摘 要：比熱容這個(gè)概念是初中階段最為復(fù)雜的物理概念之一，該概念的建立采用比值法，但是又不同于以往的兩個(gè)物理量的比值，比熱容涉及三個(gè)物理量的比值，在概念建立的時(shí)候具有一定難度，蘇科版教材中比熱容概念的建立是通過探究沙子和水的吸熱升溫快慢來研究的.文章從實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改進(jìn)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理來突破比熱容概念的建構(gòu)，進(jìn)而加強(qiáng)學(xué)生對(duì)比熱容概念的理解以及應(yīng)用.

關(guān)鍵詞：比熱容;概念建構(gòu);實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）23-0103-03

收稿日期：2023-05-15

作者簡介：高麗娜（1991.4-），女，黑龍江省齊齊哈爾人，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，從事初中物理教學(xué)研究.

文章基于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，從實(shí)驗(yàn)分析、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)探究方案，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手并仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，定量分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)去讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)、理解比熱容概念，進(jìn)而突破教學(xué)難點(diǎn).以下是筆者的教學(xué)環(huán)節(jié).

1 教學(xué)目標(biāo)

理解比熱容的概念、單位等，知道比熱容是物質(zhì)的一種物理屬性;

理解比熱容概念的建構(gòu)過程，并且知道比熱容和哪些物理量有關(guān)，并在實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)中掌握轉(zhuǎn)換法、控制變量法等研究方法，體會(huì)合作探究的科學(xué)精神;

利用比熱容知識(shí)去解釋生活中常見的現(xiàn)象.

2 教學(xué)重難點(diǎn)

比熱容概念的建構(gòu)過程;

引導(dǎo)學(xué)生數(shù)據(jù)的分析，知道比熱容與哪些物理量有關(guān)，進(jìn)而得出比熱容的公式.

3 實(shí)驗(yàn)器材

鐵架臺(tái)、燒杯、石棉網(wǎng)、玻璃棒、秒表、酒精燈、電子溫度計(jì)、水、煤油、溫度傳感器、電加熱器、天平、蠟燭、氣球等.

4 教學(xué)過程

課堂引入：視頻連線遠(yuǎn)在海南度假的友人，幫助她解決在海南海邊遇到的疑惑.

海南友人視頻中提問：白天中午，同是一個(gè)太陽照射，沙子和水都要吸收熱量，由于照射的時(shí)間是相同的，那么它們吸收的熱量就是相同的，吸收熱量后它們的溫度都要升高.但是最后發(fā)現(xiàn)沙子的溫度比海水的溫度要高，你覺著是什么原因呢？

引出問題：為什么海水和沙子在同一時(shí)刻的溫度不一樣呢？（同時(shí)提示，物體吸收熱量溫度才會(huì)上升）

引導(dǎo)學(xué)生猜想與假設(shè)：可能是吸收相同的熱量沙子吸熱升溫比水快.

教師：也就是說不同物質(zhì)吸收相同的熱量升溫快慢是不相同的，那我們就以水和煤油為例，來探究下不同物質(zhì)的吸熱升溫情況.

教師引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：

教師：想要驗(yàn)證猜想是否正確，就要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案來研究.首先要考慮兩個(gè)問題：

（1）如何讓水和煤油升溫呢？

（2）如何比較水和煤油吸熱升溫的快慢？

學(xué)生小組活動(dòng)討論兩個(gè)問題并分享：用兩個(gè)相同的酒精燈分別對(duì)水和煤油加熱，此時(shí)控制加熱方式是相同的.比較水和煤油升溫的快慢有兩種方法：一種是相同時(shí)間比較水和煤油升高的溫度；另一種是升高相同的溫度比較加熱時(shí)間，兩種方法是等效的.本實(shí)驗(yàn)中采用的是加熱相同時(shí)間，比較升高的溫度.由于熱源相同，加熱時(shí)間相同，就代表相同時(shí)間內(nèi)吸收的熱量是相同的.所以加熱時(shí)間的長短就代表吸收熱量的多少，此處應(yīng)用了轉(zhuǎn)換法的思想.

另外提醒學(xué)生思考：除了控制加熱方式和加熱時(shí)間相同外，還需要控制什么相同？此時(shí)教師進(jìn)行引導(dǎo)：家里水壺?zé)倪^程中，在熱源相同時(shí)，一壺水和半壺水哪個(gè)更容易燒開？

學(xué)生思考并討論得出：半壺水容易燒開，由于半壺水的質(zhì)量少，所以得出物質(zhì)質(zhì)量的多少也會(huì)影響吸收的熱量，還應(yīng)該控制質(zhì)量相同.

最終得出：本實(shí)驗(yàn)中需要控制熱源相同，加熱時(shí)間相同，水和煤油的質(zhì)量相同，應(yīng)用了控制變量法的思想.

實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)：

（1）本實(shí)驗(yàn)用煤油來替代沙子，煤油受熱更容易均勻；

（2）用電子溫度計(jì)來替代實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)，讀數(shù)更加準(zhǔn)確.

稱量質(zhì)量相等的水和煤油如圖1，利用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)如圖2：

學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到的圖像并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析如圖3.

分析得到：

（1）質(zhì)量相等的水和煤油吸收相同的熱量，水升高的溫度少，也就是水升溫慢；

（2）質(zhì)量相等的水和煤油升高相同的溫度，水需要加熱的時(shí)間長，也就是說水的吸熱能力強(qiáng).

