學生計 Q = mcΔT 冇問題,但一遇到「冰熔完再升溫」就只計一段。這一堂用「分段」把能量題變成流程題。
本堂目標 學生能夠:① 用 Q = mcΔT 及 Q = ml 分段計能量;② 分辨比熱容量與潛熱;③ 用 pV/T 常數解氣體題。
01 先備知識(開課前 3 分鐘快檢)
以下任何一項未過關,本堂就會卡住,先補該項:
| 技能 |
快檢題 |
過關標準 |
| 溫度與熱 |
溫度與熱能有何分別 |
溫度是平均動能,熱能是總能量 |
| 開氏溫度 |
27 °C 等於多少 K |
300 K |
| 單位 |
1 kg 等於多少 g |
1000 g |
02 課堂流程(60 分鐘)
| 時間 |
環節 |
導師做什麼 |
學生做什麼 |
| 0–8 分 |
溫度與內能 |
微觀看溫度 |
講出溫度是平均動能 |
| 8–22 分 |
比熱容量 |
Q = mcΔT,2 kg 水升 30 K |
算出 252 000 J |
| 22–34 分 |
狀態改變 |
Q = ml,0.5 kg 冰熔化 |
算出 167 000 J |
| 34–48 分 |
氣體定律 |
pV / T 常數、絕對溫度 |
算出 2.667 dm³ |
| 48–56 分 |
分段計能量 |
冰 → 水 → 蒸氣三段相加 |
寫出三段式 |
| 56–60 分 |
離場檢查 |
三題收回即批 |
獨立完成 |
03 講解腳本(照著說就可以)
第一幕:比熱容量:數字要跟單位走
Q = mcΔT,c 水 = 4200 J kg⁻¹ K⁻¹。2 kg 水由 20 °C 升到 50 °C:Q = 2 × 4200 × 30 = 252 000 J。
ΔT 用 K 或 °C 都可以,因為差距相同,但要講明。
要學生講:為什麼加熱時間長短不代表溫度一定升得多(熱容量與散熱)。
第二幕:狀態改變:溫度不變,能量仍然入
熔冰要看潛熱:Q = ml,l = 334 000 J kg⁻¹。0.5 kg 冰全熔:167 000 J,溫度停在 0 °C。
能量去了打散粒子排列,不是升溫,所以溫度計看不出變化。
提醒:一條題有「熔完再升溫」就要兩段,第二段由 0 °C 開始。
第三幕:氣體定律:先換 K 再代數
pV / T = 常數。2 dm³、300 K 在定壓下加熱到 400 K:V = 2 × 400 ÷ 300 = 2.667 dm³。
若同時改壓:3 dm³、1 atm、300 K → 2 atm、450 K,V = 1 × 3 × 450 ÷ (2 × 300) = 2.25 dm³。
要學生計:溫度由 300 K 變 600 K,定壓下體積變幾倍(2 倍)。
04 必教題型與步驟
| 題型 |
例子 |
步驟 |
答案 |
| 比熱 |
Q = mcΔT |
2 × 4200 × 30 |
252 000 J |
| 潛熱 |
Q = ml |
0.5 × 334 000 |
167 000 J |
| 氣體定律 |
pV / T = 常數 |
2 × 400 ÷ 300 |
2.667 dm³ |
| 混合 |
熱水加冷水求末溫 |
放熱=吸熱 |
列方程解 T |
合理性檢查(一定要教):末溫一定要在初溫之間(熱水與冷水混合);算出 120 °C 就代表方程或質量寫錯。
05 獨立練習三題
| 題目 |
答案 |
想觀察什麼 |
| 2 kg 水升 30 K,c = 4200 |
252 000 J |
有沒有乘 ΔT 而不是末溫 |
| 0.5 kg 冰全熔,l = 334 000 |
167 000 J |
有沒有加升溫那一段 |
| 2 dm³、300 K → 400 K 定壓 |
2.667 dm³ |
有沒有先換 K |
06 學生常見錯誤與糾正句
| 錯誤 |
學生通常這樣寫 |
導師這樣說 |
| ΔT 用末溫 |
Q 計大一倍 |
「ΔT 係升了幾多,唔係幾多度。」 |
| 熔化題只計一段 |
忘記熔完再升溫 |
「熔完是 0 °C,之後才開始升。」 |
| 氣體題用 °C |
V 算成 2.67 但比例錯 |
「氣體定律一定要用 K。」 |
| 潛熱與比熱混淆 |
熔冰用 mcΔT |
「溫度唔變就用 ml。」 |
07 家課建議(直接指到練習卷題號)
08 離場檢查(最後 5 分鐘)
| 題目 |
答案 |
判定 |
| 2 kg 水升 30 K 的能量 |
252 000 J |
三題全對=可進氣體定律 |
| 0.5 kg 冰全熔的能量 |
167 000 J |
錯一題=下堂前重講潛熱 |
| 2 dm³、300 K → 400 K 的體積 |
2.667 dm³ |
錯兩題以上=回到第三幕 |
09 導師常問
ΔT 可以用 °C 嗎?
可以,差距相同;但氣體定律的 T 一定要用 K。
為何熔化時溫度不變?
能量用於破壞粒子間的排列,不是增加平均動能。
要背多少個常數?
水的 c = 4200、冰的 l = 334 000,其餘題目會給。
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