摘 要： 熱學(xué)知識是高中物理中重要的知識點(diǎn)之一。但熱學(xué)知識涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，滿足統(tǒng)計(jì)規(guī)律。而學(xué)生對物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)了解不夠深刻，在對熱學(xué)規(guī)律的理解上存在較大的難度，如何聯(lián)系實(shí)際讓學(xué)生深入淺出地理解熱學(xué)規(guī)律是學(xué)生學(xué)好熱學(xué)的關(guān)鍵。
　　關(guān)鍵詞： 統(tǒng)計(jì)規(guī)律 聯(lián)系實(shí)際 高中物理教學(xué)
　　在高中物理熱學(xué)部分的教學(xué)中，研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及微觀結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)時(shí)認(rèn)為大量分子的宏觀行為滿足統(tǒng)計(jì)規(guī)律。由于微觀粒子結(jié)構(gòu)的特殊性，多數(shù)學(xué)生對物質(zhì)內(nèi)部的圖景缺乏正確的認(rèn)識，導(dǎo)致學(xué)生在理解微觀粒子遵循的規(guī)律時(shí)出現(xiàn)較大困難。如何構(gòu)建微觀過程的宏觀圖景，是幫助學(xué)生克服此類困難的關(guān)鍵。
　　在人類社會發(fā)展的過程中，人們不斷總結(jié)生活經(jīng)驗(yàn)。這些生活經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)有的是可以與微觀粒子滿足的統(tǒng)計(jì)規(guī)律聯(lián)系起來的。比如在如何理解“物體的溫度升高時(shí)為什么不是所有的微粒的運(yùn)動速度都增大”的問題時(shí)，可以把溫度的升高與學(xué)校某個(gè)班級平均成績的提高相類比。當(dāng)某個(gè)班期考的平均分比段考的平均分高時(shí)應(yīng)是這個(gè)班的大部分學(xué)生的期考成績比段考高，但也不排除有少數(shù)或個(gè)別學(xué)生因發(fā)揮不佳或其他原因，成績比段考還低的可能。這樣一類比把微觀問題宏觀化，對于學(xué)生理解溫度升高時(shí)并不是每個(gè)分子速度都加快、動能都增加的結(jié)論是有益的。在理解微觀粒子在熱現(xiàn)象中滿足的統(tǒng)計(jì)規(guī)律時(shí)，這種方法也是非常有用的。
　　《用油膜法測分子的直徑》是高中熱學(xué)中唯一的學(xué)生實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)充分體現(xiàn)了熱力學(xué)研究的特點(diǎn)，對于學(xué)生理解熱力學(xué)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律是非常重要的。在指導(dǎo)學(xué)生做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)想方設(shè)法讓學(xué)生理解這個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)。做《用油膜法測分子的直徑》實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生對為何要事先配制油酸酒精溶液不理解，認(rèn)為配制油酸酒精溶液很麻煩，還會因?yàn)榫凭膿]發(fā)對實(shí)驗(yàn)造成較大誤差。因此，認(rèn)為配制該溶液是不必要的。這是學(xué)生對微觀粒子的特點(diǎn)不了解而產(chǎn)生的錯(cuò)誤認(rèn)識。微觀粒子的特點(diǎn)是“多和小”，所謂多是指任何一個(gè)宏觀物體內(nèi)部分子的數(shù)量多，所謂小是指物體內(nèi)部微觀粒子的質(zhì)量小、體積小、所占的空間小?；谶@樣的特點(diǎn)，在做《用油膜法估測分子的直徑實(shí)驗(yàn)》時(shí)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒Φ年P(guān)鍵是能否在液面上形成單分子油膜。由于分子的體積非常小，油酸是否在水面上形成單分子油膜用眼睛是不能判斷的。那么，怎么才能保證油酸在水面上形成的一定是單分子油膜呢？唯一解決的辦法是讓油酸在水面上充分散開。而讓油酸充分散開的措施有兩種：一是滴到水面的油酸體積很大時(shí)，要使水面的面積非常大。