热 学

一、“热”字在物理学中的含义

人们常说的“热”字在物理学中有几种含义？请举例说明。

同一个“热”字，在物理学中通常有三种含义：常听到的“今天真热”， 这里的“热”指的是“温度”；“铜善于传热”的“热”字指的是“热量”；而“摩擦生热”的“热”字指的是“内能”。三种含义包括三个不同的概念，即温度、热量、内能。温度表示物体的冷热程度，与大量分子无规则运动的速度有关；内能是由物体状态所决定的能，是物体内大量做无规则运动的分子所具有的总能，实际上任何状态的物体，不论是气体、液体，还是固体，都由大量分子组成，所以一切物体都具有内能。“热量”一般是指热传递过程中被转移的内能的数量，热量应该说只有“吸收或放出”才有意义。温度差是发生热传递的条件，热量是内能改变量，即内能变化的量度。物体温度升高，内能增加；温度降低， 内能减少。所以，温度、热量、内能三个反映“热”的物理量是相互联系而又完全不同的物理概念。

二、从扇扇子想到的

夏天我们扇扇子，气温并没有降低，为什么会使人感到凉快呢？

在这物理事实中，“扇扇子”是原因，“人感到凉快”是结果。依据题设的物理过程首先得出，扇扇子使空气流动加快；进一步推理可知， 皮肤表面的水分蒸发加快；依据蒸发吸热的道理得出，水分的蒸发加快， 导致从皮肤表面吸收的热量增多，使皮肤的温度降低，所以使人感到凉快。

这是依据因果关系，从物理过程出发，经过程序化的逻辑推理得出的结论。这种把握因果关系思考问题的方法是有普遍意义的。

三、反证法的运用

把两个质量相同的钢球加热到同样的温度，然后分别放入盛着水和煤油的杯中，若水和煤油的质量相同，初温也相同，那么哪只杯子里的液体温度升得高些？

水和煤油的升温只能有三种情况：水和煤油升温相同，水升温度大于煤油升温度，水升温度小于煤油升温度。假设第一种情况，即升温相同时，两钢球放热也应相等，但是水的比热大，升温不可能相同，故不成立。假设第二种情况，水升温大于煤油升温，水中钢球放出的热量应比煤油中钢球放的热量更多，但水的比热大水升温不会比煤油升温大，故此假设也不成立。因此，水升温小于煤油升温。结论是煤油的温度升得高一些。

解答说理题和论证、选择题的方法是多种的，采用反证法进行逻辑推理，要比直接推理或数学论证得出结论来得简捷，起到化难为易的作用。

反证法解题的一般步骤是：先假设题目可能得到的所有结论，然后运用学到的物理知识从假设出发，将错误的结论一一排除，就可以得出唯一的正确结论。

四、冰棍上冒的“白气”是什么？它是怎样形成的？

在这个物理事实中，应先抓住白气是什么，将问题展开分析并综合得出结论。

白气是水蒸气吗？不是。水蒸气是组成空气的一种成分，是看不见、摸不着的气体。白气是由小水滴构成的。烧开水时，喷出的水蒸气遇冷凝结，即水蒸气液化成小水滴形成了“白气”；冬天，从人嘴里哈出的气体中的水蒸气遇冷凝结成小水滴，形成了“白气”；云和雾是由空气中的水蒸气遇冷凝结在浮尘上的小水滴构成的，也都是“白气”；空气中的水蒸气在冰棍附近遇冷凝结成小水滴形成“白气”。光线照射在小水滴上发生散射，人可从各个不同的位置看到它。

五、吸热和放热

初春时的气温较低，农民常在傍晚向秧田里灌水，而在早上又把秧田的水放浅。以此来提高秧田的水温，有利秧苗的生长。这是为什么？

题设的两种情况：傍晚灌水和早上把水放浅，其目的是提高秧田的水温。这是一个吸热和放热的问题，需要依据公式 Q=cm△t 分析式中各个物理量之间的关系，从而找到结论。这里还要注意题设的条件，首先弄清楚三个差别。其一，“傍晚”和“早上”气温有差别：傍晚气温降低， 秧田放热；早上太阳出来了，在阳光下秧田吸热；其二，“灌水”和“放浅”的差别：灌水增加水的质量，放浅使水的质量减少。其三，两种情况下“增高水温”的区别：吸热时提高水温，即要求水的末温高，则温度升高量△t=（t2－t1）较大；放热时提高水温，也就是要求水的末温不能降低得太多，则温度的降低量△t=（t1－t2）要小。然后依据 Q=cm△t， 弄清 Q、m、△t 的联系，得出结论如下：

傍晚后气温降低，秧田放热，根据 Q=cm△t，水的比热较大，灌水后水的质量 m 又增加，所以在放热情况 Q 放一样时，水下降的温度△t 就要小一些，与没有灌水的秧田相比较，灌水的秧田的水温高一些，秧苗就不致冻坏。同理早上太阳出来后，秧田要吸热，由 Q＝cm△t 知，把水放浅使水的质量，m 减少，在吸热情况 Q 吸相同时，水的温度升高△t 就大一些，与没有放浅的秧田相比较，放浅水的秧田的水温就高一些，有利于秧苗的生长。

六、粗测炉温

把灼热的煤块从火炉中钳出，立即投入质量为 500 克的水中，水的温度由 15℃升至 30℃，实验后用天平测得煤块的质量是 50 克，煤的比热是 1.05 千焦/（千克·℃），求火炉的温度（测试过程中不计热损失）。

分析：煤块从火炉中取出时的温度可看作是火炉的温度，也就是煤块投入水中时的温度。在水中，高温物体煤块温度降低，放出热量，水的温度升高，吸收热量。由于不计热的损失，则有吸收的热量等于放出的热量的关系。

解：由题设知：煤块m1 = 0.05千克



c1 = 1.05 × 10

m2 = 0.5千克

焦/ （千克·℃）

水c

t

= 4.2 × 10³ 焦/ （千克·℃）

= 15℃

 10

水和煤块共同的末温 t2=30℃

若煤块放入水中时的温度即火炉温度为 t，由 Q＝cm△t 可知煤块放出的热量

Q 放=c1m1△t1

=c1m1（t−t2）—①

水吸收的热量 Q 吸=c2m2△t2=c2m2（t2−t10）—②

∵不计热的损失，由守恒关系知②＝① 即 c2m2（t2−t10）=c1m1（t−t2）

∴t＝ c2 m2 （t 2 − t 10 ） + c1m1 t 2

c1m1

= 4.2 × 10³ 焦/ （千克·℃） × 0.5千克 × （30℃ − 15℃） +

1.05 × 10³ 焦/ （千克·℃） × 0.05千克

=630℃（火炉的温度）

30℃

注：这是一种粗略地测量炉温的简易方法，也可以用铁块放入火炉中加热一段时间，以代替煤块。解题时要说清道理，写明所依据的公式， 计算时要代入有关的物理量，并写明它的单位，需条理清楚，过程规范。