中考命題中關于冰熔化曲線的典型錯誤分析 ①

(江蘇省泰興市教師發展中心,江蘇 泰興 225400)

1 問題的提出

“探究冰熔化特點”是初中物理的必做學生實驗,也是初中熱學部分的重點和難點。每年的中考題都會涉及熔化曲線的分析，然而有的考題中溫度與時間的量化關系存在科學錯誤,與實驗結果嚴重不符,筆者認為很有必要厘清并進行修正。

2 中考題中冰熔化圖像的呈現與理論分析

2018年隨州市中考物理第15題、蘭州市中考物理第29題、通遼市中考物理第20題中冰熔化曲線圖像分別如圖1、2、3所示，類似的試題還有很多,在此不一一枚舉。

圖1

圖2

圖3

現對冰熔化的問題從理論上進行分析，如圖4所示,冰加熱經歷三個階段：第一階段冰吸熱從-T1升溫到0℃，第二階段冰吸熱從0℃的冰熔化成0℃的水,第三階段水吸熱從0℃升溫到T2(T2<100℃)。

圖4

三個階段吸收熱量的表達式為：第一階段Q吸1=c冰mΔt1,c冰=2.1×103J/(kg·℃)，冰升高的溫度Δt1=T1。第二階段Q吸2=L冰m,L冰為冰的熔化熱,是指單位質量的晶體在熔化時變成同溫度的液態物質所需吸收的熱量,在1標準大氣壓下L冰=3.35×105J/kg。第三階段Q吸3=c水mΔt2，c水=4.2×103J/(kg·℃),水升高的溫度Δt2=T2。

加熱的過程中均是用同一熱源持續加熱,設單位時間物質通過熱源吸收的能量恒為q,三個階段的時間分別為t1、t2、t3,則三個階段吸收的能量表達式分別為：Q源1=qt1,Q源2=qt2,Q源3=qt3,由能量守恒可得：Q吸1=Q源1，Q吸2=Q源2,Q吸3=Q源3,所以c冰mΔt1=qt1,L冰m=qt2,c水mΔt2=qt3。

3 原題錯誤量化分析與修正

將圖1、圖2、圖3有關數據呈現在表1中，對表格中數據進行對比分析,可以看出：理論計算與已知數據中t1、t3的比值關系均一致,t2與t1、t3的比值均不一致,因此在命題過程中,命題者對t2數值的設置要根據理論公式進行修正,與實驗數據一致,保證數據的真實性。

表1

4 原因分析

筆者認為有以下三點原因造成了t2數據的不真實。

(1) 對冰熔化熱這個概念不了解。由于初中階段對熔化熱不作要求,很多老師也就沒有思考在0℃的冰融化成0℃的水的過程中,吸收熱量是否存在規律、存在何種規律。

(2) 冰加熱過程中溫度隨時間變化的圖像,在實際過程中要想準確畫出,存在不少困難,這與環境溫度、器材選擇、實驗方案的設計都有關系。

(3) 命題教師知道冰和水的比熱容關系,畫圖時有意識地關注了t1和t3的比值關系,解題時一般用不到t2數據,從而忽視了t2的準確性。

5 結語

物理學是一門以實驗為基礎的科學,更是一門嚴謹的自然學科。中考物理題應當具有權威性與嚴謹性，命題者應當慎之又慎,切不可出現與真實實驗現象相背離的情況，否則不利于培養學生實事求是的科學精神，希望命題者在今后命制這類試題時避免類似錯誤再次發生。一線教師平時不僅要有做實驗的實踐意識，而且要認真鉆研、改進實驗,提高實驗的精確度。要多讀物理專著,提高理論素養,用理論指導實踐,從而更好地服務教學,提高中考命題的嚴謹性和科學性。