内能、温度、热量是热学中三个重要的物理量,但在这几年的教学中,本人发现学生对内能、温度、热量只能从教材中知道三个物理量的定义,但是对于三者之间的区别和联系,学生并不能完全掌握理解,更没办法去运用所学的知识解决实际问题了。
一、 关于内能、温度、热量学生的难点
在教学中学生关于内能、温度、热量类型的题目错误率都较高
下列9个选项本人做了一个调研,随机抽取本校九年级100名学生,把上面题目给学生判断对错:
下列关于热量、温度、内能说法中哪些是对的?哪些是错的?
A.温度高的物体内能肯定大
B.物体内能增大,一定吸收热量
℃的水比0℃的冰内能大
D.质量不等、温度相同的两物体间一定不会发生热传递
E.物体的温度越高,所含的热量越多
F.水沸腾时继续吸热,温度保持不变
G.物体温度升高,一定吸收了热量
H.物体吸收了热量,温度一定升高
I.物体温度升高,内能一定增加
学生的错误率如右图所示:
可以看出学生关于内能、温度热量的错误率最高达到了67%,9个题目错误率达到50%以上的有5个,可以看出学生对内能、温度、热量的相关知识掌握的并不理想。上面的选项中A、C、I、其实就是靠温度与内能的关系,但A为错误率为10%,I错误率增加到62%,说明学生对这温度和内能之间的联系和区别并没有掌握,教材中的表述看的多些,记得牢固些,但换个表述方法就会出现三个物理量概念的混淆不清,错误率变高。B是内能和热量的关系,但教材中是没有这两者之间的直接关系的,通过热传递方式改变内能,E就是考察学生对热量知识的掌握,而更倾向学生理解热量,而不是记住热量的定义。所以,内能、温度、热量三个物理量之间的联系和区别,我们仅从教材中定义去理解,学生很难准确得出答案,解决实际问题。那教师在教学中应如何让学生掌握内能、温度、热量它们之间的区别和联系,让学生突破难点?是我们教师应该好好深思和解决的问题。
二、教材中对内能、热量、温度的定义及其在教材中的地位和作用
内能、温度、热量是义务教育物理课程中热学中三个重要的物理量,也是初中学生容易混淆的三个物理量。但是我们所用的教材(人民教育出版社)中,内能的概念是在第十三章《内能》的第2节中出现并给了定义:构成物体的所以分子,其热运动的动能与分子势能的总和,叫做物体的内能;这节开始学生接触到了微观世界,更是为后面热机的学习做铺垫。温度的概念出现在第三章《物态变化》第一节温度定义为:物理学中通常用温度表示物体的冷热程度温度;从分子动理论的观点来看,温度是分子平均动能的标志。温度越高,分子动能越大。从而,可以看出,温度与内能有着紧密的联系。热量的概念出现在第三章《物态变化》中物质在固态、液态、气态这三种状态之间的变化中出现吸收放出热量的名称,但在第十三章《内能》第2节内能中物体内能的改变方式——热传递确切给出热量的定义,定义为:在热传递过程中,传递能量的多少叫做热量。
人民教育出版社是依据《课标》编写的,课标要求学生理解内能、温度、热量这三个完全不同的物理量,且要掌握它们之间的联系。但是教材主要通过定义来区分内能、温度、热量,比较抽象,初中阶段的学生虽然抽象逻辑思维日益占主导地位,但他们在进行抽象逻辑思维的时候,还是需要具体的、直接、形象的感性经验的支持,不然就会出现理解、判断、推理上的困难。所以对内能、温度、热量的理解只是建立在教材给的定义,学生要完全把这三者之间的联系和区别理解透彻,还是存在很大难度的。
三、对内能、温度、热量之间联系和区别难点的攻克措施
(一)采用深入讲解内能、温度、热量的定义
物理核心素养主要包括:物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任,
可以看出,物理观念是物理核心素养之一,所以物理教师在课堂教学中必须把物理概念作为教学的重点进行讲解。物理学中内能是物体内部所有分子动能(影响因素温度)和分子势能(影响因素质量、状态)的和,温度越高,分子动能越大,内能越大,内能是个状态量;热量是指热传递过程中内能的变化量,热量只是一个过程量,所以在描述过程中不能说其具有热量或含有热量,它只存在于热传递过程中,职能说吸收或者放出热量;而温度是物体的冷热程度,它是微观概念中大量分子运动的平均强度,通过宏观概念温度体现出来。例如:上面例2,B物体的温度越高,所含的热量越多就可以通过上面的内能、温度、热量的定义得出是错误。所以教师讲解内能、温度、热量定义并总结三者之间的关系,如下:
