例说初中物理热学图象问题

湖北潜江江汉油田教育集团 唐学文

物理规律可以用文字来描述，也可以函数式来表示，还可以用图象来描述。利用图象描述物理规律，解决物理问题的方法就称之为图象法。图象法通过图象来确定物理量之间的关系，是一种科学探究的基本方法。能直观地反映某一物理量随另一物理量变化的函数关系和动态特征，形象地描述物理过程、展示物理规律、揭示物理问题，结合图象，学生也能够较容易地理解物理过程，发现物理规律，准确把握物理量之间的定性和定量关系，深刻理解问题的物理意义，找到解决问题的捷径，分析或解决某些复杂的物理过程，提高学生的综合能力。

在初中物理热学知识的学习中，利用图象描述固体熔化、液体凝固和水的沸腾等现象温度随时间变化的规律，形象直观地表示了物质温度的变化情况，学生通过图象就能准确地把握住晶体和非晶体的熔化凝固特点、液体的沸腾特点了；还可以应用图象描述比较不同物质的吸热能力，推导得到物质比热容的关系。下面列举几个实例来说说初中热学的图象问题。

一、熔化图象问题

例题1、小明利用如图1-甲所示装置探究冰的熔化特点,他每隔相同时间记录一次温度计的示数,并观察物质的状态.

（1）应选用颗粒________(选填“较大”或“较小”)的冰块做实验.

（2）图1-乙是他根据记录的数据绘制的“温度—时间”图象。由图象可知：冰属于________(选填“晶体”或“非晶体”),这样判断的依据是___________.

（3）图1-乙中第3 min时,物质处于______态；第6min时物质处于_____状态.

（4）图1-乙中,物体在A点时具有的内能________(选填“大于”“小于”或“等于”)在B点时的内能，这是因为 _____ .

（5）开始计时时冰的温度为________℃，由图象可以得到冰的凝固点为_____.

（6）从开始加热计时到熔化结束,共经历了________min，熔化过程经历了_____min.

分析与点评：本题是一道实验探究题，全面考查了学生对固体熔化过程和熔化规律的理解掌握情况，而其信息是由图象来呈现的，因此，解题的关键在于弄清图象所描述的物理过程和物理规律。这就要求学生在学习固体熔化时，经历整个探究过程，体验实验现象，感知熔化特点，收集实验数据，利用图象来处理实验数据，分析图象所表达的物理意义，对整个实验过程进行反思和评估，然后做一些反馈训练，达到深入理解和掌握的目的。第（1）问从实验装置和条件要求给予考查，为了使冰均匀受热，应选择较小的冰块做实验；第（2）问考查了晶体与非晶体的主要区别：是否有固定的熔点，在熔化过程中不断吸热、温度保持不变的是晶体，否则为非晶体；第（3）问考查了观察整个实验过程的状态变化现象是否有清晰的认识，实验过程中观察到：冰经过了“固态——固液共存——液态”三个阶段，其中熔化过程中处于“固液共存”状态；第（4）问考查了热传递改变内能的知识，不能机械片面地理解温度对内能的影响；第（5）问的解答要求学生正确认识熔化温度并与实验过程中开始计时的温度区分开来，考查了同一晶体的凝固点和熔点相同；第（6）问考查了学生是否清楚的知道图像那一阶段表示熔化过程，要与“固态吸热升温、液态吸热升温”阶段区分，不能混为一团。

二、凝固图象问题

例题2、下列图象中，能正确描述液体凝固成晶体的图象是（ ）

分析与点评：本题的题干部分要求选出晶体凝固图象，而呈现的选项是晶体和非晶体的熔化图象与凝固图象，因此解题时，首先要排除熔化图象，然后根据晶体和非晶体的凝固规律选出液体凝固成晶体的图象。晶体凝固过程中，不断放热，温度保持不变，而非晶体在凝固的过程中，不断放热，温度不断降低，即晶体和非晶体的凝固的主要区别在于：晶体有凝固点，而非晶体没有凝固点。同学们不仅要记住这些知识点，而且要能根据图象来加以描述，跟图象表达的物理规律紧密的联系起来，融会贯通的解决实际问题。

三、物质吸热能力（比热容）图象问题

例题3、用两个相同的“热得快”，分别给质量、初温都相同的甲、乙两种液体同时加热，两液体的温度随时间变化关系的图象如图．根据图象可知，甲液体的比热容_____乙液体的比热容（选填“大于”、“小于”或“等于”）．如果乙液体是水，那么质量为500g，初温为20℃的乙液体吸收1.89×105J的热量，乙液体的温度升高了_____℃（气压为一标准大气压）．

分析与点评：本题图象非常直观告诉我们：质量相等、初温相同的两种物质，在相等的时间内吸收相等的热量，甲升高的温度比乙的大，从而推知乙的吸热能力比甲的强；也可以从图象直观地看出：要使质量相等、初温相同的甲乙两种物质升高相同的温度，乙就要吸收更多的热量，说明了乙的吸热能力比甲的强。这样，学生就比较容易理解相关的物理知识。物质的吸热能力是用“比热容”这个物理量来表示的，吸热能力强的比热容大，反之吸热能力弱的比热容小。通过进一步分析图象，还可以得到一些结论：质量一定的某种物质吸收的热量跟升高的温度成正比；在同一图象内，在其它条件相同的条件下，比热容越大的物质温度随时间变化关系的直线图象的斜率越小。这些结论有助于对公式Q =cm△t理解，扩展思维空间，提升理解能力。

例题5、已知c水=4.2×103J/（kg·℃），在上述例题1中，假设试管中冰的质量为50g，在整个过程中相同时间内试管内的物质吸热相等，请根据1-乙图的相关信息计算：冰在熔化过程中吸收的热量是_____，冰的比热容_____水的比热容。（选填“＞”“＝”或“＜”）

分析与点评：这道题是晶体的熔化图象和物质吸热能力的图象问题的综合应用，解题的关键是要从图象获取信息，理清冰在熔化过程中吸收的热量是不能用公式Q =cm⊿t来计算的，但熔化成水后温度升高所吸收的热量可以用公式Q = cm⊿t来计算,这样根据图象信息先计算得到试管内的物质每分钟吸收的热量，再推导出冰在熔化过程中吸收的热量；比较“冰吸热升温”阶段与“水吸热升温”阶段的直线斜率，不难得出冰的比热容小于水的比热容。这里还可以进一步拓展，利用图象信息和前面的计算量求出冰的比热容的大小。