创建物理图像突破比热教学难关

一、比热教学的困难
　　
　　众所周知,物质的热学性质主要由物质的比热来表示,物体间传热前后热平衡方程的建立,物体温度变化过程中吸、放热量多少的计算等等都依赖于物质的比热。首次学习比热概念是在初中,一般方法是通过实验,使学生观察到质量相等的两种不同物质(如,水和煤油),在温度升高相同的度数时,吸收了不相等热量的结果后,为表示各种物质的这种性质,引出了比热的概念:单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量叫做这种物质的比热容,简称比热[1]。
　　
　　在高中物理中,物质比热是作为学生已掌握的知识,对其概念和含义未作任何介绍[2]。
　　
　　无论是初中物理还是高中物理,都没有明确指出物质的比热(或比热容)表示的是物质容纳热量的能力,更没有形象地说明它。由于热量没有具体的可视形体,学习者很难通过感知建立恰当的物理图像,使得相当一部分学生对物质的此种性质理解不透,甚至不理解。笔者曾就此问题对某市高二年级的部分学生作过一次调查,结果有半数以上的学生回答不知道比热表示物质的什么性质,他们只会背定义、列热平衡方程。这个调查结果显示出,比热教学存在着相当的困难和不足。我们认为造成这种状况的主要原因是热量看不见、摸不着,没有直观的物理图像,而在教学中教师又很难帮助学生建立。正因为没有恰当的感知对象,使学生的理解受到了严重阻碍。
　　
　　二、创建物理图像,突破比热教学难关
　　
　　为克服比热教学的困难和不足,我们应用类比方法为比热教学勾画了形象直观的物理图像。大家知道,给物体加热,物体会吸收热量。因此,物体就好象容纳热量的容器,物体吸收热量就是物体在容纳热量,为了能比较不同物体容纳热量的能力,把在一定过程中物体温度升高1度时所吸收的热量称为这个物体在该过程中对热的容纳量,即热容量(容热量)。由同种物质组成的质量不同的物体,类比于形状相同而底面积大小不同的容器,如图1所示。
　　

　　由不同物质组成的不同物体类比于形状不同的容器,由不同物质组成的质量相同的物体类比于底面积相同而形状不同的容器,如图2所示。
　　

　　把一壶水和半壶水烧开,类比于向形状相同底面积大小不同的两容器中注入高度相同的同种液体,自然底面积大的容器需要的热量多,烧开一壶水比烧开半壶水吸收的热量就多。给两个不同物质组成的质量相同的物体加热,使它们升高相同的温度,类比于向两个底面积相同而形状不同的容器注入高度相等的同种液体,由于它们的形状不同,自然所需的液体多少就不同,类比于吸收的热量多少不同。做这样的形象类比,就能够建立起直观清晰的物理图像,使知识通俗易懂。在此基础上进一步启发:如何比较不同物质对热量的容纳能力?为了比较,就要选取相同质量(单位质量)的不同物质,使它们的温度升高相同的度数(1℃),比较它们能容纳多少热量,容纳热量多的就表示容热能力强;由此给出单位质量的某种物质温度升高1℃所吸收的热量就是这种物质的比热容,简称比热。至此,学生们才真正明白了比热容是为了比较不同物质对热量的容纳能力而引入的概念。
　　
　　如此结合类比建立物理图像进行比热教学,使绝大多数学生都能理解物质比热容的含义,同时也使教学过程生动、有趣、形象,取得较好的教学效果。需要强调的是进行如此类比建立物理图像,并不是为了引入比热概念,而是为了帮助学习者通过感知通俗地理解比热的含义。实际进行比热教学时,仍然要通过实验比较相同质量的不同物质升高相同的温度所吸收的热量不同来建立物质的比热概念,再辅以类比图像进行通俗理解,更有利于比热教学难点的突破。