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國中自然・互動教材

熱與物態實驗室

加熱時,能量不一定立刻讓溫度升高。操作一條完整的水加熱/冷卻曲線,觀察相變時能量去了哪裡,再用粒子模型連起傳導、對流與輻射。

加熱與冷卻曲線熔化與汽化潛熱粒子運動質量與功率三種熱傳

純水熱曲線模擬器

按「開始模擬」,觀察相變時溫度與物態怎麼變
粒子狀態等待觀察開始後會同步顯示排列、間距與運動。
溫度—攝氏溫標
目前物態—相變時兩態共存
已吸收熱量—從歷程起點累積
理想經過時間—由 Q = Pt 換算
能量主要效果—升降溫或改變物態
完整歷程時間—質量↑時間↑;功率↑時間↓

同樣吸熱,為什麼溫度沒有一直升高?

完成一次模擬後,這裡會分辨「增加粒子平均動能」和「改變粒子間作用狀態」。

01觀察相變平台
02調質量與功率
03追蹤曲線與粒子
04記錄時間
05用公式解釋

單一物態:Q = mcΔT

熱量改變粒子的平均動能,巨觀上可量到溫度上升或下降。相同熱量下,質量越大,溫度變化越小。

相變期間:Q = mL

熱量主要用於改變粒子間距與作用狀態。理想模型中兩態共存,溫度暫時保持在熔點或沸點。

功率改變時間,不改變平台溫度

功率越大,每秒傳入或移出的能量越多,所以更快走完整條曲線;在 1 atm 下平台仍是 0°C 與 100°C。

階段溫度每克熱量能量作用
冰升溫−20 → 0°C42 J/g平均動能增加
熔化0°C334 J/g固態變液態
水升溫0 → 100°C418 J/g平均動能增加
汽化100°C2260 J/g液態變氣態
水蒸氣升溫100 → 120°C40 J/g平均動能增加

安全提醒:這是概念模擬。真實沸水與蒸氣可能造成嚴重燙傷,密閉容器加熱還有壓力風險,請勿依本頁自行重做高溫實驗。

熱如何從一處傳到另一處?

切換三種機制。箭頭與動畫只表示方向與機制,不代表真實熱流率。

常見介質: 固體
需要介質: 需要
判斷線索: 物質不整體移動,能量由高溫處往低溫處傳。
傳導觀察金屬棒各處粒子振動如何依序增強。

引導任務

用任務快速到達曲線上最值得比較的區段。

任務提示先從任務一觀察:能量仍在增加,溫度是否改變?

實驗紀錄

把目前狀態加入紀錄,再比較不同質量、功率或加熱方向。紀錄只存於這台裝置。

#方向質量功率進度溫度物態累積熱量時間
尚無紀錄。先完成一次模擬操作。

學習檢核

選完三題後一次檢查;答錯時會指出應回去觀察的線索。

1. 純冰在 1 atm、0°C 正在熔化時,持續吸熱主要造成什麼?
2. 質量相同、熱損失忽略時,把功率從 250 W 提高到 500 W,完整加熱時間如何改變?
3. 太陽把能量傳到地球,主要是哪一種熱傳方式?

怎麼用這份教材

適用:國中 · 熱學(各校版本進度可能不同) 建議:15–20 分鐘

先備:溫度、質量。學習目標:能透過操作說明比熱、潛熱、熱傳。

教師引導:先讓學生直接操作並留下第一筆觀察。接著只改一個條件、加入第二筆紀錄,再請學生引用數據解釋差異。

常見迷思:吸收熱量不一定升溫;相變期間能量用在改變物態。 模型的理想條件請對照本頁教師提示。

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