热学“三角恋” 到底谁爱谁？

蒙俊霖

摘 要：对于学生容易混淆内能、热量等抽象物理概念的问题，本文通过“三角恋”的比喻，为学生提供了形象地理解温度、内能和热量三者关系的方法。避免使用“充分不必要条件”和“必要不充分条件”等过于专业的论述，让学生在熟悉的生活情境中理解和辨析抽象的物理概念。

关键词：热学；温度；内能；热量

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）4-0058-2

九年级物理的热学知识，对学生而言是一个不大不小的挑战，因为我们开始使用一些抽象的概念来描述温度的变化，背后的能量变化。相对于有很多生活现象做铺垫的八年级物态变化知识，九年级物理的内能、热量、热传递、比热容等概念显得抽象了许多。相信很多老师都有这样的困惑，在刚接触内能的知识时，学生通常不能准确理解“内能”“热量”和“温度”三个物理量的概念，更难以准確辨析三者的变化。我们常常见到这样的选择题：“下列关于温度、内能和热量的说法中，正确的是……”学生在对三者理解不是太准确时，常常被“温度升高不一定吸收热量”“内能增大不一定吸收热量”“吸收热量内能一定增大”“吸收热量温度不一定升高”……绕得晕头转向。有没有比较快捷的方法能迅速理清头绪呢？笔者发现，通过简练的归纳总结，这类问题还是有套路的。甚至这三者背后还隐含着“三角恋”的关系呢！

我们先简单对比一下这三个概念：温度，是一个状态量，表示物体的冷热程度。也是八年级接触到的比较形象的物理概念，根据九年级物理的分子动理论可知，温度高低与分子热运动的剧烈程度有关，分子热运动越剧烈，物体温度越高；内能，也是一个状态量，是物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和，与物体的温度、质量和状态等因素有关。一般对于同一物体而言，物体的温度越高，内能越大；热量，是一个过程量，表示热传递过程中传递的能量，传递能量的结果就是改变了内能。吸收热量的物体内能增大，放出热量的物体内能减小。

综上，我们发现一个关键，内能大小与温度有关，同一物体分子动能增大时，其温度升高同时内能增大，可以认为温度改变时，内能也改变；而吸收或者放出热量也可以改变内能大小。但是另一方面，温度和热量又不是唯一可以影响内能大小的因素。例如，内能决定因素除了温度之外还有质量和状态，而改变内能的方式除了热传递（吸热、放热）之外还有做功。也就是说内能增大不一定是温度升高了，不一定是吸收热量了。

分析到这里，可能就有学生开始晕了，因为毕竟我们要到高中数学才会系统地学习命题条件的充分性与必要性的区别。那怎样快速理清三者的关系并方便记忆呢？请看图1。

图中的四个箭头就是四句话，表明“温度升高”“吸收热量”和“内能增大”这三者之间的关系：（1）物体温度升高，一定内能增大（因为物体的分子动能增大）；（2）物体内能增大，不一定温度升高（例如0 ℃冰熔化成0 ℃的水）；（3）物体吸收热量，一定内能增大（因为热量是热传递过程中所传递的能量）；（4）物体内能增大，不一定吸收了热量（也可能是外界对物体做功）。

至此，“三角”的关系初步成型。

师：同学们有时会发现，你爱的人可能并不爱你，比如，虽然“热量”和“温度”对“内能”都有倾心，但傲娇的“内能”谁都不爱。但是“温度”和“热量”是否会相互“喜欢”呢？

进一步完善之后，笔者发现，这个三角恋的完整关系是这样的，如图2。

如图2所示，“温度升高”和“吸收热量”之间的关系都是“不一定”，也就是说：（1）吸收热量，不一定温度升高（例如晶体熔化或液体沸腾）；（2）温度升高，不一定吸收了热量（也可能是因为外界对物体做功）。

综上所述，我们围绕物体内能增大、温度升高和吸收热量绘制出了热学的“三角恋”关系图。其实反过来，物体内能减小、温度降低和放出热量的关系也是同样的“三角恋”关系，这里就不再赘述，如图3。

其实，温度、内能和热量三者之间的关系，通过逐条举例分析的办法也能让学生理解。只是对于才接触这些概念的学生而言，这些抽象的概念很容易混淆。但是，知识图像化和拟人化之后可以更加具体、形象。虽然他们还没有学习充分条件和必要条件这些概念，但是他们理解“你喜欢的人并不喜欢你”这样的关系，所以通过“三角恋”关系可以使学生在区分这些易错点时能够更加准确而高效。以上就是笔者关于这个问题的粗浅认识。