jù)表2，什么物質(zhì)吸熱多?

生:冰吸熱多.

師:能不能說(shuō)冰比鐵和鋁吸熱本領(lǐng)大?

生:能.因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量相等,升高的溫度也相等,可以根據(jù)吸收熱量的多少直接判斷它們吸熱本領(lǐng)的大小.

師:物理學(xué)中引入比熱容這個(gè)物理量,用來(lái)描述不同物質(zhì)吸熱或放熱本領(lǐng)的大小.

師:如果兩種物質(zhì)質(zhì)量相同、但升高的溫度不相同,如何根據(jù)吸熱的多少比較它們吸熱本領(lǐng)的大小?

生:應(yīng)再“規(guī)定”升高的溫度相同,然后再進(jìn)行比較.

師:如果兩種物質(zhì)升高的溫度相同,但質(zhì)量不相同,如何根據(jù)吸熱的多少比較它們吸熱本領(lǐng)的大小呢?

生:應(yīng)再“選取”質(zhì)量相同,然后進(jìn)行比較.

師:如果兩種物質(zhì)質(zhì)量不相同,升高的溫度也不相同(見(jiàn)表3),應(yīng)如何根據(jù)吸熱的多少比較它們吸熱本領(lǐng)的大小?

表3

生:可以“算出”質(zhì)量都為1kg、升高的溫度都為1℃的這兩種物質(zhì)分別吸收的熱量(見(jiàn)表4),再比較它們吸熱的大小.

表4

師:如果質(zhì)量為m、升高的溫度為Δt,吸收的熱量為Q的物質(zhì)E,如表5所示,如何比較物質(zhì)E和物質(zhì)B的吸熱本領(lǐng)大小呢?

表5

生:可以“取”質(zhì)量為1kg的物質(zhì)E,算得其溫度升高1℃所吸收的熱量,如表6所示,再與表4中的物質(zhì)B吸收的熱量進(jìn)行比較.

表6

師:請(qǐng)同學(xué)想一想，說(shuō)一說(shuō)比熱容應(yīng)如何定義?計(jì)算公式是怎樣的?單位是什么?請(qǐng)同學(xué)自學(xué)比熱容表.

(3)計(jì)算熱傳遞過(guò)程中吸收或放出的熱量——鞏固比熱容概念

師:請(qǐng)同學(xué)根據(jù)比熱容的定義,說(shuō)一說(shuō)C水=4.2×103J/(kg·℃)的物理意義.

生:1kg水溫度升高1℃吸收的熱量為4.2×103J.

師:1kg水溫度升高1℃吸收的熱量為4.2×103J,那么2kg水溫度升高1℃吸收的熱量為多少J?

生:2kg水溫度升高1℃吸收的熱量為4.2×103×2J.

師:2kg水溫度升高10℃吸收的熱量為多少J?

生:2kg水溫度升高10℃吸收的熱量為4.2×103×2×10J.

師:質(zhì)量為m的水溫度升高Δt,它吸收的熱量為多少?

生:質(zhì)量為m的水溫度升高Δt,它吸收的熱量Q吸=c水mΔt.

師:請(qǐng)同學(xué)自學(xué)課本46頁(yè)例題，并回答問(wèn)題.

生:實(shí)際上燒開(kāi)一壺水需要的熱量要小于所提供的熱量,因?yàn)樵诮o水加熱的過(guò)程中,不可避免會(huì)有熱量損失.

師:假如其他條件都相同,用鋁制的水壺好,還是用銅制的水壺好?已知銅的比熱容是

0.39×103J/(kg·℃),鋁的比熱容是

0.88×103J/(kg·℃).

生:用銅制的水壺好,因?yàn)榧偃缙渌麠l件都相同,銅的比熱容比鋁的比熱容小,銅制的水壺吸收的熱量少.

師:請(qǐng)同學(xué)舉例說(shuō)明生活中哪些地方利用了水的比熱容較大這一特點(diǎn).

生:在冬天,人們常常在熱水袋中裝入熱水用來(lái)取暖.

生:汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)常常用水做冷卻劑.

