熱學(xué)實(shí)驗(yàn)圖象的解讀

隋國(guó)偉

【摘要】實(shí)驗(yàn)圖象的分析與處理在實(shí)驗(yàn)中起著至關(guān)重要的作用，但如果學(xué)生沒(méi)有好的技巧和方法，即使面對(duì)正確的圖象信息也不能很好的得出結(jié)論，勢(shì)必對(duì)實(shí)驗(yàn)造成一定的影響.本文以熱學(xué)實(shí)驗(yàn)的圖象為例進(jìn)行剖析，幫助學(xué)生去領(lǐng)悟其中的內(nèi)涵，也同時(shí)培養(yǎng)繪圖、識(shí)圖、析圖等能力.

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng)；熱學(xué)實(shí)驗(yàn)；析圖

在熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們平時(shí)經(jīng)常關(guān)注的是如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和操作的過(guò)程，而忽視了對(duì)數(shù)據(jù)的處理與分析，特別是圖象的繪制、分析與處理等，其實(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)中圖象的分析是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵所在，結(jié)論的正確得出有著重要的作用.

對(duì)熱學(xué)實(shí)驗(yàn)題的圖象的分析與處理是學(xué)生普遍感覺(jué)棘手的問(wèn)題，但對(duì)熱學(xué)實(shí)驗(yàn)的圖象分析有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神等，在考查熱學(xué)探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，可能單獨(dú)從某個(gè)實(shí)驗(yàn)的角度進(jìn)行考查，也可能會(huì)把幾個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)綜合起來(lái)進(jìn)行考查.無(wú)論是哪類(lèi)的實(shí)驗(yàn)，都要正確掌握繪制、解讀、識(shí)圖、析圖等，要能區(qū)分各圖象的含義，特別是在一個(gè)圖象中涉及了熔化、沸騰、凝固、比熱容等時(shí)，需要對(duì)這一綜合圖象進(jìn)行分段研究，認(rèn)清每段線所表示的意義，從“一波三折”中找規(guī)律，析過(guò)程，得結(jié)論.因此，對(duì)于圖象的“分析與處理”問(wèn)題是有待于解決的重要問(wèn)題，那么如何解決圖象的分析與處理問(wèn)題呢，現(xiàn)以一道熱學(xué)實(shí)驗(yàn)這類(lèi)問(wèn)題為例進(jìn)行分析解讀：

例題（2022·遼寧營(yíng)口）在“探究冰熔化時(shí)溫度的變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1中甲圖所示.每隔相同的一段時(shí)間記錄一次溫度計(jì)的示數(shù)，并觀察物質(zhì)的狀態(tài).

（1）組裝器材時(shí)應(yīng)先固定___________（選填“A”“B”或“C”）的位置.為使冰塊均勻受熱，應(yīng)選用___________（選填“大冰塊”或“碎冰”）進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中某一時(shí)刻溫度計(jì)的示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)冰的溫度為_(kāi)__________℃.

（3）圖丙是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的冰熔化時(shí)溫度隨時(shí)間變化的圖象，分析圖象可知：第6min，處于___________（選填“固”“液”或“固液共存”）態(tài)；冰熔化時(shí)需要吸收熱量，溫度___________；冰是___________（選填“晶體”或“非晶體”）；0～4min升溫比8～12min升溫快的原因是___________.

（4）如圖丙是冰溶化時(shí)溫度隨時(shí)間變化的圖象，熔化過(guò)程對(duì)應(yīng)圖線中的___________段（選填“AB”或“BC”）其熔點(diǎn)為_(kāi)__________℃．熔化過(guò)程中冰吸收的熱量___________放出的熱量（選填“大于”“小于”或“等于”）.

（5）如圖丙冰熔化時(shí)溫度隨時(shí)間變化的圖象，第6min時(shí)的內(nèi)能___________第8min時(shí)的內(nèi)能（選填“大于”“等于”或“小于”）；該物質(zhì)在AB段比熱容與CD段的比熱容之比為_(kāi)__________.

（6）若實(shí)驗(yàn)進(jìn)行4min后，移開(kāi)酒精燈停止加熱，此時(shí)熔化過(guò)程___________繼續(xù)進(jìn)行（填“能”或“不能”）．

分析此題是一個(gè)熱學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，對(duì)器材的選擇、安裝、測(cè)量器材的讀取、圖象的分析與處理等都進(jìn)行了考查，同時(shí)還考查了比熱容等綜合知識(shí).而此題重點(diǎn)考查探究冰的熔化規(guī)律實(shí)驗(yàn)，在給定的圖象的基礎(chǔ)上設(shè)置問(wèn)題.此題重點(diǎn)在對(duì)圖象的解讀與分析，從不同的角度去認(rèn)識(shí)和理解圖象的含義.

（1）組裝器材應(yīng)按照“自下而上”原則，保證酒精燈、試管及溫度計(jì)處于適當(dāng)位置，所以要理解“適當(dāng)”的含義，這樣才能確定如何固定鐵圈、鐵夾和鐵桿這些器材的位置，因此應(yīng)先固定C位置；固體應(yīng)選擇顆?；蚍勰睿瑸榱耸蛊涫軣峋鶆?，實(shí)驗(yàn)效果更佳.

