设计性实验：探究水的比热容
实验目的：
1. 验证水的比热容；
2. 探究不同物质吸热升温的现象。
实验器材：
1. 两个相同的烧杯；
2. 温度计；
3. 两个相同的酒精灯；
4. 两个相同的搅拌器；
5. 质量相同的水和沙子；
6. 铁架台（带铁圈）；
7. 支架等。
实验步骤：
1. 将两个烧杯分别放在支架上，并用铁圈固定好质量相同的水和沙子；
2. 用温度计分别测量水和沙子的初始温度，并记录下来；
3. 将两个相同的酒精灯同时点燃，对两个烧杯中的物质进行加热；
4. 每隔一段时间记录一次水和沙子的温度，直到水和沙子温度变化相同为止。
实验记录表格：
| 时间（min） | 水温（℃） | 沙子温（℃） |
| --- | --- | --- |
| 0 | x1 | x2 |
| 5 | x3 | x4 |
| 10 | x4-x3/5 | x6-x5/5 |
| 15 | x7-x6/5 | x8-x7/5 |
... | ... | ... |
实验结论：当水和沙子加热到相同的温度时，水的加热时间更长，说明水的比热容大于沙子的比热容。
例题：
题目：某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg的无烟煤。水的比热容是4.2 × 10³J/(kg·℃)，无烟煤的热值是3.4 × 10^7J/kg。求：
（1）锅炉内的水吸收的热量是多少焦耳？
（2）无烟煤完全燃烧放出的热量是多少焦耳？
（3）此锅炉的效率是多少？
（4）为什么烧水时要不断向烟囱里通入空气？
答案：（1）水吸收的热量为Q吸 = c水mΔt = 4.2 × 10³J/(kg·℃) × 200kg × (100℃ - 25℃) = 6.3 × 10^7J。
（2）无烟煤完全燃烧放出的热量Q放 = mq = 6kg × 3.4 × 10^7J/kg = 2.04 × 10^8J。
（3）锅炉的效率为η = Q吸/Q放 × 100% = (6.3 × 10^7J)/(2.04 × 10^8J) × 100% = 30.9%。
（4）向烟囱里通入空气是为了使燃料燃烧更充分，提高锅炉的效率。因为空气中含有氧气，可以支持燃料燃烧，同时使燃料与氧气有足够大的接触面积，燃烧更充分。
设计性实验：探究水的比热容
实验目的：通过实验了解水的比热容，并学会如何测量比热容。
实验材料：
1. 两个相同的烧杯
2. 两个相同的小电热器
3. 温度计
4. 两个相同的小量杯
5. 水和沙子（或其他物质）
实验步骤：
1. 在两个烧杯中分别倒入相同体积的水和沙子。
2. 将两个小电热器通电，使它们产生相同的热量。
3. 用温度计分别测量两个烧杯中物质的温度变化。
4. 根据测量的数据，计算水的比热容。
例题：
某同学在探究水的比热容时，用加热相同时间的方法，先后使质量相同的水和煤油升高相同的温度，比较它们的吸收热量，发现 ，这个现象说明质量相同的水和煤油升高相同的温度时，吸收的热量 。从而可以初步得出水和煤油的比热容大小关系。
答案：水吸收的热量多；不同。
以上是初中物理热学设计性实验和相关例题的简单介绍。
初中物理热学设计性实验和相关例题常见问题主要包括以下几类：
1. 实验器材的使用和操作方法：例如，如何正确使用温度计、热传导计、热风箱等实验器材，正确连接各个部件，并按照正确的步骤进行操作。
2. 数据记录和处理：在实验过程中，需要正确记录实验数据，并能够分析数据以得出结论。例如，在观察热传导现象时，需要记录热传导计的移动距离、时间、温度变化等数据。
3. 实验设计和分析：学生需要设计实验来验证某些热学原理，如热传递的方向性、热量的传递速度等，并能够分析实验结果是否符合预期。
4. 实验安全和注意事项：在实验过程中，需要注意安全，遵守实验室规则，例如避免烫伤、保持距离等。
以下是一个初中物理热学设计性实验的例题和解答：
题目：设计一个实验，验证热传导的方向性。
解答：这个实验可以使用热传导计来进行。首先，我们需要一个平底容器和一个热传导计，其中热传导计有两个金属片和一个连杆连接两个金属片，形成一个可以移动的装置。在容器底部放置一块金属板，将热传导计的一个金属片固定在金属板上。接着，将热源（如火炉）加热金属板，并观察连杆的运动。如果连杆从一侧向另一侧移动，说明热传导的方向性存在。
例题：在做水的沸腾实验时，水沸腾时会出现什么现象？为什么会出现这种现象？
解答：水沸腾时，会持续产生气泡并上升至水面破裂。这是因为水在加热时，水分子的运动加剧，分子间的相互作用力减弱，水分子之间的距离增大，最终成为气体。这种现象也称为水的汽化。