例談比較法在初中物理熱學實驗復習中的應用

邱 紅

(江蘇省蘇州市工業(yè)園區(qū)金雞湖學校,江蘇 蘇州 215000)

比較法是一種找出事物之間的共同點和不同點的常用的思維方法。初中物理中許多概念或規(guī)律具有相似性,可以利用比較法來加以區(qū)分,特別是在物理實驗復習中的運用更為突出,有助于學生澄清容易混淆的物理概念,建構合理的知識體系,使知識融會貫通;能夠加深對學生物理規(guī)律的理解,開拓思維達到由此及彼、事半功倍的功效。[1]

比熱容、熱值是初中熱學中的兩個重點概念,也是初中物理教學中的難點。教材安排了“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的快慢”“比較質(zhì)量相同的不同燃料燃燒放出熱量”兩個探究實驗,在實驗探究的基礎上建立、理解比熱容和熱值的概念。較多的學生對這兩個實驗理解不透徹,對實驗設計思路、方法等感到困惑,遇到具體的問題不會分析。筆者在實際教學中,從實驗裝置和器材、實驗方法、實驗方案、實驗圖像四個方面加以區(qū)分和統(tǒng)整,引導學生在比較中逐一突破難點,深刻理解實驗本質(zhì),對這兩個實驗了如指掌。

1 比較實驗裝置和器材

這兩個探究實驗的裝置、器材有較多相同之處,學生容易混淆,但放在一起對比,學生基本上就都能分清了。復習時,教師給出如圖1所示的甲、乙、丙三張實驗裝置圖,要求學生比較后中找出“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的快慢”實驗,應選擇甲、丙兩圖進行;“比較質(zhì)量相同不同燃料燃燒放出熱量”實驗, 應選擇甲、乙兩圖進行;并讓學生說明選擇的依據(jù)。通過表1進行實驗器材的比較,學生一目了然。

圖1

表1 實驗器材比較

2 比較實驗方法

這兩個實驗都用到了轉(zhuǎn)換法和控制變量法。對于實驗中的轉(zhuǎn)換思想,多數(shù)學生還是不能很好理解。比如在“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的快慢” 實驗中,為什么不能通過升高溫度多少來比較吸熱多少,而只能通過加熱時間來比較吸熱多少；[2]在“比較質(zhì)量相同的不同燃料燃燒放出熱量”的實驗中是通過物體升高溫度多少來比較。在復習時,此處若不引導學生把轉(zhuǎn)換過程分析透徹,挖掘剖析物理原理,即使做再多的練習,學生對此還是處于一知半解、認知混亂、機械記憶的狀態(tài)。復習時應當引導學生思考：(1)實驗中物質(zhì)吸收的熱量來自哪里？(2)怎樣保證物質(zhì)吸收的熱量相等？需要控制哪些變量?(3)燃料放出熱量的多少怎么體現(xiàn)？在梳理這些問題時,配以圖2的比較分析,學生就能理解：在“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的快慢”實驗中,熱源相同即燃料熱值相同,加熱方法完全相同,加熱時間相同即燃燒掉的燃料質(zhì)量相同,根據(jù)Q放=q燃料m燃料,不考慮熱量散失，則Q放=Q吸,當熱源、加熱方法完全相同,就可以認為單位時間內(nèi)物質(zhì)吸收的熱量相同。在“比較質(zhì)量相同不同燃料燃燒放出熱量”的實驗中也是不考慮熱量散失，則Q放=Q吸,根據(jù)Q吸=c液m液Δt,當燒杯中液體種類、質(zhì)量都相同時,液體溫度升高越多,燒杯中液體吸收的熱量越多,即燃料放出的熱量越多。只有超越知識表層的比較,學生才能進入深度思考,對于轉(zhuǎn)換思想才會有更深入理解。[3]在這樣的對比分析過程中,學生能正確理解：在“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的快慢”實驗中若熱源不同或加熱方式不同,就不可以通過比較加熱時間的方法比較水和食用油吸收的熱量，并對實驗中需要控制的變量有更清楚的了解。

圖2

3 比較實驗方案

實驗方案包括了實驗原理、設計、過程等，解讀實驗方案是對實驗的再認識和再加工。“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的快慢”的實驗方案有兩種：(1)質(zhì)量相同的沙子(食用油)和水吸收相同的熱量后升高的溫度不同，此方案容易操作,也符合學生的認知,但不易引出比熱容概念。(2)質(zhì)量相同的沙子(食用油)和水升高相同的溫度吸收的熱量不同，不易操作,但易得出比熱容概念。在新授課中教師往往從第一種方案切換到第二種方案,這樣讓概念的建立過程顯得迂回復雜,概念的建立抽象晦澀。對于兩個相似的實驗方案學生難以分辨,對實驗方案的理解也只是“囫圇吞棗”。復習時將實驗方案的邏輯推理過程羅列出來進行對比分析(圖3),或者教師示范方案(1),學生嘗試給出方案(2)。通過比較分析,學生發(fā)現(xiàn)這兩種方案本質(zhì)是一致的,從某種程度上都反映了物質(zhì)吸熱本領的大小，通過比較讓學生思路清晰,豁然開朗。

圖3

在實驗方案對比分析的基礎上,教師可以鼓勵學生嘗試分析“比較質(zhì)量相同、不同燃料燃燒放出熱量”的實驗方案：當燃料質(zhì)量、燒杯中液體種類、質(zhì)量相同時,通過比較燒杯中液體溫度升高的多少得出燃料熱值的大小(圖4甲)。甚至還有學生根據(jù)習題總結(jié)得出來一種新實驗方案：當燃料質(zhì)量、燒杯中液體質(zhì)量和升高溫度相同時,通過比較燒杯中液體比熱容的大小得出燃料熱值的大小(圖4乙)。這種分析實驗方案的方法還可以遷移到其他實驗方案分析中,如“探究通電導體產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關”。

圖4

4 比較實驗圖像

學習了比熱容、熱值后,經(jīng)常需要學生根據(jù)圖像來判斷兩種物質(zhì)比熱容的大小或是兩種燃料熱值的大小。由于這兩種圖像相似度很高,學生不易辨別,加上圖像分析對學生邏輯思維抽象能力要求較高,部分學生遇到這些圖像時無從下手,不會分析。在復習中,必須要幫學生突破這一瓶頸。筆者將兩張極其相似的圖像放在一起,啟發(fā)學生思考和辨析。

(1)質(zhì)量相等,初溫相同的A、B兩種不同液體,分別用完全相同的熱源加熱,在加熱過程中溫度隨時間變化的圖線如圖5甲所示,請用兩種方法判斷A、B兩種液體的比熱容大小。

圖5

(2)為了比較燃料的熱值,實驗中還應控制燃料燃燒的(選填“時間”或“質(zhì)量”)相同。實驗完成后,畫出被加熱液體的溫度隨時間變化的關系如圖5乙所示，由此可知：燃料1燃燒2min放出的熱量(選填“大于”“小于”或“等于”)燃料2燃燒3min放出的熱量。忽略熱量的散失,由圖5乙可知,燃料1的熱值為燃料2熱值的倍。

總之,在物理實驗復習課中通過比較,對實驗重難點的突破具有非常重要的作用。通過實驗比較不僅有助于學生進一步鞏固概念,加深學生對實驗的理解,引發(fā)學生知識結(jié)構的重組,還能提升學生遷移能力,大大提高實驗復習的效率。[4]