用理性直观讲清物理经典难题

2022版课标在课程性质部分有这样一段表述：物理学通过科学观察、实验探究、推理计算等形成系统的研究方法和理论体系。一句话表明物理学科的重要特点——直观与抽象的结合。观察和实验是直观、推理计算是抽象，直观又有两个层次：感性之上的直观和理性之上的直观，感性直观是基础，理性直观是本质，而抽象则是它们之间的桥梁。

尤其是理性直观是我们教育教学的常用手段，基本原则，甚至可以说是重要法宝，自然要求高、层次高。如果能对概念、规律、结论、解题思路、解题方法、解题思路进行直观形象化的解释，就能够起到化难为易，化繁为简的效果。理性直观的方法和手段也很多，譬如举例子、打比喻、形象化描述、类比、图示法等等。不同的直观手段在不同的教学情景中有不同的作用，恰当的运用可使发挥出举重若轻的效果。举例可以活化知识，化抽象与具体，打比喻则可以化生为熟，建立新旧知识间的联系，类比可以帮助建立思路，催生新知识，而图示法来解决难以用语言说清楚的问题，实现思维的显性化，起到拔云见日的效果。

我们在八年级上学期的学习中会遇到这道试题：如图所示，在大烧杯中装有大量的碎冰块，把装有少量碎冰块的试管插在大烧杯的冰块中，在烧杯底部用酒精灯加热。下列说法中正确的是 （   ）

A.大烧杯和小试管中的冰同时熔化

B.小试管中的冰先熔化，大烧杯中的冰后熔化

C.大烧杯中的冰完全熔化后，小试管中的冰才开始熔化

D.小试管中的冰始终不能熔化

这一道试题涉及到的知识点有：晶体和非晶体的区别；晶体熔化前的特点（不断吸热、温度升高）；熔化时的特点（不断吸热、温度保持不变）；熔化后的特点（不断吸热、温度上升）；晶体熔化的条件（达到熔点，不断吸热）、热传递的条件（接触且存在温度差）、热传递的结果（温度相等）等等。其中热传递的条件和结果到九年级13.2内能一节才学习，此知识点只能用生活经验来理解，又由于烧杯内冰的熔化过程复杂、试管内的冰和烧杯内的冰之间热传递过程也较复杂，且温度变化有先有后，如果单用语言表述，即便比较有条理，学生也总有一种云里雾里的感觉，弄不清，理不顺。

那么如何突破这一讲解难点呢？

经过对实验过程的分析和研究，我觉得使用直观的图示法来破解该题，便于学生真正理解和认识。图像如下：

由图可知，烧杯内的冰在AB不断吸热，温度不断升高，试管内的冰亦是先吸热，温度不断升高，但烧杯内的冰先于试管内的冰升温，同时也先于烧杯内的冰到达熔点，随后试管内的冰也达到熔点。由于烧杯内的冰熔化时虽不断吸热，但温度保持不变，试管内的冰虽达到熔点但由于和烧杯内的冰温度相同（都为00C），所以不能继续吸热，故不能熔化。随着时间的增加，当烧杯内的冰完全熔化后即C点温度开始上升，此时试管内的冰开始吸热，也开始熔化，过一段后熔化完毕，开始升温。经过以上分析可知：小烧杯内的冰在大烧杯中的冰熔化完毕后才开始熔化，故A、B均错误，C正确，由于小试管内的冰在大试管内的冰熔化完后开始熔化，故D错误。

我们弄明白了以上试题后，下面这个试题你会不会呢？

练习：小红在家中把碗放在大锅内的水中蒸食物，碗与锅底不接触，如图所示，当锅里的水沸腾以后，碗中的汤将  （  ）

A.同时沸腾       B.稍后沸腾

C.不会沸腾，汤的温度总是低于水的沸点

D.不会沸腾，汤的温度能够达到水的沸点

你会了吗？能用图像画出变化过程吗？答案选择D，图像是不是这样呢？