師:在高度相同、但粗細(xì)不同的兩個(gè)透明玻璃容器中都加滿(mǎn)紅色的液體.

師:兩個(gè)容器高度相同,所能容納的液體不同,是什么原因?

生:兩個(gè)容器的粗細(xì)不同,但高度相同.

生:兩個(gè)容器的容積不同.

師:容器的粗細(xì)、容積大小看得見(jiàn);物質(zhì)的比熱容看不見(jiàn),但它可以通過(guò)吸熱的多少反映出來(lái).

師:今天我們做實(shí)驗(yàn)可以用鋁制的易拉罐也可以用玻璃制的燒杯,查比熱容表可知鋁的比熱容是0.88×103J/(kg·℃),做燒杯的玻璃的比熱容約為0.97×103J/(kg·℃),一個(gè)剪了蓋的易拉罐的質(zhì)量約為13g,一個(gè)200ml的玻璃燒杯質(zhì)量約為65g,如果本次實(shí)驗(yàn)它們的溫度都升高40℃,它們吸收的熱量各是多少？

師:從吸熱多少這方面分析,今天的實(shí)驗(yàn)是用玻璃杯好,還是用易拉罐好,說(shuō)一說(shuō)理由?

生:從吸熱多少這方面分析,今天的實(shí)驗(yàn)用易拉罐好,可以節(jié)約燃料.

(4)從物理走向生活——深化比熱容概念

師:假如有質(zhì)量均為10kg的沙子和水,它們都吸收了3.864×105J的熱量,升高的溫度各是多少?已知水的比熱容是4.2×103J/(kg·℃),沙子的比熱容是0.92×103J/(kg·℃).

生:水升高的溫度約為9℃.

生:沙子升高的溫度為42℃.

生(總結(jié)):在質(zhì)量相等、吸收熱量相等的情況下,水的比熱容大,溫度升高少,即水的比熱容大,不易升溫.

師:請(qǐng)同學(xué)閱讀“生活、物理、社會(huì)”欄目,體會(huì)海陸風(fēng)的成因.

師:在高度相同、但粗細(xì)不同的兩個(gè)透明玻璃容器中都加入等量的紅色的液體.

師:向兩個(gè)容器中加入相同體積的液體,水面升高的高度不同,這是什么原因?

生:水面升得高對(duì)應(yīng)的容器橫截面積小.

生:水面升得低對(duì)應(yīng)的容器橫截面積大.

師:容器的粗細(xì)看得見(jiàn);物質(zhì)的比熱容看不見(jiàn),但它可以通過(guò)吸熱的多少反映出來(lái).

(5)齊唱小蘋(píng)果版《比熱容之歌》——點(diǎn)亮比熱容概念

生齊唱:我又多了一個(gè)新伙伴,它的形狀有點(diǎn)彎,看起來(lái)神奇又新鮮,四個(gè)字母三個(gè)在一邊,只有一個(gè)在上面,中間還有一條長(zhǎng)長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)線(xiàn),你是我的比呀比熱容.別看我有點(diǎn)煩,要想理解一點(diǎn)也不難,實(shí)驗(yàn)必須在之前,此歌會(huì)讓你對(duì)物理更加喜歡,你是我的比呀比熱容,每天看你一遍不嫌多,公式常住我心窩,點(diǎn)亮我學(xué)習(xí)的火火火火火,你是我的比呀比熱容.還有一點(diǎn)也很重要,注意安全的同時(shí)要節(jié)約環(huán)保,做完實(shí)驗(yàn)快將火焰滅掉.

2教學(xué)反思

(1)驗(yàn)證沙子和水升溫快慢的實(shí)驗(yàn)方案不用改變

用蘇科版物理課本上小華提出的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到的數(shù)據(jù)和圖象可以直觀的驗(yàn)證質(zhì)量相等的沙子和水吸收相等的熱量,沙子升溫快;這個(gè)方案能很好地回應(yīng)之前的猜想和問(wèn)題,學(xué)生容易接受;接下來(lái)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析,學(xué)生感知到如果要讓水也升高到沙子的溫度,要對(duì)水再加熱一段時(shí)間,即水要吸收更多的熱量,這一推理過(guò)程自然流暢.

