創建物理圖像 突破比熱教學難關

一、 比熱教學的困難

眾所周知，物質的熱學性質主要由物質的比熱來表示，物體間傳熱前后熱平衡方程的建立，物體溫度變化過程中吸、放熱量多少的計算等等都依賴于物質的比熱。首次學習比熱概念是在初中，一般方法是通過實驗，使學生觀察到質量相等的兩種不同物質（如，水和煤油），在溫度升高相同的度數時，吸收了不相等熱量的結果后，為表示各種物質的這種性質，引出了比熱的概念：單位質量的某種物質溫度升高1℃吸收的熱量叫做這種物質的比熱容，簡稱比熱[1]。

在高中物理中，物質比熱是作為學生已掌握的知識，對其概念和含義未作任何介紹[2]。

無論是初中物理還是高中物理，都沒有明確指出物質的比熱（或比熱容）表示的是物質容納熱量的能力，更沒有形象地說明它。由于熱量沒有具體的可視形體，學習者很難通過感知建立恰當的物理圖像，使得相當一部分學生對物質的此種性質理解不透，甚至不理解。筆者曾就此問題對某市高二年級的部分學生作過一次調查，結果有半數以上的學生回答不知道比熱表示物質的什么性質，他們只會背定義、列熱平衡方程。這個調查結果顯示出，比熱教學存在著相當的困難和不足。我們認為造成這種狀況的主要原因是熱量看不見、摸不著，沒有直觀的物理圖像，而在教學中教師又很難幫助學生建立。正因為沒有恰當的感知對象，使學生的理解受到了嚴重阻礙。

二、 創建物理圖像，突破比熱教學難關

為克服比熱教學的困難和不足，我們應用類比方法為比熱教學勾畫了形象直觀的物理圖像。大家知道，給物體加熱，物體會吸收熱量。因此，物體就好象容納熱量的容器，物體吸收熱量就是物體在容納熱量，為了能比較不同物體容納熱量的能力，把在一定過程中物體溫度升高1度時所吸收的熱量稱為這個物體在該過程中對熱的容納量，即熱容量（容熱量）。由同種物質組成的質量不同的物體，類比于形狀相同而底面積大小不同的容器，如圖1所示。

由不同物質組成的不同物體類比于形狀不同的容器，由不同物質組成的質量相同的物體類比于底面積相同而形狀不同的容器，如圖2所示。

把一壺水和半壺水燒開，類比于向形狀相同底面積大小不同的兩容器中注入高度相同的同種液體，自然底面積大的容器需要的熱量多，燒開一壺水比燒開半壺水吸收的熱量就多。給兩個不同物質組成的質量相同的物體加熱，使它們升高相同的溫度，類比于向兩個底面積相同而形狀不同的容器注入高度相等的同種液體，由于它們的形狀不同，自然所需的液體多少就不同，類比于吸收的熱量多少不同。做這樣的形象類比，就能夠建立起直觀清晰的物理圖像，使知識通俗易懂。在此基礎上進一步啟發：如何比較不同物質對熱量的容納能力？為了比較，就要選取相同質量（單位質量）的不同物質，使它們的溫度升高相同的度數（1℃），比較它們能容納多少熱量，容納熱量多的就表示容熱能力強；由此給出單位質量的某種物質溫度升高1℃所吸收的熱量就是這種物質的比熱容，簡稱比熱。至此，學生們才真正明白了比熱容是為了比較不同物質對熱量的容納能力而引入的概念。

如此結合類比建立物理圖像進行比熱教學，使絕大多數學生都能理解物質比熱容的含義，同時也使教學過程生動、有趣、形象，取得較好的教學效果。需要強調的是進行如此類比建立物理圖像，并不是為了引入比熱概念，而是為了幫助學習者通過感知通俗地理解比熱的含義。實際進行比熱教學時，仍然要通過實驗比較相同質量的不同物質升高相同的溫度所吸收的熱量不同來建立物質的比熱概念，再輔以類比圖像進行通俗理解，更有利于比熱教學難點的突破。

參考文獻

[1] 人民教育出版社物理室，中國教育學會物理教學研究會．九年義務教育三年制初級中學教科書物理（第二冊）．北京：人民教育出版社，1994．120．

[2] 人民教育出版社物理室．全日制普通高級中學教科書（試驗修訂本·必修加選修）物理（第二冊）．北京：人民教育出版社，2000．2．

（責任編輯孫曉雯）