由于學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較局限，只能記錄下幾個(gè)時(shí)刻的溫度，老師采用了兩個(gè)溫度傳感器，它可以連續(xù)地反映出各個(gè)時(shí)刻水和煤油的溫度隨時(shí)間的變化情況，并描繪成圖像，實(shí)驗(yàn)裝置如圖4.

具體演示實(shí)驗(yàn)操作過程：將稱量好的質(zhì)量相等的水和煤油各200 g.把它放在電加熱板上進(jìn)行加熱，并且把電熱板調(diào)到相同的檔位（2檔位），使用電加熱板更易于控制熱源相同，確保水和煤油相同時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相同.然后開始實(shí)驗(yàn)觀察電腦上的參數(shù)，藍(lán)色的溫度代表的是水的溫度，紅色的溫度代表的是煤油的溫度，加熱的時(shí)間是4分鐘，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5.

由圖像5可知水和煤油在剛開始的時(shí)候溫度幾乎保持不變，由于燒杯還有石棉網(wǎng)是要先進(jìn)行吸收熱量，所以前一段時(shí)間并不是水和煤油吸熱升溫情況，把這一段時(shí)間截掉后，就變成了如圖6所示圖像.橫坐標(biāo)是加熱時(shí)間，根據(jù)轉(zhuǎn)換法加熱時(shí)間的長短就代表著吸收熱量的多少，可以用吸收熱量Q來表示.縱坐標(biāo)是溫度t，如果把縱坐標(biāo)變成溫度的變化量，就是把縱坐標(biāo)都減去初溫，初溫大概是28攝氏度左右.每一點(diǎn)溫度都減去初溫，那整條線就會(huì)向下平移.就得到如圖7所示圖像.在圖像7的基礎(chǔ)上來研究水和煤油的吸熱升溫情況就更直觀.

深入研究圖像7，水和煤油的這兩個(gè)圖像都是過原點(diǎn)的，并且讀取誤差以外，近似都是一條直線.在數(shù)學(xué)上一條過原點(diǎn)的直線就是正比例函數(shù)，那它的縱坐標(biāo)除以橫坐標(biāo)就是一個(gè)常數(shù)，當(dāng)然橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的比值也是一個(gè)常數(shù)，也就是說Q/△t是一個(gè)常數(shù).Q/△t就可以表示成物質(zhì)升高單位攝氏度所吸收的熱量，除以質(zhì)量m，那整個(gè)這一項(xiàng)Q/△t·m就還是一個(gè)定值.再觀察圖像7中的兩條線，它們的傾斜程度不同，Q/△t的比值就一定不同，又由于除以相同的質(zhì)量m，所以Q/△t·m比值就是不同，這個(gè)不同的比值就反映了物質(zhì)的種類不同，所以說這個(gè)比值與物質(zhì)的種類有關(guān).當(dāng)質(zhì)量和升高的溫度相同時(shí)，Q/△t·m這個(gè)比值越大，就代表吸收的熱量就越多，也就代表吸熱本領(lǐng)越強(qiáng).所以這個(gè)比值不僅與物質(zhì)的種類有關(guān)，還可以表示物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)的強(qiáng)弱^［1］.此時(shí)就可以順利地引出比熱容的概念、公式、單位以及物理意義等知識(shí)點(diǎn).

讓學(xué)生連線海南友人嘗試解釋：白天，沙子的溫度比海水溫度高？而夜晚，海水的溫度卻比沙子高？

學(xué)生解釋：白天，質(zhì)量相等的海水和沙子吸收相同的熱量，水的比熱容大，升溫慢，最終的溫度低；夜晚，質(zhì)量相等的海水和沙子放出相同的熱量，水的比熱容大，降溫慢，所以溫度高一些.本教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)激發(fā)學(xué)生解決問題的能力，讓學(xué)生意識(shí)到學(xué)習(xí)物理知識(shí)是非常重要的，可以解決生活中的許多問題，提高學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)物理科學(xué)知識(shí)的認(rèn)可度.

最后，讓學(xué)生自發(fā)提出生活中有關(guān)比熱容的現(xiàn)象并解釋，例如：早穿皮襖晚穿紗，圍著火爐吃西瓜的現(xiàn)象、海陸風(fēng)的成因、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水系統(tǒng)和暖氣管熱水系統(tǒng)等.

教學(xué)后記：本節(jié)課遵循了學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)思想，讓學(xué)生從發(fā)現(xiàn)問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析與討論結(jié)果等科學(xué)探究環(huán)節(jié)去得出比熱容的概念，注重學(xué)生的動(dòng)手和動(dòng)腦能力的培養(yǎng)，并且在實(shí)驗(yàn)探究過程中多次讓學(xué)生合作探究討論，也培養(yǎng)了學(xué)生相互合作、互幫互助的科學(xué)精神，本節(jié)課充分培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)^［2］.

參考文獻(xiàn)：

［1］? 石凌燕.《比熱容》教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.中學(xué)物理，2016，8（34）：42-43.

［2］ 康家美，董振邦，胡琥.比熱容實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)：突破實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)建構(gòu)比熱容概念［J］.中學(xué)物理，2019，1（37）：27-28.

［責(zé)任編輯：李 璟］