循序渐进,讲清“热力学能”概念

物体的“热力学能”概念是热学教学的一个重点，只有正确理解这一概念，才能深刻领会热力学第一定律。“热力学能”比较抽象，且易与“热能”“温度”等概念相混淆，所以讲授难度较大。下面根据教学实践谈谈笔者对这个问题的讲述方法。

在教学中，笔者首先在宏观上从“能”的一般定义引出“热力学能”的概念：“热力学能”是物体内部的状态决定的能；其次从分子运动论角度揭示“热力学能”的微观本质：物体中所有分子的动能和热能的总和，叫做物体的热力学能，这就是“热力学能”的微观本质；第三，从“热力学能”与“机械能”的区别来说明其微观含义。“热力学能”跟机械能一样，也是一种形式的能。物体的“热力学能”是跟物体中大量分子热运动有关的能，它跟物体的温度和体积有关，与物体的机械运动无关，其机械能可以为零。第四，让学生正确理解物体的“热力学能”是状态的函数，物体的状态一定时，它的热力学能也一定，可以说“热力学能”是状态的单值函数。这样，使学生初步建立了起物体的“热力学能”概念。为使学生更加准确深刻地理解这一概念，还需要采取下列方法。

一、分析日常生活中和物理课本中“热”字的不同含义

澄清学生的模糊认识，例如“天气很热”、“热胀冷缩”中的“热”字是指温度；“热传递”、“热功当量”中的“热”字是指热量；“摩擦生热”中的“热”字是指“热能”；“消耗热做的功”中的“热”字是指“热力学能”。同一个“热”字，物理学中却是4种含义，即包含了4个不同的概念，不可混淆。

二、纠正错误观点，帮助学生正确理解“热力学能”概念

1.错误地认为“一个物体含的热能越大则温度越高，即物体的热力学能越大温度越高”

“一个物体含的热能越大，温度越高”这句话是对的。热能是物体所有分子动能的总和，一个物体含的热能越大意味着其分子平均动能越大，温度是分子平均动能大小的标志。所以物体含的热能越大温度越高。“物体的热力学能越大，温度越高”这句话是错误的。物体的热力学能是物体所有分子动能及分子势能的总和，物体热力学能增大，分子动能却不一定增大。例如，一定质量的100℃的水吸收热量蒸发为100℃的水蒸气，在蒸发过程中，吸收的热量全部用以克服分子力做功以增大分子间距离，使分子势能增大并反抗外界压强做功，而分子动能并没增大，所以，虽然水的热力学能增加了，但温度却没有变化。

2.错误地认为“热力学能就是热能”，“热力学能就是热量”

热能是指物体中分子热运动的动能的总和，因而热能是热力学能的一部分；或者说“热力学能”包含热能，是比热能范畴更大的能量概念，而热量则是热传递过程中被转移的热力学能的数量，它是热力学能变化的量度，是一个过程量，热力学能是一个状态量。处于一定状态的物体具有一定的热力学能，所以，“热力学能”、“热能”、“热量”是三个完全不同的物理概念。

3.错误地认为“热量从热力学能较大的物体自动传到热力学能较小的物体”

温度是物体分子平均动能大小的标志，两个相接触的物体热传递的过程是高温物体大量动能大的分子与低温物体大量动能小的分子相碰撞发生能量交换，前者动能减小，后者动能增加，直至动能趋于一致达到动态平衡，这时两个物体的温度相同。物体热力学能的大小与物体的种类、质量、温度、状态等多种因素有关，热力学能大的物体温度不一定高，热力学能小的物体温度不一定低。若热力学能大的物体的温度低于热力学能小的物体，这两个物体相接触时，热量只能从热力学能小的物体自动传给热力学能大的物体。

4.错误地认为“物体含的热量越大则其热力学能越大”

热量是在热传递过程中热力学能的变化量，它是过程量而不是状态量，没有热传递过程就没有热量而言。所以“物体含的热量”的说法本身就不成立，只能说物体吸收的热量越大则其热力学能越大。

通过纠正以上一些错误认识，阐明 “热力学能”、“热能”、“热量”、“温度”这几个概念的区别和联系，学生对热力学能的概念有了更深刻地理解。

在各种能量相互转化时，几乎都离不开“热力学能”与其他形式的能量之间的相互转化。所以，讲清、讲透“热力学能”的概念为今后学生继续深造，学习热学知识奠定良好的基础。

学生不可能通过一节课就掌握“热力学能”的概念。我根据学生的认识规律，在听课看书、做实验的基础上，通过几个阶段的教学，有条理、有层次、循序渐进、逐步深入，把以上内容贯穿于“热学”乃至整个物理学的教学过程中，取得了比较好的教学效果。

（责任编辑 黄春香）

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