（2）熱學(xué)實(shí)驗(yàn)是離不開(kāi)對(duì)溫度計(jì)的考查，包括操作使用和讀取，使用溫度計(jì)前，要看清量程和分度值，讀取溫度時(shí)，首先應(yīng)注意液面在零刻度的哪個(gè)位置來(lái)決定零上還是零下，然后看好分度值，以零刻度為起點(diǎn)進(jìn)行讀數(shù)，此題液面在零攝氏度之下，因此讀數(shù)為-3℃.

（3）首先要認(rèn)識(shí)繪制的是冰熔化圖象，橫坐標(biāo)為加熱時(shí)間，縱坐標(biāo)為溫度，因此通過(guò)圖象可知在0～4min段屬于固體升溫過(guò)程，此時(shí)狀態(tài)為固態(tài)；在4～8min段與橫坐標(biāo)平行，屬于熔化過(guò)程，處于固液共存狀態(tài)，此過(guò)程中一直吸熱，溫度不變，內(nèi)能增加，因此說(shuō)明此固體有固定的熔點(diǎn)，屬于晶體；8～12min段屬于液體升溫過(guò)程，此時(shí)狀態(tài)為液態(tài)，雖然屬于同一物體，但其狀態(tài)不同，導(dǎo)致加熱時(shí)間相同時(shí)，加熱升溫不同，即吸熱能力不同，因此0～4min升溫比8～12min升溫快的原因是水的比熱容大.

（4）由于冰是晶體，有固定的熔點(diǎn)，所以熔化過(guò)程對(duì)應(yīng)圖線中的BC段.熔點(diǎn)為0℃，冰在熔化過(guò)程中不斷吸收熱量，使冰的內(nèi)能增加，因此吸收的熱量大于放出的熱量.

（5）在如圖丙所示的圖像中，BC段為熔化時(shí)間，不斷吸熱，因此內(nèi)能增加，故時(shí)間越長(zhǎng)其具有的內(nèi)能越大，同時(shí)說(shuō)明加熱時(shí)間反映吸收熱量的多少.AB段為固態(tài)，CD段為液態(tài)，加熱時(shí)間相同都是4min，并且冰熔化成水時(shí)質(zhì)量不變，而通過(guò)圖示可以看出AB段升溫10℃，CD段升溫5℃，升高的溫度為2∶1，根據(jù)Q=cmΔt可知，比熱容與升高的溫度成反比，故可知冰的比熱容為水的比熱容的二分之一，因此冰與水的比熱容之比為1：2.

（6）4min后為冰的熔化過(guò)程，熔化時(shí)應(yīng)不斷吸熱，若停止加熱，則熔化停止，因此此時(shí)熔化過(guò)程不能進(jìn)行.

答案（1）C ；碎冰.（2）-3.（3）固液共存；保持不變；晶體；水的比熱容大.（4）BC；0；大于.（5）小于；1∶2.（6）不能.

點(diǎn)撥通過(guò)上例的分析不難發(fā)現(xiàn)圖象分析的重要性，此圖象屬于溫度—時(shí)間圖象，“一波三折”更是這類(lèi)圖象的特色，從狀態(tài)、溫度等方面進(jìn)行了全面的考查，識(shí)圖顯得格外重要，可以把此圖象分成三段，熔化前、熔化時(shí)、熔化后，注意溫度的變化，來(lái)判斷物體是晶體還是非晶體，折點(diǎn)的意義和折線的區(qū)別的理解更是難點(diǎn)，因此在平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，要特別注意如何去分析和解讀.

通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)及其拓展問(wèn)題，不難看出實(shí)驗(yàn)中的圖象數(shù)據(jù)的分析與處理是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵所在，因此對(duì)一個(gè)圖象要進(jìn)行深入的分析，也可以把多個(gè)熱學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合在一起，比如把冰熔化實(shí)驗(yàn)和水沸騰實(shí)驗(yàn)整合在一起進(jìn)行分析，這樣通過(guò)對(duì)比的方式把知識(shí)融合，也可以把整個(gè)初中的熱學(xué)知識(shí)，比如內(nèi)能、熱量、比熱容和熱值等知識(shí)貫穿于練習(xí)當(dāng)中，使實(shí)驗(yàn)更具有深度和廣度.

總之，對(duì)于熱學(xué)探究實(shí)驗(yàn)類(lèi)的圖象問(wèn)題，基本都屬于溫度時(shí)間圖象，如果是繪制圖象類(lèi)，要根據(jù)表格中數(shù)據(jù)利用描點(diǎn)連線法正確繪制圖象，然后進(jìn)行分析得出結(jié)論.而對(duì)于給定圖象類(lèi)，要明確其屬于哪類(lèi)熱學(xué)圖象，要明確所探究的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模硗庾x懂各段的含義，即要學(xué)會(huì)解讀、識(shí)圖、析圖等，從而針對(duì)圖象信息進(jìn)一步處理得出結(jié)論.