例說初中物理熱學圖象問題

唐學文

物理規律可以用文字來描述，也可以函數式來表示，還可以用圖象來描述。利用圖象描述物理規律，解決物理問題的方法就稱之為圖象法。圖象法通過圖象來確定物理量之間的關系，是一種科學探究的基本方法。能直觀地反映某一物理量隨另一物理量變化的函數關系和動態特征，形象地描述物理過程、展示物理規律、揭示物理問題，結合圖象，學生也能夠較容易地理解物理過程，發現物理規律，準確把握物理量之間的定性和定量關系，深刻理解問題的物理意義，找到解決問題的捷徑，分析或解決某些復雜的物理過程，提高學生的綜合能力。

在初中物理熱學知識的學習中，利用圖象描述固體熔化、液體凝固和水的沸騰等現象溫度隨時間變化的規律，形象直觀地表示了物質溫度的變化情況，學生通過圖象就能準確地把握住晶體和非晶體的熔化凝固特點、液體的沸騰特點了；還可以應用圖象描述比較不同物質的吸熱能力，推導得到物質比熱容的關系。下面列舉幾個實例來說說初中熱學的圖象問題。

一、熔化圖象問題

例題1、小明利用如圖1-甲所示裝置探究冰的熔化特點，他每隔相同時間記錄一次溫度計的示數，并觀察物質的狀態.

（1）應選用顆粒________（選填“較大”或“較小”）的冰塊做實驗.

（2）圖1-乙是他根據記錄的數據繪制的“溫度—時間”圖象。由圖象可知：冰屬于________（選填“晶體”或“非晶體”），這樣判斷的依據是__________________________.

（3）圖1-乙中第3 min時，物質處于______態；第6min時物質處于 狀態.

（4）圖1-乙中，物體在A點時具有的內能________（選填“大于”“小于”或“等于”）在B點時的內能，這是因為 .

（5）開始計時時冰的溫度為________℃，由圖象可以得到冰的凝固點為 .

（6）從開始加熱計時到熔化結束，共經歷了________min，熔化過程經歷了 min.

分析與點評：本題是一道實驗探究題，全面考查了學生對固體熔化過程和熔化規律的理解掌握情況，而其信息是由圖象來呈現的，因此，解題的關鍵在于弄清圖象所描述的物理過程和物理規律。這就要求學生在學習固體熔化時，經歷整個探究過程，體驗實驗現象，感知熔化特點，收集實驗數據，利用圖象來處理實驗數據，分析圖象所表達的物理意義，對整個實驗過程進行反思和評估，然后做一些反饋訓練，達到深入理解和掌握的目的。第（1）問從實驗裝置和條件要求給予考查，為了使冰均勻受熱，應選擇較小的冰塊做實驗；第（2）問考查了晶體與非晶體的主要區別：是否有固定的熔點，在熔化過程中不斷吸熱、溫度保持不變的是晶體，否則為非晶體；第（3）問考查了觀察整個實驗過程的狀態變化現象是否有清晰的認識，實驗過程中觀察到：冰經過了“固態——固液共存——液態”三個階段，其中熔化過程中處于“固液共存”狀態；第（4）問考查了熱傳遞改變內能的知識，不能機械片面地理解溫度對內能的影響；第（5）問的解答要求學生正確認識熔化溫度并與實驗過程中開始計時的溫度區分開來，考查了同一晶體的凝固點和熔點相同；第（6）問考查了學生是否清楚的知道圖像那一階段表示熔化過程，要與“固態吸熱升溫、液態吸熱升溫”階段區分，不能混為一團。

二、凝固圖象問題

例題2、下列圖象中，能正確描述液體凝固成晶體的圖象是（ ）

分析與點評：本題的題干部分要求選出晶體凝固圖象，而呈現的選項是晶體和非晶體的熔化圖象與凝固圖象，因此解題時，首先要排除熔化圖象，然后根據晶體和非晶體的凝固規律選出液體凝固成晶體的圖象。晶體凝固過程中，不斷放熱，溫度保持不變，而非晶體在凝固的過程中，不斷放熱，溫度不斷降低，即晶體和非晶體的凝固的主要區別在于：晶體有凝固點，而非晶體沒有凝固點。同學們不僅要記住這些知識點，而且要能根據圖象來加以描述，跟圖象表達的物理規律緊密的聯系起來，融會貫通的解決實際問題。

三、、物質吸熱能力（比熱容）圖象問題

例題3、用兩個相同的“熱得快”，分別給質量、初溫都相同的甲、乙兩種液體同時加熱，兩液體的溫度隨時間變化關系的圖象如圖.根據圖象可知，甲液體的比熱容 乙液體的比熱容（選填“大于”、“小于”或“等于”）.如果乙液體是水，那么質量為500g，初溫為20℃的乙液體吸收1.89×105J的熱量，乙液體的溫度升高了 ℃（氣壓為一標準大氣壓）.

分析與點評：本題圖象非常直觀告訴我們：質量相等、初溫相同的兩種物質，在相等的時間內吸收相等的熱量，甲升高的溫度比乙的大，從而推知乙的吸熱能力比甲的強；也可以從圖象直觀地看出：要使質量相等、初溫相同的甲乙兩種物質升高相同的溫度，乙就要吸收更多的熱量，說明了乙的吸熱能力比甲的強。這樣，學生就比較容易理解相關的物理知識。物質的吸熱能力是用“比熱容”這個物理量來表示的，吸熱能力強的比熱容大，反之吸熱能力弱的比熱容小。通過進一步分析圖象，還可以得到一些結論：質量一定的某種物質吸收的熱量跟升高的溫度成正比；在同一圖象內，在其它條件相同的條件下，比熱容越大的物質溫度隨時間變化關系的直線圖象的斜率越小。這些結論有助于對公式Q = cm⊿t理解，擴展思維空間，提升理解能力。

例題5、已知c水=4.2×103J/（kg·℃），在上述例題1中，假設試管中冰的質量為50g，在整個過程中相同時間內試管內的物質吸熱相等，請根據1-乙圖的相關信息計算：冰在熔化過程中吸收的熱量是 ，冰的比熱容 水的比熱容。（選填“>”“=”或“<”）

分析與點評：這道題是晶體的熔化圖象和物質吸熱能力的圖象問題的綜合應用，解題的關鍵是要從圖象獲取信息，理清冰在熔化過程中吸收的熱量是不能用公式Q = cm⊿t來計算的，但熔化成水后溫度升高所吸收的熱量可以用公式Q = cm⊿t來計算，這樣根據圖象信息先計算得到試管內的物質每分鐘吸收的熱量，再推導出冰在熔化過程中吸收的熱量；比較“冰吸熱升溫”階段與“水吸熱升溫”階段的直線斜率，不難得出冰的比熱容小于水的比熱容。這里還可以進一步拓展，利用圖象信息和前面的計算量求出冰的比熱容的大小。