今年熱學的課程,跟以往有點不一樣,所以做一下記錄。課程從熱的傳播切入,再談熱與溫度的關係。中間「溫度越高,粒子振動越劇烈」作為主要的思考模型,貫串課程。
主要的概念順序是
1.溫度、溫度計、溫標
2.熱會從溫度高的地方往溫度低的地方流動,最後達成熱平衡。這是談熱傳播的方向
3.物質可以想像由許多粒子組合而成,溫度越高時,粒子振動越劇烈
4.熱的傳播:傳導、對流、輻射。這是談熱傳播的方式,並且用粒子振動的模型去解釋傳導與對流。以及像是保溫杯的應用。
5.高溫物體和低溫物體接觸時,溫度變化的曲線。用模型預測,然後實驗看曲線。
6.知道溫度的標準了,接下來談「熱」:1g的水上升攝氏1度,需要的熱稱為1卡。
7.用酒精燈加熱熱水,觀察加熱的曲線,計算過程中水吸熱了多少。
8.改變7.的條件,比較曲線的差異,談質量與物質種類會不會影響升溫曲線。用粒子振動模型去推論水量改變時,為何升溫曲線會改變。
9.撰寫實驗報告:(1)描述事實 (2)比較事實差異 (3) 提出(2)的原因和8.的推論是否相符,若不相符,可能的原因是什麼?
10. H= M S Δ T, 用這個公式把前面的內容彙整起來,並且練習一下
11.熱對物質的影響:三態變化、化學變化的吸熱與放熱
1.溫度、溫度計、溫標:
溫度是為了表達客觀冷熱的指標,這個「冷熱」在這邊其實有一點討厭,因為我們後續會想把「熱」和「溫度高」兩個詞彙做出區分,但這邊好像不可避免的必須先混用起來。體感的冷熱,又不只和溫度高低有關,其實主要是身體產熱的速度和散熱的速度決定了身體當下感受的冷熱。不過這個太複雜了,就先不在課堂上講。這裡一開始切入,就還是很簡單的說:
(1)「溫度是表達冷熱的客觀指標」
(2) 只要可以隨著溫度高低變化而變化的,都可以拿來當做溫度計,例如:體積、顏色、密度都可以。體積的話,就是傳統溫度計;顏色的話,只要搜尋「貼片式溫度計」就可以找到很多;密度的話,就有「伽利略溫度計」
D.「那要怎麼辦?」「一度一度測,每一度都畫上刻度就行了」
「這樣可以,不過有點麻煩,如果體積膨脹的情況還蠻穩定(線性關係)的話,我們就不用那麼麻煩了,只要找兩個溫度畫兩個刻度,然後等分均分就可以了對吧」
「對」
後面就是實作畫刻度就行了。
「前面提到,要做一支新的溫度計,要拿另一支可以測溫度的溫度計來做對照,那......」
「第一支溫度計怎麼辦?」
「沒有其他溫度計可以做參照的話,就得拿自然界的現象做參照了,攝爾修斯以水的冰點和沸點做參照,你們想想,大家的沸點和冰點會不會不同?」
「不會」(這邊略簡化討論)
「所以我們就可以用水的冰點和沸點作為指標,切100等份,就可以變成第一支溫度計了」
溫度計的概念與實作就到這邊,華氏溫度認識一下就好,至於溫標轉換,完全不是這單元的重點。時間花很多,又會造成學生的困難和挫折,就直接跳過了。
2.「熱會從高溫往低溫傳遞」
3.物質可以想像由許多粒子組合而成,溫度越高時,粒子振動越劇烈
4.熱的傳播:傳導、對流、輻射。
5.高溫物體和低溫物體接觸時,溫度變化的曲線。用模型預測,然後實驗看曲線。
2.這個概念我今年直接講,明年好像可以調整一下順序。應該可以用3, 5, 2, 4的順序或是5, 3, 2, 4的順序。也就是可以先談溫度越高,粒子振動越劇烈,然後根據這個模型去預測並說明:把裝熱水的小燒杯放在裝冷水的大燒杯中,兩杯水的溫度變化會怎樣?
預測不太難,很直覺,但說明部分當然就比較挑戰一點,不過這就是建模需要的學習曲線。
「熱水的振動比較劇烈,碰到玻璃,也會讓玻璃的振動變劇烈,放到振動比較微弱的水中,就會讓振動用碰撞傳遞出去,於是熱水變冷,冷水變熱,最後達到熱平衡」
溫度曲線的部份,胡亂畫了幾個讓學生去選,學生選了第一個。
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