九年级物理《探究不同物质的吸热能力》实验教学设计

九年级物理《探究不同物质的吸热能力》实验教学设计

一、教学目标

（一）核心素养目标

1.物理观念

【基础】（1）通过实验观察与数据分析，建立比热容的初步概念，明确比热容是反映物质自身性质的物理量，其数值在数值上等于单位质量的某种物质升高单位温度所吸收的热量。

【重要】（2）能够运用比热容知识解释生活中诸如“沿海地区昼夜温差小”“沙漠地区昼夜温差大”“暖气用水作为冷却介质”等现象，形成初步的能量观念与物质观念。

2.科学思维

【核心】（1）在实验方案设计中，深度应用控制变量法，理解在探究吸热能力时必须控制质量、升高的温度或吸收热量相等，从而进行对比；领会转换法（将吸收热量的多少转换为加热时间的长短）的科学内涵。

【高频考点】（2）能够对实验数据运用图像法（绘制温度-时间图像）进行处理，从图像斜率的不同直观感知不同物质吸热能力的差异，强化数形结合思维。

3.科学探究

【难点】（1）经历“提出问题—猜想与假设—设计实验—进行实验—收集证据—分析与论证—评估与交流”的完整科学探究过程，重点攻克“如何确保加热条件相同”及“如何比较吸热能力”两个策略难点。

【非常重要】（2）能规范、安全地使用酒精灯、天平、温度计、秒表等基本仪器，学会读取温度、记录时间、称量质量等基本实验技能。

4.科学态度与责任

（1）养成严谨客观、实事求是的科学态度，不随意修改实验数据，如实记录观察结果。

（2）通过小组分工协作，培养团队合作意识与沟通能力，尊重同伴的不同意见。

（3）感悟物理实验对人类认识物质属性的贡献，激发探索自然奥秘的内生动力。

（二）具体行为目标

【基础】全体学生能够复述比热容的定义、符号、单位，并能写出热量计算公式Q=cmΔt。

【重要】90%以上的学生能独立完成实验基本操作，并能从实验现象中得出“不同物质吸热能力不同”的结论。

【拓展】部分学有余力的学生能尝试设计“探究相同质量的不同物质升高相同温度时吸收热量多少”的替代方案，并理解比热容表查读方法。

二、教学重难点

（一）教学重点

【重要】1.通过实验探究经历比较不同物质吸热能力的全过程，获得比热容概念的感性支撑。

【核心】2.控制变量法与转换法在实验中的具体实施策略。

（二）教学难点

【难点】1.实验方案中“加热条件相同”的有效控制（热损失、火焰大小、加热位置等因素）。

【高频考点】2.从实验数据中归纳出“吸收热量与质量、温度变化及物质种类有关”，并抽象出比热容这一核心概念。

【热点】3.温度-时间图像中斜率物理意义的理解：斜率越小，吸热能力越强；斜率越大，吸热能力越弱。

三、教学方法

1.主方法：问题驱动下的实验探究法。

2.辅助方法：启发式讲授法、小组合作学习法、图像分析法。

3.教学策略：将实验设计权部分下放给学生，通过认知冲突暴露前概念，以“设计—操作—质疑—修正”螺旋式推进课堂。

四、教学准备

（一）器材准备

1.教师演示组：大屏实物投影仪、电子停表、数字温度计（备用）、两支完全相同的酒精灯、石棉网、铁架台、大号烧杯（200mL）、天平、砝码、水（已染色便于观察）、煤油、干沙（备用探究）、比热容表挂图。

2.学生分组（6人/组，共8组）：铁架台（附铁圈、石棉网）1套、酒精灯1盏（火焰调节一致）、100mL烧杯2个（分别装水和煤油）、温度计2支（预先比对示数一致）、停表1块、天平1台（公用）、火柴、抹布、废液缸、实验记录单。

（二）学情与铺垫

1.学生已学习热传递、热量、温度等概念，但“吸热能力”属于前概念模糊区，常误认为“温度升高快的物质吸热能力强”。

2.课前布置预习任务：复习质量、温度、加热时间的关系；思考“如何科学地比较两个人的饭量”。

3.分组策略：异质分组，每组指定组长、操作员、记录员、数据分析员、汇报员，职责轮换。

五、教学实施过程

（一）创设情境，激趣质疑（约5分钟）

【基础】教师出示两幅对比鲜明的图片：一幅为新疆沙漠戈壁，地面温度极高，标注“地表烫脚”；另一幅为青岛海滨，沙滩温热、海水凉爽。提问：“同样在烈日暴晒下，为什么沙子和海水的温度差异如此之大？”学生凭借生活经验回答：沙子升温快，海水升温慢。

教师进一步追问：“如果是同样质量的一碗沙子和一碗水，放在同一盏酒精灯上加热相同时间，谁的温度升得更高？”学生猜想后，教师演示简单对比：用两支温度计分别测加热相同时间后等质量沙与水的温度。观察到沙的温度明显更高。

