自然冷却的物体在相同的时间内放出的热量相等吗(2)

来源:互联网发布时间:2009-03-14

问题:自然冷却的物体在相同的时间内放出的热量相等吗?

猜想:自然冷却的物体在相同的时间内放出的热量是不相等的,放热速率与温差有关,温差越大,放热越快。

依据:同样的一杯热水在冬天降温比夏天更快些。

类比事例:①水管两端水压(水位差)越大,水流就越急,即单位时间内通过水管同一截面的水量越多;②导体两端电压(电位差)越大,电流就越大,即单位时间内通过导体同一截面的电量越多。

实验方案:同原题(从略)。

随后我又引导学生对该实验方案进行评估,看是否还有待于进一步完善的地方。钱宗进、杨淇等同学指出:应当用风扇对烧杯不停地吹风,以保证烧杯周围的空气温度始终与室温相同;陶晏俊等同学进一步指出,这样的话将加快水的蒸发,这就不是自然冷却了,所以应当把烧杯口封起来。最终确定的实验方案如图所示(为封口方便,改用烧瓶)。至此,同学们意犹未尽,说一定要做一做这个实验。经商量,决定每班由科代表牵头各成立几个小组,从实验室借一些仪器回家做实验,把实验数据告诉大家。

下面是某小组的实验数据记录。

水的质量m =250 g       室温=10 ℃

注:随着物体温度的降低,物体在相同时间内温度改变量随之减小,由于所用温度计的精度不够(分度值为1 ℃),测量数据误差较大,所以第10分时间起每隔2分时间记录一次温度值,第20分时间起每隔5分时间记录一次温度值。从实验数据中学生们发现,在某些温度段似乎确实有“相同的时间内放出的热量相等”的现象,学生们对此的解释是:在温差变化不大的情况下,单位时间内放出热量的差异也是很小的,再加上所用温度计的精度不够,微小的温度变化无法测准,所以这个现象是实验误差造成的。仔细分析实验数据不难发现:在第一分钟内(平均温差为48.5℃)物体降低的温度为3 ℃,而在后10分钟内(平均温差为0.3℃)物体平均每分钟降低的温度才0.06℃。实验结果完全证实了学生们的猜想,学生们沉浸在成功的愉悦之中。

通过这次活动,朱晓伟同学的感受尤深,可能是为了找回一点自己的面子吧,他对原题仔细研究后又提出了一些新的问题:第一,原题中两杯水所处的环境温度不同,根据我们的研究结果可知其放热速率肯定不同;第二,他认为两个不同的物体的放热速率还跟表面积有关(空调器有面积很大的散热片就是一个典型例子),质量不同的水若放在同一规格的烧杯里,其散热面积肯定不同,因而其放热速率肯定不同,而原题中两杯水与环境温度的初始温差、散热面积都不同。据此,他认定原题中的数据是根据已知规律编制的,而非实际实验得到的原始数据。编者利用已知规律编制数据要求学生来认知该规律,这不是真正意义上的“探究某未知规律”,与题意也是相悖的。他认为这是一种不严肃、不科学的态度。他建议我给上海市考试院写一封信,与他们交流一下。看到这种情景,我的内心非常激动,这不正是新课程标准所要求的培养学生“有将自己的见解公开并与他人交流的愿望,认识交流与合作的重要性,敢于提出与别人不同的见解,也勇于放弃或修正自己的错误观点”的具体体现吗?我故意说:“最近我比较忙,没时间”,沉默片刻,有两个女同学(曹泠洁、周易)站起来说:“我们来写!”嘿!这正是我所期待的!于是我宣布:凡是对这个问题感兴趣的同学,可利用寒假期间写一篇论文(这可是他们人生中的第一篇较上档次的论文),开学后利用墙报展示、评比。学生反应非常热烈,他们表示,假期里一定认真写好论文,成文后请老师修改一下,还准备向上海市考试院、《无锡教育》《中学生学习报》等报刊、杂志投稿呢。

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