Page 59 - 海洋科學6-8_教師手冊_0529-1

科學內容背景

許多關於原子和分子的概念，最好在中學完整接收。可以先介紹物質由分子構成，以及物質接受熱能
後，分子運動變得活躍、彼此的距離也更遠（熱擴張，thermal expansion）等概念。1.1 小節的目
標，是讓學生以具體的方式看待分子，並且以分子角度解釋現象。水分子和空氣分子密度的相關概念，
請參閱《海洋科學系列——海洋大氣關聯與氣候變遷》（Ocean Science Sequence: The Ocean-
Atmosphere Connection and Cliamte Change）整冊內容。

三態變化
學習重點：物質得到熱能或釋出熱能，狀態就會改變。許多物質的狀態（phase）不只一種，例如冰、
液態水或水蒸氣，其實都是水（H 2 O）的不同型態；乾冰或二氧化碳氣體，則都是二氧化碳（CO 2 ）
的不同狀態。不管狀態如何，都是同一種物質。學生有時會認為：狀態改變，分子也產生變化，比方
說分子變大或變小。事實上，分子的運動與排列的確有變化，但不論冰、水或水蒸氣，「分子」都是
水分子，並沒有因為狀態不同而改變。加熱某種物質，就是加入能量，該物質的原子或分子會得到動
能，彼此間的距離會更遠。這樣一來，固態可能變成液態、液態可能變成氣態。如果用降溫的方式讓
物質溫度減少，等於是取走熱能。這時，原子與分子都會失去動能，運動速度也會趨緩，如此氣體可
能變成液體、液體可能變成固體。

溫度
物質的粒子（原子與分子）移動狀態，就是溫度（溫度＝粒子的平均動能）。溫度較高的時候，粒子
的運動程度也較多，因此粒子間的距離較遠。這樣一來，隨著溫度升高，就可以證明粒子的運動程度
變高。同樣質量的分子，運動較快的動能會比運動較慢的高。

熱能則是分子間能量的轉移。兩個分子相碰撞，動能就在碰撞的過程發生轉移。當粒子到處運動並且
撞到對方，有些動能就會轉移到對方，並讓對方移動速度更快速。任何較高溫的物體接觸到較低溫的
物體之際，能量會從高溫物體往低溫物體移動，直到兩者的溫度相同為止。如果覺得手中物體冰冷，
表示能量正從手轉移到物體上。酒精或水銀溫度計，就是運用這樣的機制來測量溫度。溫度升高的時
候，溫度計玻璃管裡染成紅色的酒精或水銀開始膨脹，這是因為分子互相碰撞的關係。這樣一來，膨
脹的酒精或水銀就往上移動。酒精或水銀冷卻時，分子的移動程度降低、彼此間的距離變少，整體的
體積減少，液面就會下降。

光能以及熱能
光能轉換成熱能的概念，會擴充學生對於能量吸收的想法，因此相當重要。物體吸收光能，轉換的光
能會提高物體的溫度（例如：陽光普照的日子，沙灘上的沙子吸收陽光的能量），這就是光能轉變成
熱能的例子。以科學的講法解釋，「熱」只有在能量轉換之際，才可稱為能量。把冰塊放在高溫的平
底鍋，能量從平底鍋轉移到冰塊，這就是熱傳播的途徑——從較高溫度的物質轉移到較低溫的物質；
等到兩者的溫度相同，熱能就會停止流動。能量流動牽涉到熱，不過是以熱能（thermal heat）的角
度來解釋結果。當物體的溫度增加，熱能也會增加，反之亦然。

58 海洋科學序列教材
—G6-G8 進階海洋素養