从“比热”的教学谈概念学习

    物理学的任务就是观察现象，进行实验，构造模型，抽象思维，创立概念，发现规律．物理概念反映了物理现象的本质，可见，物理概念在物理学中具有举足轻重的地位．学习物理，若概念不清，则寸步难行．为此，笔者以“比热”概念的教学为例，通过回答以下七个问题，谈谈怎样学习物理概念．
　　
　　一、概念的渊源是什么？
　　
　　概念的渊源是什么？通俗地说，概念是怎样从物理现象、物理实验中抽象概括出来的？
　　
　　1．从物理现象经过理论思维到物理概念的初期形成
　　
　　（1）物理现象例如烧开一壶水比烧开半壶水所需要的热量多，把一壶水加热到１００℃比把一壶水加热到５０℃需要的热量多．
　　
　　运用类比思维可知，水是物质，煤油是物质，铝是物质……，既然水有上述特性，则煤油、铝等其他物质亦必有此特性．
　　
　　（2）物理概念某种物质的质量越大，使该物质的温度升高的越多，则该物质吸收的热量也就越多．
　　
　　试问：在热源、质量、初温都分别相同的条件下，升高相同的温度时，各种物质吸收的热量都一样吗？让我们通过实验回答这个问题．
　　
　　2．从物理实验经过理论思维到物理概念
　　
　　（1）物理实验
　　
　　在两个完全相同的杯子里分别装入质量相等、初温相同的水和煤油，分别放在两个完全相同的热源上同时加热，用温度计测量它们的温度时，结果发现在相同的时间内，煤油的温度升得较高；若使升高相同的温度，则必须给水加热时间较煤油加热时间长．
　　
　　（2）理论思维
　　
　　运用分析推理方法可知，在环境、热源、时间相同的条件下，热源放出的热量一定相等，即水和煤油吸收的热量也一定相等（不计热量损失），而不同物质（水和煤油）升高的温度却不同，又质量相等、初温相同的水和煤油升高相同的温度，它们吸收的热量是不相等的，且水吸收的热量较多．那么，出现这种现象的原因一定是由于水和煤油是不同的物质．
　　
　　（3）物理概念
　　
　　质量相等的不同种物质，在升高相同的温度时，吸收的热量不等．这是物质的一个热学性质，为了表示各种物质的这种性质，物理学引进了“比热”概念．“比热”，顾名思义，在相同的条件（环境、热源、质量、初温）下，比较各种物质升高相同的温度时吸收热量的多少．
　　
　　二、概念的定义是什么？
　　
　　概念的渊源仅仅向我们说明了概念的由来及其创立的必要性，物理学上更重要的是探索概念的内涵（本质）及外延（适用范围），这就是概念的定义．那么，我们该怎样给比热的概念进行定义？
　　
　　在质量相等，升高的温度相同的前提下，同种物质吸收的热量相等，我们就说同种物质的比热相同；不同物质吸收的热量不等，表示不同物质的比热不同．但“质量相等”是指多少千克的质量？“升高的温度相同”又指的是多少度？这都未确定，若没有统一标准，则势必给物理学研究物质的这一热学性质带来不便和混乱．为此，物理学约定用“单位质量（１千克）”、“温度升高１℃”作为比较的前提，来表示物质的这一热学特征--比热．
　　
　　定义：单位质量的某种物质温度升高１℃吸收的热量，叫做这种物质的比热．
　　
　　三、概念的表达式是什么？
　　
　　物理概念大多可从“量”的角度应用数学方法来描述，此即物理概念的表达式或称物理公式．
　　
　　怎样用数学表达式来描述“比热”？根据比热的定义，设某种物质的质量为ｍ（千克），温度从ｔ０（℃）升高到ｔ（℃）时，它吸收的热量为Ｑ（焦耳），则１千克的这种物质温度升高１℃吸收的热量为Ｑ（焦尔）．即比热可用公式表示为
　　
　　ｃ＝Ｑ/ｍ（ｔ－ｔ０）．
　　
　　四、概念的单位是什么？
　　
　　物理概念只用纯数量表示，若没有单位，则毫无意义，如果我们说某物体的重力为５，那么便会令人莫明其妙，不可理解．
　　
　　由比热的公式可知，比热是热量、质量、温度三个物理概念推导出来的，所以比热的单位应是由这三个物理概念的单位组合而成，即比热的单位为焦耳／（千克·℃）．
　　
　　五、概念成立的条件与运用范围是什么？
　　
　　物理现象是形成物理概念的基础，但物理现象纵横交错，互相制约，常常掩盖着其本质．为了发现所研究现象的本质，就必须忽略或排除一些次要现象，突出所研究的现象，暴露所研究现象的基本物理过程和本质．可见，物理概念是对实际物理现象的本质的近似描述，由此便导致了物理概念具有一定的成立条件与适用范围．
　　
　　学习物理，不重视或不注意概念的成立条件与适用范围，则在应用概念的过程中必须会出现错误．根据对概念所做的定义的逻辑原则可知，概念的成立条件与适用范围就包含在概念的定义中．首页上一页12下一页末页共2页
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