(2)加熱的方式不用改變

酒精燈是初中物理實(shí)驗(yàn)中最主要的熱源,操作比較簡(jiǎn)單,使用相對(duì)安全;實(shí)驗(yàn)中可以只用一個(gè)酒精燈逐個(gè)加熱沙子和水;不采用兩個(gè)酒精燈同時(shí)對(duì)沙子和水加熱,因?yàn)檫@樣雖然可以縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間,但是要控制的變量較多,同時(shí)容易造成記錄數(shù)據(jù)的同學(xué)出錯(cuò),實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)過(guò)程來(lái)不及觀察.其實(shí)本實(shí)驗(yàn)要控制的變量較多,對(duì)初中生而言很難同時(shí)控制這些變量.在這里可以滲透抓住主要矛盾以及抓住矛盾的主要方面這一哲學(xué)思想.

(3)實(shí)驗(yàn)中的沙子不用改成油或其他物質(zhì)

本課的探究實(shí)驗(yàn)用沙子和水進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)比用油和水進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)效果好.用油和水進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),優(yōu)點(diǎn)是操作方便,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較明顯.用沙子和水進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),優(yōu)點(diǎn)是整節(jié)課緊緊圍繞沙子和水這一“課眼”,學(xué)生思維集中,沙子拉近了教材與學(xué)生的距離,學(xué)生學(xué)得津津有味,腦科學(xué)研究也表明教學(xué)中創(chuàng)設(shè)社會(huì)化、多樣化的真實(shí)情境,可使學(xué)習(xí)者進(jìn)入潛入式學(xué)習(xí)狀態(tài).用沙子的缺點(diǎn)是在加熱時(shí)不易攪拌,解決的辦法是在易拉罐罐口處用另一鐵圈固定.

(4)引入比熱容概念的方式不用改變

比熱容概念的引入應(yīng)按照比值定義的思路進(jìn)行,即課本上的順序:不同的物質(zhì)在質(zhì)量相同,升高溫度相同時(shí),吸收的熱量不同；而且質(zhì)量相同的同種物質(zhì),升高相同的溫度吸收的熱量是相等的.在此基礎(chǔ)上提出、為了描述物質(zhì)的這種差異,需要引入一個(gè)新的物理量來(lái)反映不同物質(zhì)的吸熱能力.比較就要建立比較的標(biāo)準(zhǔn),從具體到一般逐步過(guò)渡到比熱容的比值定義式.

(5)引出Q吸=cmΔt的方法不用改變

通過(guò)從認(rèn)識(shí)水的比熱容的意義開(kāi)始,然后以具體的數(shù)量關(guān)系一步一步引出Q吸=cmΔt,而不用從比熱容的定義式推導(dǎo)Q吸=cmΔt,這樣可以使復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化,抽象的問(wèn)題具體化.

(6)實(shí)驗(yàn)中的易拉罐不用改成燒杯

用易拉罐代替燒杯可以更好的體現(xiàn)新課程的理念,拉近物理學(xué)與日常生活的聯(lián)系,讓學(xué)生深切感受到身邊瓶瓶罐罐都是很好的實(shí)驗(yàn)資源;還可以讓學(xué)生無(wú)疑而有疑,有學(xué)生提到由比熱容表可知制易拉罐的鋁和制燒杯的玻璃比熱容相差不大,但一個(gè)剪了蓋的易拉罐只有13g左右,而一個(gè)200ml玻璃燒杯卻有65g左右,由公式Q=cmΔt可知在升高相同的溫度時(shí)易拉罐吸收的熱量比燒杯吸收的熱量要少得多,可以節(jié)約能源,這樣,在教學(xué)中運(yùn)用動(dòng)態(tài)的、生成性的資源,讓學(xué)生有疑而思解,解疑而心悅.

參考文獻(xiàn):

劉炳昇,李容.義務(wù)教育教科書(shū)物理九年級(jí)上冊(cè).南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,2013.

廖伯琴,何潤(rùn)偉.物理九年級(jí).上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2011.