徐 勇 孟照順

(蘇州高新區(qū)實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué) 江蘇 蘇州 215011)

比熱容是物質(zhì)的一種熱學(xué)屬性，因其比較抽象，且與質(zhì)量、溫度的變化量、吸收或放出的熱量等多個(gè)變量有關(guān)，成為初中物理教學(xué)中“授”“受”難度最大的概念之一.為突破此教學(xué)難點(diǎn)，課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出讓學(xué)生“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解比熱容，嘗試用比熱容說(shuō)明簡(jiǎn)單的自然現(xiàn)象”，各種版本教材也力求通過(guò)對(duì)生活現(xiàn)象的分析及實(shí)驗(yàn)探究“比較不同物質(zhì)的吸熱能力”引入比熱容這一概念，并通過(guò)一個(gè)完整的探究過(guò)程引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)比熱容的概念，但這一教學(xué)設(shè)計(jì)本身存在誤區(qū)，將“吸熱能力”與“容熱本領(lǐng)”混為一談，致使教與學(xué)的思路都不夠清晰，極易步入理解的誤區(qū).于此將自己對(duì)這一概念教學(xué)的點(diǎn)滴看法及改進(jìn)意見(jiàn)寫(xiě)出與各位同仁商榷.

1 思路模糊“授”“受”不清

教材對(duì)比熱容概念定義時(shí)涉及到了物質(zhì)的“種類”“質(zhì)量”“升高的溫度”和“吸收的熱量”這4個(gè)物理量，其中對(duì)“吸收的熱量”因無(wú)法直接測(cè)量而采用引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中用相同的酒精燈(或其他熱源)來(lái)加熱，通過(guò)比較加熱時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)比較吸收熱量的多少，運(yùn)用這種轉(zhuǎn)換的思想本是科學(xué)可行的，但很多教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)卻由此理想化地認(rèn)為在相同時(shí)間內(nèi)，質(zhì)量相等的水和沙子吸收的熱量一樣多，進(jìn)而根據(jù)沙子溫度升高得多而引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)比較它們溫度升高的多少來(lái)判斷物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)強(qiáng)弱，并由此得出水的吸熱本領(lǐng)強(qiáng)這一結(jié)論，如此顯得非常生硬與牽強(qiáng).實(shí)際教學(xué)中筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生們根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)往往得出與教師截然相反的錯(cuò)誤結(jié)論：質(zhì)量與初溫相同的水和沙子，用相同的酒精燈(熱源)(圖1)加熱相同時(shí)間，沙子的溫度升高得多，由此得出沙子的吸熱能力比水強(qiáng).而教師們的意圖是通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生得出水的吸熱能力強(qiáng)的結(jié)論，并解釋因?yàn)樗臏囟壬叩牡凸势湮鼰岜绢I(lǐng)強(qiáng)，理由是溫度升高的低的物質(zhì)如果也升高到相同的溫度，還要繼續(xù)加熱，就說(shuō)明它的吸熱本領(lǐng)要強(qiáng)，進(jìn)而引出為了描述不同物質(zhì)的這種性質(zhì)引入了比熱容這一概念.如此教學(xué)與解釋很難達(dá)成引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)論和比熱容概念之間建立聯(lián)系并理解其意義的目的，其實(shí)就是教師自己也覺(jué)得如此解釋顯得很牽強(qiáng)，顯得“授”“受”不清.

既然設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的前提假設(shè)是認(rèn)為用相同熱源加熱相同時(shí)間吸收相等熱量，那么將水和沙子加熱相同時(shí)間就意味著吸收的熱量相等，類比速度定義可以得出其單位時(shí)間吸收的熱量相同，理應(yīng)得出吸熱本領(lǐng)相同才對(duì)，只是二者吸熱升溫快慢不同而已.無(wú)法就此得出水的吸熱能力就強(qiáng).設(shè)置此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象只能解釋為相同質(zhì)量的水和沙子吸收相同熱量，沙子溫度升高的快而已，并不能說(shuō)明水的吸熱能力強(qiáng).為何會(huì)出現(xiàn)如此理解的偏差呢？究其原因根本就在于將“容”熱本領(lǐng)與“吸”熱本領(lǐng)混淆所致.

圖1 用酒精燈加熱水和沙子

2 “授”“受”不清模糊考查

因比熱容這一概念與學(xué)生的生活實(shí)際密切相關(guān)，且實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程比較完整，非常利于對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力、應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力的考查，多年來(lái)各地中考對(duì)此探究實(shí)驗(yàn)考查較多，但由于教學(xué)設(shè)計(jì)的偏差，許多試題的問(wèn)題設(shè)置也顯得含混不清，舉例如下.

