DSE 物理 · 熱學 · 比熱容量

比熱容量模擬實驗

探索不同物質的比熱容量，理解熱能方程式 E = mcΔT

🎯 實驗目標

透過加熱不同物質，觀察比熱容量如何影響溫度上升速率。理解為什麼水的比熱容量特別大，以及這對日常生活的影響。

📝 實驗步驟

1️⃣

選擇物質

從下拉選單選擇要測試的物質

2️⃣

調整質量

設定物質的質量（0.1-5.0 kg）

3️⃣

設定功率

調整加熱器功率（500-2000 W）

4️⃣

開始加熱

點擊開始並觀察溫度變化

比熱容量加熱實驗

120°C
0°C
水
1.0 kg
📊 即時數據
溫度 (T)
20.0°C
已輸入能量 (E)
0 J
加熱時間 (t)
0.0 s

💡 觀察重點：比較不同物質的溫度上升速率，理解比熱容量 c 越大，溫度上升越慢

比熱容量 (c): 4200 J/kg°C

1.0 kg
0.1 kg 5.0 kg
1000 W

功率越大，加熱速度越快（E = P × t）

能量 vs 溫度關係圖
斜率 = 1/(mc)

👀 觀察重點

1️⃣

溫度上升速率

比熱容量越大（如水），溫度上升越慢

2️⃣

圖表斜率

溫度-能量圖的斜率與 mc 成反比

3️⃣

質量影響

質量越大，達到相同溫度需要更多能量

💡 概念理解

📖 比熱容量定義

比熱容量 c 是使 1 kg 物質溫度上升 1 K（或 1°C）所需的能量。SI 單位是 J/(kg·K)，也可寫成 J kg⁻¹ K⁻¹（DSE 常用）。

🔬 熱能方程式

E = mcΔT，其中 E 是熱能，m 是質量，c 是比熱容量，ΔT 是溫度變化。

💧 水的特殊性

水的比熱容量特別大（4200 J/kg°C），因此海洋能調節氣溫，水也是優良的冷卻劑。

⚙️ 實際應用

鋁鍋比熱容量小，加熱快；水暖氣利用水的高比熱容量儲存熱能。

📚 DSE 考試重點

1️⃣

比熱容量公式：E = mcΔT 或 c = E/(mΔT)。記住水的比熱容量是 4200 J/(kg·°C)，這是常見題目中的參考值。

💡 計算題必考：已知三個量求第四個

2️⃣

SI 單位標準：比熱容量的 SI 單位是 J/(kg·K) 或 J kg⁻¹ K⁻¹。溫度變化 ΔT 在開爾文(K)和攝氏度(°C)中數值相同（因為間隔相同）。能量用焦耳(J)，1 kJ = 1000 J。

💡 DSE 考試：溫度變化 10°C = 10 K，但絕對溫度需轉換：0°C = 273 K

3️⃣

熱平衡原理：當兩種物質混合時，高溫物體失去的熱能等於低溫物體獲得的熱能（假設無熱量損失）：m₁c₁ΔT₁ = m₂c₂ΔT₂

💡 混合題型：設最終溫度為 T，列出能量守恆方程

4️⃣

實驗技巧：測量比熱容量時，要考慮熱量損失、攪拌均勻、絕緣容器的使用。計算時可能需要扣除容器本身吸收的熱量。

💡 實驗題可能問：如何減少誤差？如何提高準確度？