學(xué)生對熱量、內(nèi)能和溫度關(guān)系的誤解分析

劉光武

在新課教學(xué)及高三復(fù)習(xí)中,都發(fā)現(xiàn)學(xué)生對熱量、內(nèi)能、溫度三者之間的關(guān)系有種種誤解。另外,在高考中也經(jīng)常出現(xiàn)這類問題。現(xiàn)將其錯誤觀點剖析如下,以供參考。

1 熱量和溫度的關(guān)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(fā)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(zhuǎn)移給熱量少的物體。溫度是狀態(tài)量,反映的是物體的冷熱程度,是針對某狀態(tài)而言的;熱量是過程量,反映的是在熱傳遞中內(nèi)能的轉(zhuǎn)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(rèn)為物體吸收熱量溫度一定升高,放出熱量溫度一定降低。產(chǎn)生這樣的誤解,可能有兩類原因,一是學(xué)生死記初中熱傳遞過程吸熱放熱的有關(guān)計算公式Q=cmΔt造成誤解。二是他們認(rèn)為熱傳遞可能改變內(nèi)能,所以溫度發(fā)生變化。但內(nèi)能改變并不意味著溫度一定改變,內(nèi)能并不僅僅由溫度決定,況且如果在發(fā)生熱傳遞的同時外界做功,內(nèi)能不一定改變。對一定質(zhì)量的理想氣體,若只是吸熱而不對外做功,氣體內(nèi)能增加溫度升高,相反放熱而外界不對其做功,氣體內(nèi)能減少溫度降低。然而當(dāng)理想氣體,發(fā)生了熱傳遞同時也有做功時,內(nèi)能也不一定改變。

2 熱量與內(nèi)能的關(guān)系

至今仍有部分學(xué)生誤認(rèn)為內(nèi)能多熱量就多,產(chǎn)生這類錯誤是由于學(xué)生對熱量是過程量沒理解透。我們往往不考慮物體的內(nèi)能多或少,經(jīng)常討論的是內(nèi)能的改變。熱傳遞是可以改變內(nèi)能,但改變物體的內(nèi)能還可以通過做功來實現(xiàn)。犯這種錯誤是由于對熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q的運用不熟練,或是把熱量混淆成內(nèi)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(nèi)能增加,放熱使內(nèi)能減少。

3 內(nèi)能和溫度的關(guān)系

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

綜上所述,其實產(chǎn)生這些誤解,是因為學(xué)生只注意到這三個物理量的聯(lián)系,沒有弄懂各個物理量的內(nèi)涵,且沒有考慮到某些量間的關(guān)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(xué)中要注意強調(diào)理解概念的物理意義、理清它們之間的關(guān)系及某些關(guān)系成立的條件。

(欄目編輯羅琬華)