中考命題中關(guān)于冰熔化曲線的典型錯誤分析 ①

(江蘇省泰興市教師發(fā)展中心,江蘇 泰興 225400)

1 問題的提出

“探究冰熔化特點”是初中物理的必做學(xué)生實驗,也是初中熱學(xué)部分的重點和難點。每年的中考題都會涉及熔化曲線的分析，然而有的考題中溫度與時間的量化關(guān)系存在科學(xué)錯誤,與實驗結(jié)果嚴(yán)重不符,筆者認(rèn)為很有必要厘清并進(jìn)行修正。

2 中考題中冰熔化圖像的呈現(xiàn)與理論分析

2018年隨州市中考物理第15題、蘭州市中考物理第29題、通遼市中考物理第20題中冰熔化曲線圖像分別如圖1、2、3所示，類似的試題還有很多,在此不一一枚舉。

圖1

圖2

圖3

現(xiàn)對冰熔化的問題從理論上進(jìn)行分析，如圖4所示,冰加熱經(jīng)歷三個階段：第一階段冰吸熱從-T1升溫到0℃，第二階段冰吸熱從0℃的冰熔化成0℃的水,第三階段水吸熱從0℃升溫到T2(T2<100℃)。

圖4

三個階段吸收熱量的表達(dá)式為：第一階段Q吸1=c冰mΔt1,c冰=2.1×103J/(kg·℃)，冰升高的溫度Δt1=T1。第二階段Q吸2=L冰m,L冰為冰的熔化熱,是指單位質(zhì)量的晶體在熔化時變成同溫度的液態(tài)物質(zhì)所需吸收的熱量,在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下L冰=3.35×105J/kg。第三階段Q吸3=c水mΔt2，c水=4.2×103J/(kg·℃),水升高的溫度Δt2=T2。

加熱的過程中均是用同一熱源持續(xù)加熱,設(shè)單位時間物質(zhì)通過熱源吸收的能量恒為q,三個階段的時間分別為t1、t2、t3,則三個階段吸收的能量表達(dá)式分別為：Q源1=qt1,Q源2=qt2,Q源3=qt3,由能量守恒可得：Q吸1=Q源1，Q吸2=Q源2,Q吸3=Q源3,所以c冰mΔt1=qt1,L冰m=qt2,c水mΔt2=qt3。

3 原題錯誤量化分析與修正

將圖1、圖2、圖3有關(guān)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在表1中，對表格中數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析,可以看出：理論計算與已知數(shù)據(jù)中t1、t3的比值關(guān)系均一致,t2與t1、t3的比值均不一致,因此在命題過程中,命題者對t2數(shù)值的設(shè)置要根據(jù)理論公式進(jìn)行修正,與實驗數(shù)據(jù)一致,保證數(shù)據(jù)的真實性。

表1

4 原因分析

筆者認(rèn)為有以下三點原因造成了t2數(shù)據(jù)的不真實。

(1) 對冰熔化熱這個概念不了解。由于初中階段對熔化熱不作要求,很多老師也就沒有思考在0℃的冰融化成0℃的水的過程中,吸收熱量是否存在規(guī)律、存在何種規(guī)律。

(2) 冰加熱過程中溫度隨時間變化的圖像,在實際過程中要想準(zhǔn)確畫出,存在不少困難,這與環(huán)境溫度、器材選擇、實驗方案的設(shè)計都有關(guān)系。

(3) 命題教師知道冰和水的比熱容關(guān)系,畫圖時有意識地關(guān)注了t1和t3的比值關(guān)系,解題時一般用不到t2數(shù)據(jù),從而忽視了t2的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué),更是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖匀粚W(xué)科。中考物理題應(yīng)當(dāng)具有權(quán)威性與嚴(yán)謹(jǐn)性，命題者應(yīng)當(dāng)慎之又慎,切不可出現(xiàn)與真實實驗現(xiàn)象相背離的情況，否則不利于培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)精神，希望命題者在今后命制這類試題時避免類似錯誤再次發(fā)生。一線教師平時不僅要有做實驗的實踐意識，而且要認(rèn)真鉆研、改進(jìn)實驗,提高實驗的精確度。要多讀物理專著,提高理論素養(yǎng),用理論指導(dǎo)實踐,從而更好地服務(wù)教學(xué),提高中考命題的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。