比如把一小瓶油酸倒在一個(gè)大型水庫的水面上。這時(shí)油酸可以在水面上充分展開形成單分子油膜，但這時(shí)油的面積太大又給油膜表面積的測量帶來了困難。顯然這樣的實(shí)驗(yàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室是無法完成的。二是盡可能縮小油酸的體積使得在實(shí)驗(yàn)室的條件下即可形成單分子油膜，但是這樣油酸分子的體積太小用量筒根本無法測量。在油酸體積的測量上又會存在很大誤差，使測量結(jié)果失去意義。為了解決這樣的難題，人們想到了配制油酸酒精溶液，讓體積很小但可測的油酸溶于一定體積的酒精中。配制體積比很小的油酸酒精溶液，再用巧妙的方法測出一滴溶液的體積，利用體積比計(jì)算出一滴溶液中油酸的體積。將這樣的一滴溶液滴在水面上可形成單分子油膜。這時(shí)形成的油膜面積很小，在實(shí)驗(yàn)室的條件下即可測量。用簡單的辦法解決了這個(gè)難題。用統(tǒng)計(jì)方法就解決了既可測油酸的體積，又可測單分子油膜的面積這個(gè)難題。可見在用油膜法測定分子的直徑的實(shí)驗(yàn)中，配制油酸酒精溶液并不是為了增加實(shí)驗(yàn)的難度而添加的，而是為了用宏觀的方法測定微觀量而必不可少的。學(xué)生只有在腦海中充分理解物理圖景，才能對實(shí)驗(yàn)有充分的認(rèn)識，在實(shí)驗(yàn)中自覺地實(shí)施，并達(dá)到舉一反三的效果。
　　以上做法對于頭腦中有微觀物理圖景的學(xué)生來說是容易理解的。但大多數(shù)中學(xué)生缺乏這樣物理圖景的構(gòu)建，理解起來還是有困難的。如何幫助學(xué)生克服這樣的困難呢？最有效的辦法是列舉生活中宏觀物體的類似例子讓學(xué)生理解。對于廣大農(nóng)村地區(qū)的學(xué)生，他們對農(nóng)村生活比較熟悉，可列舉與他們的生活密切聯(lián)系的例子說明。如在農(nóng)村，由于種子的價(jià)格昂貴，農(nóng)民往往購買少量的種子然后通過嫁接的方法獲得很多幼苗。為了使少量的種子長出高質(zhì)量的幼苗，必須解決如何把少量種子均勻地撒在寬闊的地畦上的問題。如果認(rèn)為種子少而選擇把種子一顆顆地插在地畦上，這樣不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且達(dá)不到要求。農(nóng)民想了一個(gè)簡單方法巧妙地解決了這個(gè)問題。就是把少量的種子與一大盆細(xì)沙混合，然后把沙子與種子一起撒到地畦上。由于在少量的種子中摻進(jìn)了大量的沙子，使得每相同的體積中種子的含量是相同的。把這樣的混合物撒在地畦上，長出來的幼苗一定是均勻的。我國南方農(nóng)村的廣大地區(qū)以種植水稻為主，這些稻田在冬天是閑置的。這就導(dǎo)致春天開播時(shí)稻田中和田埂上處處會留下因干燥而產(chǎn)生的大小不一的裂縫和因蚯蚓、螻蟻的挖掘而產(chǎn)生的孔洞，不利于稻田的節(jié)水和灌溉。這些裂縫和孔洞很多，難以發(fā)現(xiàn)，要想找到它們并一一進(jìn)行修補(bǔ)，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且效果不佳。這樣的方法在實(shí)際應(yīng)用中幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。怎么才能用最短的時(shí)間和最低的成本堵住這些孔洞呢？農(nóng)民們在解決這個(gè)問題時(shí)又應(yīng)用了統(tǒng)計(jì)的方法。他們的具體做法是在犁第一次田的過程中，先用犁把田土犁成一坯坯的土坯，再把水放進(jìn)農(nóng)田中，用耙反復(fù)攪拌，把這些泥坯和成泥漿，這些泥漿就跟著水流到各個(gè)裂縫和孔洞中，這些泥漿在孔洞中沉淀就把這些裂縫與孔洞堵得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)了。這樣用簡單的方法達(dá)到了目的，而且一舉多得。這就是生活中的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的應(yīng)用。
　　知識是日常生活經(jīng)驗(yàn)的概括、總結(jié)與升華，物理知識與生活的聯(lián)系尤為緊密。在物理教學(xué)當(dāng)中通過聯(lián)系實(shí)際把抽象的物理知識形象化，通過類比把微觀場景宏觀化是使學(xué)生加深對物理知識的理解的有效途徑。
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