学生对热量、内能和温度关系的误解分析

刘光武

在新课教学及高三复习中,都发现学生对热量、内能、温度三者之间的关系有种种误解。另外,在高考中也经常出现这类问题。现将其错误观点剖析如下,以供参考。

1 热量和温度的关系

一种错误观点是温度高热量多。其实这是对热传递条件的误解,两物体间要发生热传递需要有温差。热传递是热量从温度高的物体传递给温度低的物体,而不是热量多的物体转移给热量少的物体。温度是状态量,反映的是物体的冷热程度,是针对某状态而言的;热量是过程量,反映的是在热传递中内能的转移量,针对的是某一过程。物体放热温度可能降低,物体吸热温度可能升高,但并不是温度高的物体热量多,温度低的物体热量少。

另一种错误观点是认为物体吸收热量温度一定升高,放出热量温度一定降低。产生这样的误解,可能有两类原因,一是学生死记初中热传递过程吸热放热的有关计算公式Q=cmΔt造成误解。二是他们认为热传递可能改变内能,所以温度发生变化。但内能改变并不意味着温度一定改变,内能并不仅仅由温度决定,况且如果在发生热传递的同时外界做功,内能不一定改变。对一定质量的理想气体,若只是吸热而不对外做功,气体内能增加温度升高,相反放热而外界不对其做功,气体内能减少温度降低。然而当理想气体,发生了热传递同时也有做功时,内能也不一定改变。

2 热量与内能的关系

至今仍有部分学生误认为内能多热量就多,产生这类错误是由于学生对热量是过程量没理解透。我们往往不考虑物体的内能多或少,经常讨论的是内能的改变。热传递是可以改变内能,但改变物体的内能还可以通过做功来实现。犯这种错误是由于对热力学第一定律ΔU=W+Q的运用不熟练,或是把热量混淆成内能。只有物体不对外界做功或外界不对物体做功时,吸热才能使内能增加,放热使内能减少。

3 内能和温度的关系

多数错误观点认为内能增加温度升高,内能减少温度降低。这是只注意到内能与温度有关,而忽视了内能的内涵。内能是物体内所有分子的动能和势能的总和,从微观上讲与分子总数、分子热运动的剧烈程度和分子间距有关,从宏观上讲与物质的量、温度和体积有关,只有理想气体的内能只与温度有关。

综上所述,其实产生这些误解,是因为学生只注意到这三个物理量的联系,没有弄懂各个物理量的内涵,且没有考虑到某些量间的关系不是单一的,决定因素也不是单一的。因此,教师在概念教学中要注意强调理解概念的物理意义、理清它们之间的关系及某些关系成立的条件。

(栏目编辑罗琬华)