1、内能和温度的关系
物体内能的变化,不一定引起温度的变化.这是因为物体内能变化的同时,也有可能是发生物态变化。物体在发生物态变化时内能变化了,温度有时变化有时不变化。例如晶体熔化和凝固过程中,内能虽然发生了变化,但温度却保持不变。因此,物体的温度升高,分子的动能增大,内能增大,反之,温度降低,物体内能减小。因此,物体温度的变化,一定会引起内能的变化。
2、内能与热量的关系
物体的内能改变了,物体却不一定吸收或放出了热量,这是因为改变物体的内能有两种方式:做功和热传递.即物体的内能改变了,可能通过热传递,由于物体吸收(或放出)了热量也可能是对物体做了功(或物体对外做了功)。而热量是物体在热传递过程中内能变化量。物体吸收热量,内能增加,物体放出热量,内能减少.因此物体吸热或放热,一定会引起内能的变化。
3.热量与温度的关系
物体吸收或放出热量,温度不一定变化,是因为物体在吸热或放热的同时,如果物体本身发生了物态变化(如冰的熔化或水的凝固)。这时,物体虽然吸收(或放出)了热量,但温度保持不变.物体温度改变了,物体不一定要吸收或放出热量,也可能是由于对物体做功(或物体对外做功)使物体的内能变化了,温度改变了。
(二)利用实验探究验证让学生理解掌握三者之间的联系和区别
例如:上题中A温度高的物体内能肯定大。可以用一杯100摄氏度水和一缸50摄氏度的水比较因此,在内能、温度、热量的教学中我们教师应该联系生活实例,物理科学作为自然科学的重要分支,不仅对物质文明的进步和人类对自然界认识的审核起到重要的推动作用,对人类的思维发展也是产生了很大的影响。从亚里士多德的自然哲学,到牛顿时代的经典力学,直到现代物理中的相对论和量子力学等,都体现了物理知识的教学是和人类的生产生活是分不开的,物理已经渗入到人类生活的各个领域。通过探究性实验验证,美国著名教育学杜威在二十世纪初就提出基础教育阶段的教师需要“探究”这种教学技能,这样的教学可以让学生学习的方式有被动变成主动,提高学生的兴趣,帮助学生理解所学知识。
(三)内能、温度、热量三者之间联系利用图像表示出来,通过学生所掌握的定义为基础,解决实际问题
图像一直被作为形象描述物理规律的工具,也是解决物理问题的一种有效的手段,因为在物理学中图像可以形象直观的表达出物理量之间的关系,能让学生有直观的体验,思路会变得更清晰。如下图,是本人在教学给学生看到的内能、温度、热传递三个物理量关系:
从上图中可知,温度(影响分子动能)和质量、状态(影响分子势能)同时影响物体内能大小,而内能改变的方式有两种热传递和做功,热传递的过程中能量的变化量是热量,而上述两种方式改变物体内能的方式是等效的,这样我们就可以沿着箭头的方向是理解内能、热量、温度三者之间的联系和区别,例如B物体内能升高,一定吸收了热量,沿着上图可知温度升高内能会增大,但是后面有两种方式可能是热传递则吸收了热量,也可能是通过做功的方式,所以该选项说一定就错了;例H物体吸收了热量,温度一定升高;物体吸收了热量,说明通过热传递方式改变内能,吸收热量内能增加,但宏观表现有两个选项可能是温度升高,还可能是状态变化,所以该选项一定就不对了。
物理教学过程,教师不能只注重教材知识的传递,还应学会总结知识点,教会学生利用所学物理知识解决实际问题,提高他们综合运用知识的能力。这样对教师的要求就更高了,教师要先研究《课标》,按照课标的要求来进行教学,在教学中还要总结各个物理量之间的联系、区别,再让学生去理解。让教师用更多的时间使学生花费更少的时间去理解运用所学的知识。
参考文献:
[1] 教育部,义务教育教科书
[2] 赵建民,《浅谈内能热量和温度间变化关系》《中学物理(初中版)》1997年07期