自然界發(fā)生的熔化與凝固現象實在是太常見了：河水結冰、冰川消融……下面，我們通過實驗“探究冰、石蠟的熔化特點”來闡述一下如何科學合理地運用圖像法來研究物理問題.

探究過程：設計如圖1裝置

在圖1甲試管中放入碎冰，并在碎冰中插入溫度計，利用空氣對冰進行加熱，每隔0.5min記錄一下溫度計的示數，同時注意觀察試管中冰的狀態(tài)變化，直到冰塊全部熔化后2min為止.

在圖1乙試管中放入碎石蠟，并在碎石蠟中插入溫度計，利用水浴法對石蠟均勻加熱，每隔0.5min記錄一下溫度計的示數，同時注意觀察試管中石蠟的狀態(tài)變化，直到石蠟全部熔化后2min為止.

將實驗收集的數據記錄在表格中：

（下表為筆者收集的實驗數據）

對實驗數據進行整理和分析，可以總結出冰和石蠟在熔化前、熔化過程中和熔化后三個階段的溫度特點和狀態(tài)特點：

冰在整個實驗過程中不斷吸熱，熔化前溫度上升，呈固態(tài)；熔化過程中溫度不變，呈固液共存態(tài)；熔化結束后溫度不斷上升，呈液態(tài).

石蠟在整個實驗過程中不斷吸熱，熔化前溫度上升，呈固態(tài)；熔化過程中溫度上升，由固態(tài)逐漸變軟、變粘稠、能流淌；熔化結束后溫度上升，呈液態(tài).

為了更直觀地表示并研究溫度隨時間變化的規(guī)律，我們采用圖像法.首先要畫出方格紙，一般用縱軸表示溫度，橫軸表示時間，根據表中數據在方格紙上描點，然后將這些點用平滑曲線連接，便得到了冰和石蠟熔化時溫度隨時間變化的圖像，如圖2.（同理我們也能得到凝固圖）

通過對比表格和圖像，我們發(fā)現，應用圖像法對實驗數據進行處理后，能更直觀地體現規(guī)律，有助于對熔化和凝固知識的理解與掌握.

根據圖像可以看出冰有固定的熔化溫度——熔點，且在熔化過程中溫度保持不變.而石蠟沒有固定的熔化溫度，且在整個過程中溫度一直上升.因此，我們根據實驗中出現的差異，將類似于冰一樣的有固定熔化溫度的固體稱為晶體，將類似于石蠟一樣的沒有固定熔化溫度的固體稱為非晶體.

那么，如何理解圖像的物理含義呢？

圖3是晶體的熔化圖像，圖像中各線段所表示的過程及物理意義為：

AB段表示固態(tài)晶體的吸熱升溫過程.

BC段表示晶體的熔化過程，該過程中，晶體不斷吸熱，但溫度保持不變，BC段對應的溫度值就是該晶體的熔點，BC段對應的時間即為熔化時間.

CD段表示晶體的液態(tài)吸熱升溫過程.

B點表示該晶體溫度剛上升到熔點，將要熔化還未熔化的瞬間，此時仍處于固態(tài).

C點表示該晶體剛熔化結束，將要升溫還未升溫的瞬間，此時全部為液態(tài).

圖4為非晶體的熔化圖像，通過圖像能快速發(fā)現非晶體的熔化特點：吸熱、不斷升溫、沒有固定的熔化溫度.

同理我們也能解釋晶體和非晶體的液態(tài)凝固圖像的物理意義.

圖5為晶體的液態(tài)凝固圖像，圖像中各線段所表示的過程及物理意義為：

DE段表示晶體的液態(tài)放熱降溫過程.

EF段表示晶體的液態(tài)凝固過程，該過程中，物質繼續(xù)放熱，但溫度保持不變，EF段對應的溫度值就是該晶體的凝固點，EF段對應的時間即為凝固時間.

FG段表示固態(tài)晶體放熱降溫過程.

E點表示該晶體的液態(tài)溫度剛下降到凝固點，將要凝固還未凝固的瞬間，此時仍處于液態(tài).

F點表示該晶體剛凝固結束，將要降溫還未降溫的瞬間，此時全部為固態(tài).

通過圖6也能快速發(fā)現非晶體的液態(tài)凝固特點：放熱、不斷降溫、沒有固定的凝固溫度.

請同學們根據圖7回答：

（1）反應晶體熔化、凝固時溫度變化規(guī)律的是圖 .

（2）圖線中線段 表示晶體在熔化過程中，圖線中線段 表示晶體在凝固過程中.

（3）把A和C兩種物質混合在一起（假設它們不會發(fā)生化學變化），在溫度升高過程中， 將先熔化，在溫度降低過程中， 先凝固.

解析 （1）A中FG段溫度保持不變，C中LM段溫度保持不變，所以A、C是晶體.B、D溫度在整個過程不斷變化，所以是非晶體.故答案為A、C.

（2）A中溫度隨時間有上升的趨勢，所以A為晶體的熔化圖像，FG段溫度保持不變，所以FG表示晶體的熔化過程.C中溫度隨時間有下降的趨勢，所以C為晶體液態(tài)時的凝固圖像，LM段溫度保持不變，所以LM為晶體液態(tài)時的凝固過程.故答案為FG；LM.

（3）由圖知：A的熔點（或凝固點）為80℃，C的熔點（或凝固點）為30℃.所以在溫度升高時，先達到C的熔點，所以C先熔化，在溫度降低時A先凝固.故答案為C；A.

說明 晶體熔化需要同時具備兩個條件：一是溫度要達到熔點；二是能繼續(xù)吸熱.同理，液體凝固成晶體的條件是：溫度下降到凝固點并能繼續(xù)放熱.

在熔點或凝固點時的晶體可能是固態(tài)，可能是液態(tài)，還可能是固液共存態(tài).如圖8中，B點是固態(tài)，C點是液態(tài)，BC之間的任一點都是固液共存態(tài).因此，我們可以通過測量晶體呈固液共存態(tài)時的溫度來知道它的熔點和凝固點，并能發(fā)現同種晶體熔點和凝固點是相同的.

溫度處于熔點的物質是發(fā)生熔化還是凝固以及是否發(fā)生物態(tài)變化都是不確定的，這要看物質達到熔點后是吸熱還是放熱以及是否能吸放熱.只有對實際情景進行具體分析，才能做出具體的判斷，切不可想當然得出結論.