學生對熱量、內能和溫度關系的誤解分析

劉光武

在新課教學及高三復習中,都發現學生對熱量、內能、溫度三者之間的關系有種種誤解。另外,在高考中也經常出現這類問題。現將其錯誤觀點剖析如下,以供參考。

1 熱量和溫度的關系

一種錯誤觀點是溫度高熱量多。其實這是對熱傳遞條件的誤解,兩物體間要發生熱傳遞需要有溫差。熱傳遞是熱量從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體,而不是熱量多的物體轉移給熱量少的物體。溫度是狀態量,反映的是物體的冷熱程度,是針對某狀態而言的;熱量是過程量,反映的是在熱傳遞中內能的轉移量,針對的是某一過程。物體放熱溫度可能降低,物體吸熱溫度可能升高,但并不是溫度高的物體熱量多,溫度低的物體熱量少。

另一種錯誤觀點是認為物體吸收熱量溫度一定升高,放出熱量溫度一定降低。產生這樣的誤解,可能有兩類原因,一是學生死記初中熱傳遞過程吸熱放熱的有關計算公式Q=cmΔt造成誤解。二是他們認為熱傳遞可能改變內能,所以溫度發生變化。但內能改變并不意味著溫度一定改變,內能并不僅僅由溫度決定,況且如果在發生熱傳遞的同時外界做功,內能不一定改變。對一定質量的理想氣體,若只是吸熱而不對外做功,氣體內能增加溫度升高,相反放熱而外界不對其做功,氣體內能減少溫度降低。然而當理想氣體,發生了熱傳遞同時也有做功時,內能也不一定改變。

2 熱量與內能的關系

至今仍有部分學生誤認為內能多熱量就多,產生這類錯誤是由于學生對熱量是過程量沒理解透。我們往往不考慮物體的內能多或少,經常討論的是內能的改變。熱傳遞是可以改變內能,但改變物體的內能還可以通過做功來實現。犯這種錯誤是由于對熱力學第一定律ΔU=W+Q的運用不熟練,或是把熱量混淆成內能。只有物體不對外界做功或外界不對物體做功時,吸熱才能使內能增加,放熱使內能減少。

3 內能和溫度的關系

多數錯誤觀點認為內能增加溫度升高,內能減少溫度降低。這是只注意到內能與溫度有關,而忽視了內能的內涵。內能是物體內所有分子的動能和勢能的總和,從微觀上講與分子總數、分子熱運動的劇烈程度和分子間距有關,從宏觀上講與物質的量、溫度和體積有關,只有理想氣體的內能只與溫度有關。

綜上所述,其實產生這些誤解,是因為學生只注意到這三個物理量的聯系,沒有弄懂各個物理量的內涵,且沒有考慮到某些量間的關系不是單一的,決定因素也不是單一的。因此,教師在概念教學中要注意強調理解概念的物理意義、理清它們之間的關系及某些關系成立的條件。

(欄目編輯羅琬華)