【例1】(百度一下便可發(fā)現(xiàn)近幾年各類考試中考查比熱容較多的一個(gè)試題)小強(qiáng)同學(xué)是一個(gè)喜歡思考的學(xué)生，他想不同種類物質(zhì)的吸熱能力是否會(huì)不同呢？于是他取了沙子和水這兩種不同物質(zhì)研究它們吸熱能力的差異．他設(shè)計(jì)了如圖2(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置.使用的實(shí)驗(yàn)器材有兩個(gè)酒精燈、兩個(gè)金屬盒、溫度計(jì)……在完成每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)要考慮很多問(wèn)題，下面是小強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)根據(jù)要求補(bǔ)充完整.

(1)先測(cè)量(選填“體積”或“質(zhì)量”)相同的水和沙子，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)還需要的器材是.

(2)在實(shí)驗(yàn)時(shí)只要控制(選填“加熱時(shí)間”或“溫度變化”，下同)相同就可以確定水和沙子吸收了相同的熱量；加熱完成后只要比較它們多少就可以比較出沙子和水吸熱能力差異；若在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，沙子溫度升高的比水多，則吸熱能力較強(qiáng)的是.

(3)根據(jù)小強(qiáng)得出的結(jié)論，結(jié)合圖2(b)的信息，此時(shí)是(選填“中午”或“夜晚”).

參考答案：(1)質(zhì)量,天平；(2)加熱時(shí)間，升高的溫度(Δt)，水；(3)中午.

圖2 題圖

上述試題考查設(shè)置的問(wèn)題試圖通過(guò)對(duì)兩種相等質(zhì)量的不同物質(zhì)加熱相同時(shí)間、吸收相等熱量升溫快慢的不同而要求學(xué)生們得出升溫慢的物質(zhì)吸熱能力強(qiáng)的結(jié)論，但能真正理解這一結(jié)論的學(xué)生少之又少，大部分學(xué)生只是強(qiáng)記了教師教學(xué)中給予的結(jié)論而已，如此便失去了通過(guò)實(shí)驗(yàn)考查學(xué)生分析與解決問(wèn)題能力的初衷，也削弱了通過(guò)實(shí)驗(yàn)考查促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的導(dǎo)向作用，要想走出這一概念教學(xué)與考查的誤區(qū)，必須厘清“吸”“容”之別.

3 “吸”“容”有別“授”“受”清晰

因此，筆者認(rèn)為將課本“比較不同物質(zhì)的吸熱能力”實(shí)驗(yàn)名稱改為“探究物質(zhì)的比熱容”或說(shuō)成“探究不同物質(zhì)的容熱本領(lǐng)”更為恰當(dāng)，既點(diǎn)明了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，又突出了比熱容概?進(jìn)而由此引導(dǎo)學(xué)生對(duì)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象“同質(zhì)量、同初溫的水和煤油，用相同的酒精燈加熱，煤油的溫度升高得快”是因?yàn)槊河捅人娜轃岜绢I(lǐng)小，即煤油的比熱容比水小，如此學(xué)生學(xué)習(xí)就不會(huì)犯糊涂了.如果教師在教學(xué)中再將其形象地打個(gè)比方：兩個(gè)容納水(熱)的容器，它們等高但底面積不相等，若裝入等質(zhì)量的水，容積(容熱本領(lǐng))小的，水位就升高(溫度變化)得多；若兩容器中水位升高(溫度變化)一樣，容積(容熱本領(lǐng))大的容納的水(內(nèi)能)就多，即其比熱容就大，亦好比一個(gè)人的胸懷，胸懷寬廣的，能容納的事情就多而不發(fā)火，心胸狹窄的，一點(diǎn)小事就發(fā)火，比熱容大的相同情況下能夠容納更多的熱量而溫度卻改變的小，比熱容小的容納一點(diǎn)熱量溫度就升高很多.在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生討論分析得出沿海地區(qū)的氣溫變化沒(méi)有內(nèi)陸地區(qū)明顯，其根本原因在于沿海地區(qū)水多，而水的比熱容較大，在相同受熱情況下，其容熱本領(lǐng)較強(qiáng)，故溫度變化較??；汽車發(fā)動(dòng)機(jī)里面用循環(huán)流動(dòng)的水來(lái)進(jìn)行冷卻也正是因?yàn)樗娜轃岜绢I(lǐng)大，在同樣條件下，它可以吸收(容納)更多的熱(內(nèi)能)循環(huán)帶出散發(fā)，從而起到更好的冷卻效果等等，如此類比與演練，悄然化解這一教學(xué)難點(diǎn).

實(shí)踐證明，厘清“吸”“容”之別，方能有效突破“比熱容”這一概念教學(xué)難點(diǎn)，準(zhǔn)確表達(dá)，“授”“受”清晰，效果更好.