初中物理教科书矛盾与解释

摘要：首先举出“晶体熔化中不断吸热但其温度保持不变”与“物体吸热温度升高”这一“矛盾”，然后在物体微观结构的基础上对这一“矛盾”进行解释，并进一步阐明晶体熔化时吸收的热量给晶体带来的变化以及该热量所起的作用。

关键词：晶体熔化；比热容：潜热

一、“矛盾”问题引入

在初中物理有关物态变化的教学时，往往会出现如图1所示的物体熔化曲线，在此仅考虑晶体熔化时其温度随时间的变化情况。该熔化曲线所代表的物理意义是：晶体熔化前（0－1Omin）不断吸热，温度不断升高，直至达到该晶体的熔点；晶体熔化中（10－25min）不断吸热，但其温度恒定不变；晶体熔化后（25min之后）不断吸热，温度不断升高。

二、“矛盾”的理论解释

事实上，上文所说的“矛盾”并不真正存在，也即上文出现的两种情况都是科学合理的。晶体的微观结构是一种呈周期性排列的有序稳定结构，晶体熔化前不断吸热，吸收的热量使得晶体分子、原子的无规则运动渐趋剧烈。然而，在达到某一温度前，晶体分子、原子的这一无规则运动尚未达到破坏该晶体微观结构的程度，因此该晶体在微观上来看仍然是不变的同一物体，此时便适用于吸热与比热容的关系公式，而且吸收热量越多其温度越高。当该晶体达到某一特定温度（该温度便是该晶体的熔点）时，该晶体吸收的热量导致的分子无规则运动足以破坏该晶体的微观结构，因此该晶体在微观上来看己不再是同一种物体，吸热与比热容的关系公式自然不再成立。此时，晶体之所以还要不断吸热，是为了要把整块晶体的微观结构全部破坏，在此过程中其吸收的热量便成为熔化后的物体的内能储存起来。储存起来的这份内能并不带来温度的改变，而是使得熔化后的物体的比热容变大，例如日常生活中冰的比热容为206〇I／（kg．〇C），水的比热容为4200丨／（kg．＾C）。这份吸收而来的热量并不使得物体温度发生改变，因此也叫做“潜热”。此外，在进行初中物理有关比热容的教学时，往往又会遇到如下所示的热量与比热容关系的公式：Q吸＝cm（t—t〇），式中Q吸是指某物体吸收的热量，C、m、t、￣分别是该物体的比热容、质量、吸热后的温度以及吸热前的温度（值得注意的是，该公式只对温度变化前后的同一物体成立）。而这就意味着一旦物体吸收了热量，其温度必然要升高，此时便与上文所说的“晶体熔化中不断吸热，但其温度恒定不变”的结论相矛盾。此外，针对熔化中的现象，也不得不产生这样的疑问：物体吸收了热量一定会带来某方面的改变，在其温度不变的情况下带来的改变又会是什么呢？吸收的热量起到的作用又是什么呢？

三、结语

教科书中存在的一些看似“矛盾”的知识点，其真正原因在于解释缺失或衔接不当。正是由于教科书在某些方面存在一些亟待解决的问题，才更加体现了教师的巨大作用。也正是由于教科书在某些方面存在不足，所以对教师本人的能力提出了越来越高的要求。

参考文献

［1】赵凯华，罗蔚茵编写．新概念物理教程热学第2版［M］．北京：高等教育出版社．2005．

［2］汪志诚编．热力学？统计物理［M］．北京：高等教育出版社．2014．

作者:吴志勇 单位:深圳大学光电工程学院