热学实验图象的解读

隋国伟

【摘要】实验图象的分析与处理在实验中起着至关重要的作用，但如果学生没有好的技巧和方法，即使面对正确的图象信息也不能很好的得出结论，势必对实验造成一定的影响.本文以热学实验的图象为例进行剖析，帮助学生去领悟其中的内涵，也同时培养绘图、识图、析图等能力.

【关键词】核心素养；热学实验；析图

在热学实验中，我们平时经常关注的是如何设计实验和操作的过程，而忽视了对数据的处理与分析，特别是图象的绘制、分析与处理等，其实对实验中图象的分析是实验的关键所在，结论的正确得出有着重要的作用.

对热学实验题的图象的分析与处理是学生普遍感觉棘手的问题，但对热学实验的图象分析有利于培养学生的科学态度、科学精神等，在考查热学探究实验时，可能单独从某个实验的角度进行考查，也可能会把几个重点实验综合起来进行考查.无论是哪类的实验，都要正确掌握绘制、解读、识图、析图等，要能区分各图象的含义，特别是在一个图象中涉及了熔化、沸腾、凝固、比热容等时，需要对这一综合图象进行分段研究，认清每段线所表示的意义，从“一波三折”中找规律，析过程，得结论.因此，对于图象的“分析与处理”问题是有待于解决的重要问题，那么如何解决图象的分析与处理问题呢，现以一道热学实验这类问题为例进行分析解读：

例题（2022·辽宁营口）在“探究冰熔化时温度的变化规律”的实验中，实验装置如图1中甲图所示.每隔相同的一段时间记录一次温度计的示数，并观察物质的状态.

（1）组装器材时应先固定___________（选填“A”“B”或“C”）的位置.为使冰块均匀受热，应选用___________（选填“大冰块”或“碎冰”）进行实验.

（2）实验过程中某一时刻温度计的示数如图乙所示，此时冰的温度为___________℃.

（3）图丙是根据实验数据绘制的冰熔化时温度随时间变化的图象，分析图象可知：第6min，处于___________（选填“固”“液”或“固液共存”）态；冰熔化时需要吸收热量，温度___________；冰是___________（选填“晶体”或“非晶体”）；0～4min升温比8～12min升温快的原因是___________.

（4）如图丙是冰溶化时温度随时间变化的图象，熔化过程对应图线中的___________段（选填“AB”或“BC”）其熔点为___________℃．熔化过程中冰吸收的热量___________放出的热量（选填“大于”“小于”或“等于”）.

（5）如图丙冰熔化时温度随时间变化的图象，第6min时的内能___________第8min时的内能（选填“大于”“等于”或“小于”）；该物质在AB段比热容与CD段的比热容之比为___________.

（6）若实验进行4min后，移开酒精灯停止加热，此时熔化过程___________继续进行（填“能”或“不能”）．

分析此题是一个热学探究实验，对器材的选择、安装、测量器材的读取、图象的分析与处理等都进行了考查，同时还考查了比热容等综合知识.而此题重点考查探究冰的熔化规律实验，在给定的图象的基础上设置问题.此题重点在对图象的解读与分析，从不同的角度去认识和理解图象的含义.

（1）组装器材应按照“自下而上”原则，保证酒精灯、试管及温度计处于适当位置，所以要理解“适当”的含义，这样才能确定如何固定铁圈、铁夹和铁杆这些器材的位置，因此应先固定C位置；固体应选择颗粒或粉末状，为了使其受热均匀，实验效果更佳.

（2）热学实验是离不开对温度计的考查，包括操作使用和读取，使用温度计前，要看清量程和分度值，读取温度时，首先应注意液面在零刻度的哪个位置来决定零上还是零下，然后看好分度值，以零刻度为起点进行读数，此题液面在零摄氏度之下，因此读数为-3℃.

（3）首先要認识绘制的是冰熔化图象，横坐标为加热时间，纵坐标为温度，因此通过图象可知在0～4min段属于固体升温过程，此时状态为固态；在4～8min段与横坐标平行，属于熔化过程，处于固液共存状态，此过程中一直吸热，温度不变，内能增加，因此说明此固体有固定的熔点，属于晶体；8～12min段属于液体升温过程，此时状态为液态，虽然属于同一物体，但其状态不同，导致加热时间相同时，加热升温不同，即吸热能力不同，因此0～4min升温比8～12min升温快的原因是水的比热容大.

（4）由于冰是晶体，有固定的熔点，所以熔化过程对应图线中的BC段.熔点为0℃，冰在熔化过程中不断吸收热量，使冰的内能增加，因此吸收的热量大于放出的热量.

（5）在如图丙所示的图像中，BC段为熔化时间，不断吸热，因此内能增加，故时间越长其具有的内能越大，同时说明加热时间反映吸收热量的多少.AB段为固态，CD段为液态，加热时间相同都是4min，并且冰熔化成水时质量不变，而通过图示可以看出AB段升温10℃，CD段升温5℃，升高的温度为2∶1，根据Q=cmΔt可知，比热容与升高的温度成反比，故可知冰的比热容为水的比热容的二分之一，因此冰与水的比热容之比为1：2.

（6）4min后为冰的熔化过程，熔化时应不断吸热，若停止加热，则熔化停止，因此此时熔化过程不能进行.

答案（1）C ；碎冰.（2）-3.（3）固液共存；保持不变；晶体；水的比热容大.（4）BC；0；大于.（5）小于；1∶2.（6）不能.

点拨通过上例的分析不难发现图象分析的重要性，此图象属于温度—时间图象，“一波三折”更是这类图象的特色，从状态、温度等方面进行了全面的考查，识图显得格外重要，可以把此图象分成三段，熔化前、熔化时、熔化后，注意温度的变化，来判断物体是晶体还是非晶体，折点的意义和折线的区别的理解更是难点，因此在平时的学习过程中，要特别注意如何去分析和解读.

通过这个实验及其拓展问题，不难看出实验中的图象数据的分析与处理是实验成功的关键所在，因此对一个图象要进行深入的分析，也可以把多个热学实验结合在一起，比如把冰熔化实验和水沸腾实验整合在一起进行分析，这样通过对比的方式把知识融合，也可以把整个初中的热学知识，比如内能、热量、比热容和热值等知识贯穿于练习当中，使实验更具有深度和广度.

总之，对于热学探究实验类的图象问题，基本都属于温度时间图象，如果是绘制图象类，要根据表格中数据利用描点连线法正确绘制图象，然后进行分析得出结论.而对于给定图象类，要明确其属于哪类热学图象，要明确所探究的实验目的，另外读懂各段的含义，即要学会解读、识图、析图等，从而针对图象信息进一步处理得出结论.