熱學實驗圖象的解讀

隋國偉

【摘要】實驗圖象的分析與處理在實驗中起著至關重要的作用，但如果學生沒有好的技巧和方法，即使面對正確的圖象信息也不能很好的得出結論，勢必對實驗造成一定的影響.本文以熱學實驗的圖象為例進行剖析，幫助學生去領悟其中的內涵，也同時培養繪圖、識圖、析圖等能力.

【關鍵詞】核心素養；熱學實驗；析圖

在熱學實驗中，我們平時經常關注的是如何設計實驗和操作的過程，而忽視了對數據的處理與分析，特別是圖象的繪制、分析與處理等，其實對實驗中圖象的分析是實驗的關鍵所在，結論的正確得出有著重要的作用.

對熱學實驗題的圖象的分析與處理是學生普遍感覺棘手的問題，但對熱學實驗的圖象分析有利于培養學生的科學態度、科學精神等，在考查熱學探究實驗時，可能單獨從某個實驗的角度進行考查，也可能會把幾個重點實驗綜合起來進行考查.無論是哪類的實驗，都要正確掌握繪制、解讀、識圖、析圖等，要能區分各圖象的含義，特別是在一個圖象中涉及了熔化、沸騰、凝固、比熱容等時，需要對這一綜合圖象進行分段研究，認清每段線所表示的意義，從“一波三折”中找規律，析過程，得結論.因此，對于圖象的“分析與處理”問題是有待于解決的重要問題，那么如何解決圖象的分析與處理問題呢，現以一道熱學實驗這類問題為例進行分析解讀：

例題（2022·遼寧營口）在“探究冰熔化時溫度的變化規律”的實驗中，實驗裝置如圖1中甲圖所示.每隔相同的一段時間記錄一次溫度計的示數，并觀察物質的狀態.

（1）組裝器材時應先固定___________（選填“A”“B”或“C”）的位置.為使冰塊均勻受熱，應選用___________（選填“大冰塊”或“碎冰”）進行實驗.

（2）實驗過程中某一時刻溫度計的示數如圖乙所示，此時冰的溫度為___________℃.

（3）圖丙是根據實驗數據繪制的冰熔化時溫度隨時間變化的圖象，分析圖象可知：第6min，處于___________（選填“固”“液”或“固液共存”）態；冰熔化時需要吸收熱量，溫度___________；冰是___________（選填“晶體”或“非晶體”）；0～4min升溫比8～12min升溫快的原因是___________.

（4）如圖丙是冰溶化時溫度隨時間變化的圖象，熔化過程對應圖線中的___________段（選填“AB”或“BC”）其熔點為___________℃．熔化過程中冰吸收的熱量___________放出的熱量（選填“大于”“小于”或“等于”）.

（5）如圖丙冰熔化時溫度隨時間變化的圖象，第6min時的內能___________第8min時的內能（選填“大于”“等于”或“小于”）；該物質在AB段比熱容與CD段的比熱容之比為___________.

（6）若實驗進行4min后，移開酒精燈停止加熱，此時熔化過程___________繼續進行（填“能”或“不能”）．

分析此題是一個熱學探究實驗，對器材的選擇、安裝、測量器材的讀取、圖象的分析與處理等都進行了考查，同時還考查了比熱容等綜合知識.而此題重點考查探究冰的熔化規律實驗，在給定的圖象的基礎上設置問題.此題重點在對圖象的解讀與分析，從不同的角度去認識和理解圖象的含義.

（1）組裝器材應按照“自下而上”原則，保證酒精燈、試管及溫度計處于適當位置，所以要理解“適當”的含義，這樣才能確定如何固定鐵圈、鐵夾和鐵桿這些器材的位置，因此應先固定C位置；固體應選擇顆粒或粉末狀，為了使其受熱均勻，實驗效果更佳.

（2）熱學實驗是離不開對溫度計的考查，包括操作使用和讀取，使用溫度計前，要看清量程和分度值，讀取溫度時，首先應注意液面在零刻度的哪個位置來決定零上還是零下，然后看好分度值，以零刻度為起點進行讀數，此題液面在零攝氏度之下，因此讀數為-3℃.

（3）首先要認識繪制的是冰熔化圖象，橫坐標為加熱時間，縱坐標為溫度，因此通過圖象可知在0～4min段屬于固體升溫過程，此時狀態為固態；在4～8min段與橫坐標平行，屬于熔化過程，處于固液共存狀態，此過程中一直吸熱，溫度不變，內能增加，因此說明此固體有固定的熔點，屬于晶體；8～12min段屬于液體升溫過程，此時狀態為液態，雖然屬于同一物體，但其狀態不同，導致加熱時間相同時，加熱升溫不同，即吸熱能力不同，因此0～4min升溫比8～12min升溫快的原因是水的比熱容大.

（4）由于冰是晶體，有固定的熔點，所以熔化過程對應圖線中的BC段.熔點為0℃，冰在熔化過程中不斷吸收熱量，使冰的內能增加，因此吸收的熱量大于放出的熱量.

（5）在如圖丙所示的圖像中，BC段為熔化時間，不斷吸熱，因此內能增加，故時間越長其具有的內能越大，同時說明加熱時間反映吸收熱量的多少.AB段為固態，CD段為液態，加熱時間相同都是4min，并且冰熔化成水時質量不變，而通過圖示可以看出AB段升溫10℃，CD段升溫5℃，升高的溫度為2∶1，根據Q=cmΔt可知，比熱容與升高的溫度成反比，故可知冰的比熱容為水的比熱容的二分之一，因此冰與水的比熱容之比為1：2.

（6）4min后為冰的熔化過程，熔化時應不斷吸熱，若停止加熱，則熔化停止，因此此時熔化過程不能進行.

答案（1）C ；碎冰.（2）-3.（3）固液共存；保持不變；晶體；水的比熱容大.（4）BC；0；大于.（5）小于；1∶2.（6）不能.

點撥通過上例的分析不難發現圖象分析的重要性，此圖象屬于溫度—時間圖象，“一波三折”更是這類圖象的特色，從狀態、溫度等方面進行了全面的考查，識圖顯得格外重要，可以把此圖象分成三段，熔化前、熔化時、熔化后，注意溫度的變化，來判斷物體是晶體還是非晶體，折點的意義和折線的區別的理解更是難點，因此在平時的學習過程中，要特別注意如何去分析和解讀.

通過這個實驗及其拓展問題，不難看出實驗中的圖象數據的分析與處理是實驗成功的關鍵所在，因此對一個圖象要進行深入的分析，也可以把多個熱學實驗結合在一起，比如把冰熔化實驗和水沸騰實驗整合在一起進行分析，這樣通過對比的方式把知識融合，也可以把整個初中的熱學知識，比如內能、熱量、比熱容和熱值等知識貫穿于練習當中，使實驗更具有深度和廣度.

總之，對于熱學探究實驗類的圖象問題，基本都屬于溫度時間圖象，如果是繪制圖象類，要根據表格中數據利用描點連線法正確繪制圖象，然后進行分析得出結論.而對于給定圖象類，要明確其屬于哪類熱學圖象，要明確所探究的實驗目的，另外讀懂各段的含義，即要學會解讀、識圖、析圖等，從而針對圖象信息進一步處理得出結論.