【核心】教师引出核心问题：不同物质，在质量相等、吸收热量相等的情况下，升高的温度不同——这说明不同物质容纳热的本领不同。物理学中用什么物理量来描述这种“容纳热的本领”？这就是我们今天要探究的主题。

（二）明确问题，提出猜想（约3分钟）

【非常重要】教师将探究问题板书：“如何比较不同物质的吸热能力？”并引导学生思考“比较”需要设定标准。学生回顾速度、密度等概念定义方式，提出两种思路：

思路一：让质量相同的不同物质升高相同的温度，比较加热时间（时间长者吸热能力强）。

思路二：让质量相同的不同物质加热相同的时间（即吸收相同热量），比较升高的温度（升温少者吸热能力强）。

教师肯定两种思路的科学性，并指出本节课选取思路一作为主要探究路径（实验操作性更强），思路二留作课后拓展设计。

（三）方案设计，思维碰撞（约12分钟）

1.控制变量要素辨析

【高频考点】教师引导学生明确实验中有哪些变量：物质种类（自变量）、质量、初温、加热时间（反映吸收热量）、末温。学生讨论后得出必须控制相同的量：质量、初温、加热热源（同一酒精灯、相同火焰、相同加热距离）、加热条件（烧杯规格相同、石棉网相同）。

【难点】教师提出关键质疑：“如何保证两次加热时酒精灯的火焰大小完全一致？”学生提出：可以提前调节灯芯高度；可以用同一盏酒精灯分别加热两种物质，但需保证两次加热时酒精灯状态相同。教师补充：采用“同灯分时加热”法——先用酒精灯加热水，记录时间，熄灭；待酒精灯冷却至室温后，重新点燃加热煤油。此方法可基本保证火焰强度一致。

2.实验步骤设计

【重要】学生以小组为单位绘制实验步骤草图，教师巡视并选取典型方案展示。

典型方案要点：

（1）用天平称取质量均为50g的水和煤油，分别倒入两个相同烧杯中。

（2）测量两液体的初温，记录于表格。

（3）用酒精灯加热水，同时启动停表，每隔0.5min记录一次温度，直至温度升高约20℃时停止加热，记录加热时间t₁。

（4）待酒精灯完全冷却，用同样方法加热煤油，记录达到相同末温所需时间t₂。

（5）比较t₁与t₂。

教师引导学生对方案进行评估：是否还需要改进？学生提出——初温可能不完全相同，需用温水调节或计算温度差；加热过程中热量有散失，应尽量缩短操作时间。

3.记录表格设计

【基础】各小组设计数据记录表，整合为通用格式：

物质种类

质量m/g

初温t₀/℃

末温t/℃

升高的温度Δt/℃

加热时间t/s

水

50

煤油

50

【拓展】教师鼓励部分小组增加“加热过程中温度随时间变化”的详细记录，用于后续绘制图像。

（四）动手实验，收集证据（约18分钟）

【非常重要】实验操作环节，教师通过实物投影同步演示关键操作规范，同时各小组按分工开展实验。

1.称量与装配：组长领取器材，操作员用天平称取等质量（50g）水和煤油，倒入烧杯；将烧杯置于石棉网上，调节铁圈高度使酒精灯外焰对准石棉网中心；温度计用橡胶塞固定，玻璃泡浸没液体中，不碰杯底杯壁。

2.初始测量：待温度计示数稳定，记录初温。若初温差异较大（超过1℃），可用热水浴或冷水浴微调至相同。

3.加热水：点燃酒精灯，同时按下停表。每30秒读取一次温度，记录员迅速填入表格。当温度升至比初温高20℃时，立即熄灭酒精灯，记录总加热时间。

4.加热煤油：将酒精灯完全冷却（可用湿布垫衬加快冷却），按相同步骤加热煤油，同样升高20℃，记录加热时间。

5.安全规范：教师反复强调酒精灯使用“两查一灭”（查灯芯、查酒精量，用灯帽盖灭，严禁吹灭）；温度计不可当搅拌棒；加热后的烧杯用抹布垫持。

学生操作过程中，教师巡回指导，重点关注：

（1）温度计读数时视线与液柱上表面相平——【易错点】。

（2）加热过程中轻微搅拌使液体温度均匀——【技巧点】。

（3）对煤油加热时注意观察，煤油升温明显快于水，需提前做好停表停止准备——【预测点】。

（五）数据汇总，初步分析（约8分钟）

1.各组上报加热时间数据

教师将8组数据录入汇总表（实物投影呈现）：

组别

水加热时间/s

煤油加热时间/s

时间比（油/水）

1

310

165

0.53

2

298

152

0.51

3

325

170

0.52

...

...

...

...

