一個(gè)值物理教師注意的問題

曾經(jīng)見過這樣的兩道熱學(xué)題：

1．物體溫度升高了，表明——。A．物體一定吸收了熱量；B．別的物體一定對(duì)它做了功；c物體的內(nèi)能一定增加了；D．物體的體積一定增大了。(出題者認(rèn)為：物體的溫度升高，表明物體的內(nèi)能一定增加，故選c。)

2．某物體溫度升高了，則——。A．它一定吸收熱量；B．它的內(nèi)能增量一定等于它吸收的熱量；C．它的分子平均功能一定增加；D．它的內(nèi)能一定增加。(答案選c。) 不難看出這兩道題的答案是互相矛盾的。哪一種結(jié)論正確呢? 我們先用邏輯推理法分析：假設(shè)“物體溫度升高了，它的內(nèi)能一定增加”正確，那么，“物體溫度降低，它的內(nèi)能一定減少；物體溫度不變，它的內(nèi)能也一定不變”一定成立。但這與晶體在熔化(或凝固)過程中溫度不變，內(nèi)能增加(或減少)相矛盾，因此假設(shè)不成立。“物體溫度升高，它的內(nèi)能一定增加”這一觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。

再用熱力學(xué)觀點(diǎn)分析：物體的內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子所具有的動(dòng)能和勢(shì)能的總和。分子動(dòng)能與溫度有關(guān)，溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。溫度升高(或降低)，標(biāo)志著分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增加(或減少)，分子的總動(dòng)能也隨著增加(或減少)，分子勢(shì)能由分子的相對(duì)位置決定，當(dāng)分子的相對(duì)位置發(fā)生變化時(shí)，分子勢(shì)能也隨著發(fā)生變化，而這與溫度沒有必然的聯(lián)系。因此就可能出現(xiàn)：物體溫度升高，總分子動(dòng)能增加的同時(shí)，分子相對(duì)位置發(fā)生變化，分子勢(shì)能減少。這時(shí)，如果溫度升高不大，就有可能出現(xiàn)物體分子總動(dòng)能的增加量△EK小于物體分子勢(shì)能的減少量△E_P，此時(shí)，“物體溫度升高，內(nèi)能一定增加”是錯(cuò)誤的。

綜上所述，“物體溫度升高，內(nèi)能不一定增加?！币蛟诮虒W(xué)中常發(fā)現(xiàn)此類錯(cuò)誤，故提出此問題，以引起廣大教師的注意。

有些教師之所以會(huì)犯此錯(cuò)誤，我們認(rèn)為是因?yàn)槠浜鲆暳恕皟?nèi)能”與“熱能”概念的區(qū)別。第1題的原形應(yīng)是“物體溫度升高，它的熱能一定增加”。對(duì)熱能概念的理解，一般教師都認(rèn)為熱能就是內(nèi)能，是內(nèi)能的一種通俗的說法。也有些書認(rèn)為：熱能是內(nèi)能的一部分，是物體內(nèi)部分子熱動(dòng)力的動(dòng)能正E_x。在舊教材中，由于不講分子勢(shì)能，也不講內(nèi)能，只講熱能，定義熱能是內(nèi)能中的分子動(dòng)能部分(不考慮分子勢(shì)能)。所以，熱能只與溫度有關(guān)：物體溫度升高，它的熱能增加；溫度降低，它的熱能減少。新教材考慮到熱能概念的不明確性，為了避免認(rèn)識(shí)上的混亂，不再用熱能這一概念，而引入內(nèi)能的概念。為了與新教材相匹配，各參考資料都用“內(nèi)能”代替了“熱能”。但一些參考資料只是用“內(nèi)能”直接替換了“熱能”，而忽視了內(nèi)能與熱能的區(qū)別，從而導(dǎo)致了“物體溫度升高，內(nèi)能一定增加”的錯(cuò)誤。

(作者單位：北安市通北1中)

責(zé)任編輯／張 燁