热力学研究论文

热学发展史对中学热学教学的启示学是中学物理教学中必不可少的一个重要内容，而由于比较抽象，因此成为中学物理教学中的一个难点.热现象普遍存在.同学们很早就有了相关的经验，这是进行热学教学的一个很好基石.但也正因为这个基石的作用，一些不正确的观点很难进行纠正.根据教学经验和相关研究人员的调查结论知道，不管是小学生还是中学生，不管是否学过物理，都有相当多的人对热的理解不科学，其中非常典型的想法就是把热看成是一种可以流动的物质.根据当前国际科学教育上富有广泛影响的学习理论即“概念转变”理论认为:科学学习的过程就是概念转变过程，提出了为概念转变而教.那么作为中学物理热学部分的教学，其主要目标是让同学们通过热学的学习.实现其概念发生转变，建立起科学的分子运动论观点.为了实现概念发生转变，很多的教师和研究者进行了多种尝试，如通过“做中学”“实验探究”等方法来帮助学生建立科学的热观点，都取得了一定的成效.而本文中笔者试从利用热学发展史开展有效教学帮助学生转变概念进行浅析.从认知发展心理学的观点看，同学们个体在对某一事物认识的时候，认识水平是在主体与客体间不断地相互作用过程中变化和提高的.个体的认识发展过程是人类认识发展过程的一个缩影.因此个体的认知发展水平和历史上人类对其认识水平是相对应的.也就是说从人类对热的认识发展就可预知学生对热的理解情况.那么要进行有效的热学教学，我们有必要向学生介绍有关热学发展史.在历史上，人类对“热”是什么的思考一直没停止过.对热的认识不断变化和发展.大致可以归纳为以下三个阶段:一、热质说的形成受古希腊原子论思想的影响，热是某种特殊的物质实体的观点也得到流传.法国科学家和哲学家伽桑狄认为，热和冷也是由特殊的.‘热原子”和’‘冷原子”引起的，波尔哈夫认为热的本源是钻在物体细孔中的、具有高度可塑性和贯穿性的物质粒子，它们没有重量，彼此排斥.这个观念，把人们引向“热质说”.‘’热”可以从高温物体传向低温物体，就好似水从高处流向低处.认为热是一种特殊的物质.它暗藏在物质粒子之间，受到物质粒子的吸引，热质粒子之间互相排斥.在18世纪..热质说”几乎统领热学各个领域，当时“热质说”能简单地、比较满意地解释当时发现的大部分热现象，并取得了一定的成功.例如.物体温度的变化是吸收或放出“热质”引起的;热传导是“热质”的流动，等等.在“热质说”的影响下，热学(主要是量热学)的研究取得了一些进展.但到了后来，“热质说”无法解释热缩冷胀、摩擦生热等现象，受到了严重的挑战.二、定性的热动说的形成1658年，伽桑狄提出物质是由分子构成的假设，假想分子是硬粒子，能向各个方向运动，使它们以不同形式进行结合并表现出不同的特征.他用这个假说进一步解释了固、液、气三种状态.即在固体内部，硬粒子结合得很紧密，粒子之间强大的力使它们保持着固定的形状、粒子排列规则;在液体内部，相距较近的粒子之间的力使它们不易分散开来;在气体中，相距很远的粒子之间不存在相互作用力，各个粒子自西运动.19世纪初，随着化学原子论的确立，分子概念同样也被提了出来，分子无规则运动的现象也由实验所呈现出来.在1803年时，道尔顿(英国化学家)通过对大气的成分、性质以及气体的扩散和混合现象的研究，提出了他的新原子学说的基本要点.即:一切化学元素都是由不可分割的原子组成的;各种元素的原子以其不同的形状、性质而区别，并具有特定的质量;不同元素的原子以简单整数的比例柑结合而形成各种化合物的原子.当时由于“分子”概念尚未建立，道尔顿把不同原子组成的分子称为“复杂原子”.1811年，阿伏加德罗(意大利物理学家)在道尔顿的原子论的思想基础上，开始引入“分子”的概念，并把它与原子概念相区别.1827年，由于布朗(英国植物学家)长期的观察研究，发现布朗运动，他在分子运动论方面做出了新发现，为分子运动提供了有力的证据.1905年爱因斯坦从统计力学观点最终建立了布朗运动的理论，给分子运动的研究提供了理论依据.接着法国的佩兰根据爱因斯坦及他人的理论研究成果，做了多年的关于布朗运动的实验，并由此相当精确地测定了阿伏加德罗常数和分子的各个有关的数据.因此，布朗运动是微观分子运动的宏观表现.也是分子存在热运动和分子间存在空隙的有力证据.三、定盆的热动说的形成焦耳等人通过大量的实验，认为热和机械运动等同其他运动形式一样，也是运动的一种形式，而不是一种特殊的物质(热质).之后，人们进一步对热运动作了定量的比较系统的研究.使分子运动论得以建立起来.在分子运动论方面做出大量工作的有许多科学家，其中克劳修斯、麦克斯韦、玻尔兹曼的工作尤为重要，他们是分子运动论的主要奠基者.经过许多物理学家几代人的共同努力，分子运动理论终于建立起来了.它不仅揭示了宏观“热”过程与分子的微观运动状态之间的联系，而且表明了热是大量分子的无规则运动的表现，一个宏观系统的热力学状态是由组成该系统的大量分子的统计规律决的.这也说明热运动和机械运动是完全不同的运动形式.单个分子的运动遵从牛顿力学规律，大量分子的运动遵从的是统计规律性.四、热学发展史对中学热学教学的启示中学物理教学，不要求定量地掌握有关分子运动论，所以目前的中学物理教科书中只涉及到分子运动论的一些基本概念，内容表述为:(l)宏观物体是由大量微粒—分子或原子组成的;(2)物体内的分子在不停地运动着，这种运动是无规则的，其剧烈程度与物体的温度有关;(3)分子之间有相互作用力.由此可以看出，对于中学生只要建立起定性的分子运动论的观点就可以了，这是中学热学的教学目标.真正有效的教学过程实际上就是想办法缩短学生科学认识所用的时间，不必再像历史上人类那样通过那么长的时间去摸索探究，所以在热学教学中，不能忽视学生原有经验，设置合适的问题情景，让学生面临当初科学家们所面临的问题，通过探究来不断发展或改变原有不科学的概念.了解在人类认识历史上是如何从热质说发展到热动说，难点何在，怎么突破等问题，对中学物理教学具有参考意义.参考文献1丁帮平.国际科学教育导论.太原:山西教育出版社，20022吴瑞贤，章立源.热学研究.成都:四川大学出版社，1987

热力学第一定律（thefirstlawofthermodynamics）就是不同形式的能量在传递与转换过程中守恒的定律，表达式为Q=△U+W。表述形式：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。该定律经过迈耳、焦耳等多位物理学家验证。热力学第一定律就是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律。十九世纪中期，在长期生产实践和大量科学实验的基础上，它才以科学定律的形式被确立起来。