中考命题中关于冰熔化曲线的典型错误分析 ①

(江苏省泰兴市教师发展中心,江苏 泰兴 225400)

1 问题的提出

“探究冰熔化特点”是初中物理的必做学生实验,也是初中热学部分的重点和难点。每年的中考题都会涉及熔化曲线的分析，然而有的考题中温度与时间的量化关系存在科学错误,与实验结果严重不符,笔者认为很有必要厘清并进行修正。

2 中考题中冰熔化图像的呈现与理论分析

2018年随州市中考物理第15题、兰州市中考物理第29题、通辽市中考物理第20题中冰熔化曲线图像分别如图1、2、3所示，类似的试题还有很多,在此不一一枚举。

图1

图2

图3

现对冰熔化的问题从理论上进行分析，如图4所示,冰加热经历三个阶段：第一阶段冰吸热从-T1升温到0℃，第二阶段冰吸热从0℃的冰熔化成0℃的水,第三阶段水吸热从0℃升温到T2(T2<100℃)。

图4

三个阶段吸收热量的表达式为：第一阶段Q吸1=c冰mΔt1,c冰=2.1×103J/(kg·℃)，冰升高的温度Δt1=T1。第二阶段Q吸2=L冰m,L冰为冰的熔化热,是指单位质量的晶体在熔化时变成同温度的液态物质所需吸收的热量,在1标准大气压下L冰=3.35×105J/kg。第三阶段Q吸3=c水mΔt2，c水=4.2×103J/(kg·℃),水升高的温度Δt2=T2。

加热的过程中均是用同一热源持续加热,设单位时间物质通过热源吸收的能量恒为q,三个阶段的时间分别为t1、t2、t3,则三个阶段吸收的能量表达式分别为：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 原题错误量化分析与修正

将图1、图2、图3有关数据呈现在表1中，对表格中数据进行对比分析,可以看出：理论计算与已知数据中t1、t3的比值关系均一致,t2与t1、t3的比值均不一致,因此在命题过程中,命题者对t2数值的设置要根据理论公式进行修正,与实验数据一致,保证数据的真实性。

表1

4 原因分析

笔者认为有以下三点原因造成了t2数据的不真实。

(1) 对冰熔化热这个概念不了解。由于初中阶段对熔化热不作要求,很多老师也就没有思考在0℃的冰融化成0℃的水的过程中,吸收热量是否存在规律、存在何种规律。

(2) 冰加热过程中温度随时间变化的图像,在实际过程中要想准确画出,存在不少困难,这与环境温度、器材选择、实验方案的设计都有关系。

(3) 命题教师知道冰和水的比热容关系,画图时有意识地关注了t1和t3的比值关系,解题时一般用不到t2数据,从而忽视了t2的准确性。

5 结语

物理学是一门以实验为基础的科学,更是一门严谨的自然学科。中考物理题应当具有权威性与严谨性，命题者应当慎之又慎,切不可出现与真实实验现象相背离的情况，否则不利于培养学生实事求是的科学精神，希望命题者在今后命制这类试题时避免类似错误再次发生。一线教师平时不仅要有做实验的实践意识，而且要认真钻研、改进实验,提高实验的精确度。要多读物理专著,提高理论素养,用理论指导实践,从而更好地服务教学,提高中考命题的严谨性和科学性。