【重要】学生观察发现：所有组煤油的加热时间均约为水的一半。教师引导：这说明什么？学生归纳：质量相等、升高相同温度，水吸收的热量（加热时间）约是煤油的2倍，因此水的吸热能力比煤油强。

1.异常数据分析

某组数据出现油/水时间比大于0.7，教师组织全体“会诊”。学生推测可能原因：酒精灯未充分冷却，加热煤油时火焰更大；或煤油质量称量有误；或温度计示数不准。该组承认加热煤油前酒精灯未完全冷却，教师借此强化控制变量中“热源相同”的极端重要性——【难点突破】。

（六）图像建构，深化理解（约10分钟）

【核心】教师引导学生：实验数据还可以用更直观的方式呈现。以时间为横轴、温度为纵轴，将水和煤油每0.5min的温度值描点，并连成平滑曲线。学生分组绘制温度-时间图像。

图像特征：水的温度曲线较平缓（斜率小），煤油的温度曲线较陡峭（斜率大）。

【非常重要】教师设问：在相同热源加热下，为什么水的温度上升得慢？学生答：水吸收的热量多，但温度变化小——说明水的“吸热本领”强。

教师追问：如果继续加热更长时间，水的温度会超过煤油吗？学生讨论后明确：只要加热条件相同，任何时刻水的温度都低于煤油，但最终两者都会沸腾。图像中斜率反映了物质对热量的“惰性”——物理学中正是用比热容来定量描述这种惰性。

【高频考点】教师精讲：比热容定义——单位质量的某种物质，升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。符号c，单位J/(kg·℃)。从实验数据可知，水的比热容大于煤油，具体数值需通过热量计算获得。现场计算：水50g，升高20℃，加热时间310s对应吸收热量约？教师给出酒精灯加热效率下每秒钟供热约4.2J，则水吸收热量约1302J，代入Q=cmΔt得c水≈4.2×10³J/(kg·℃)，与标准值吻合。

（七）回归生活，迁移应用（约7分钟）

【热点】教师展示“汽车发动机冷却系统”“电脑CPU散热器”图片，提问：为什么常用水作为冷却剂？学生结合比热容概念回答：水的比热容大，升高相同温度吸收热量多，冷却效果好。

【重要】教师抛出矛盾情境：我国北方农村有些地区在储水罐外包裹一层厚厚的沙土，白天阳光照射时沙土温度升高很快，夜晚沙土放热也快，从而延缓储水罐散热。这又是利用了什么原理？学生小组讨论后明确：沙土比热容小，白天迅速吸热升温，夜晚迅速放热降温，起到了“调节温度波动”的作用——这是对“比热容小”特性的巧妙应用。

【拓展】展示“海陆风成因”动画，学生尝试用比热容知识解释：白天陆地升温快，空气上升，海面冷空气流入形成海风；夜晚陆地降温快，海面相对温暖，风从陆地吹向海洋。至此，课堂导入时的问题获得科学解答。

（八）反思评估，质疑创新（约5分钟）

1.实验误差溯源

【基础】各小组讨论本组实验的误差来源，汇报关键词：热量散失、酒精灯火焰不稳定、温度计读数滞后、液体蒸发等。教师引导归纳：尽管存在误差，但所有组均得出水吸热能力更强的结论，说明实验结论具有可重复性，可靠性强。

2.方案改进建议

【创新】教师鼓励学生提出减小误差的方案。学生提出：可用电加热器代替酒精灯，使供热功率恒定；可在烧杯上加盖减少散热；可使用传感器连续记录温度并直接生成图像。教师对创新思维给予高度肯定，并演示数字化实验系统（DIS）采集的温度-时间曲线，曲线平滑，对比效果极佳。

3.实验方法反思

【难点】教师重提课堂开始时的第二种方案（加热相同时间比升温多少），让学生评估该方案在本节课实施的可行性。学生指出：若加热相同时间，由于水升温慢，可能最终温度差较小，且初温若不同更易导致误判，因此第一种方案更稳妥。教师总结：科学方法的选择要综合考虑操作性、精确度和探究目的。

（九）总结归纳，内化提升（约4分钟）

【非常重要】师生共同构建知识图谱：

1.比热容是物质本身的属性，不随质量、体积、温度改变（状态改变时变化）。

2.比较吸热能力的方法：控制质量、升高温度相同，比较加热时间（吸收热量）。

3.热量计算基本式：Q吸=cm(t-t₀)，Q放=cm(t₀-t)。

4.水的比热容最大（常见物质中），为4.2×10³J/(kg·℃)，具有重要的生活和应用价值。

教师布置课后分层任务：

【基础】完成课后练习题中关于比热容概念辨析和简单计算题。

【重要】利用家庭器材（如两个相同矿泉水瓶、水、食用油、台灯）设计简易实验，比较水和油的吸热能力，拍摄视频或撰写报告。

【拓展】查阅资料，了解“气候变暖与海洋比热容”的关系，写一篇150字左右的微型科普短文。

六、板书设计

（黑板左侧）

§5.3探究不同物质的吸热能力

一、比较方法

1.等质量、等升温，比加热时间→时间长，吸热能力强

2.等质量、等加热时间，比升温→升温小，吸热能力强

（本课采用方法1）

二、实验结论

相同条