用微專(zhuān)題突破氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的有關(guān)問(wèn)題

◇ 江蘇 張志娟

微專(zhuān)題是指立足具體的學(xué)情、教情、考情,選擇一些切口小、針對(duì)強(qiáng)、挖掘深、角度新的“微型”專(zhuān)題,力求解決復(fù)習(xí)中的難點(diǎn)問(wèn)題．現(xiàn)介紹在二輪復(fù)習(xí)的過(guò)程中,用微專(zhuān)題的形式復(fù)習(xí)氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的有關(guān)問(wèn)題,為新高考對(duì)相關(guān)問(wèn)題的研究打下基礎(chǔ)．該微專(zhuān)題安排兩課時(shí),一練一教．選題結(jié)合高考、以往練習(xí)和書(shū)本中的熱點(diǎn)、難點(diǎn)和可增分點(diǎn),教學(xué)時(shí)需根據(jù)學(xué)生的完成情況有針對(duì)性地進(jìn)行復(fù)習(xí)．

1 區(qū)分理想氣體和實(shí)際氣體,規(guī)范應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律解決問(wèn)題

1.1 區(qū)分理想氣體和實(shí)際氣體

例1氣體實(shí)驗(yàn)定律的研究對(duì)象是一定質(zhì)量的理想氣體,下列對(duì)理想氣體的理解正確的有( )．

A．理想氣體實(shí)際上并不存在,只是一種理想模型

B．只要?dú)怏w壓強(qiáng)不是很高就可視為理想氣體

C．一定質(zhì)量的某種理想氣體的內(nèi)能與溫度、體積都有關(guān)

D．在任何溫度、任何壓強(qiáng)下,理想氣體都遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律

分析本題同學(xué)們基本上都知道選A,但是大部分同學(xué)漏掉了選項(xiàng)D．可以通過(guò)回歸課本的方式解決這一問(wèn)題,讓同學(xué)們明白選項(xiàng)A是建立在選項(xiàng)D的基礎(chǔ)之上,并做到正確區(qū)分理想氣體和實(shí)際氣體．在任何溫度、任何壓強(qiáng)下,都遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體稱(chēng)為理想氣體；實(shí)際氣體在溫度不太低、壓強(qiáng)不太高時(shí)可視為理想氣體．選項(xiàng)D如果把“理想”二字去掉就不能選．

1.2 氣體實(shí)驗(yàn)定律的應(yīng)用

1)明確研究對(duì)象

應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律解決問(wèn)題時(shí)首先要找到一定質(zhì)量的理想氣體．

例2一個(gè)足球的容積是2.5L,用打氣筒給這個(gè)足球加氣,每打一次都把體積為125m L、壓強(qiáng)與大氣壓相同的氣體打進(jìn)球內(nèi)．如果在打氣前足球就已經(jīng)是球形并且里面的壓強(qiáng)與大氣壓相同,打了20次后,足球內(nèi)部空氣的壓強(qiáng)是大氣壓的多少倍?(不考慮打氣過(guò)程中溫度的變化)

圖1

分析畫(huà)圖有助于學(xué)生理解打完氣后足球中的氣體來(lái)自?xún)刹糠郑鯛顟B(tài)時(shí)足球中原有氣體和通過(guò)氣筒20次打進(jìn)的氣體是分離的；末狀態(tài)兩部分氣體都打入足球．足球中原有氣體和通過(guò)氣筒20次打進(jìn)的氣體的總和才是一定質(zhì)量的理想氣體．

2)確定初末狀態(tài)

應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律解決問(wèn)題還要準(zhǔn)確找到初、末狀態(tài)下的溫度T、體積V和壓強(qiáng)p．

變式打氣前足球內(nèi)壓強(qiáng)是大氣壓的2倍,求打完氣后足球內(nèi)部空氣的壓強(qiáng)是大氣壓的多少倍?

分析這時(shí)初狀態(tài)下兩部分氣體的壓強(qiáng)是不同的,必須首先通過(guò)等溫變化將它們轉(zhuǎn)化為壓強(qiáng)相同的氣體才能把體積相加．

3)難點(diǎn)突破

對(duì)于一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng),它的溫度、體積是顯而易見(jiàn)的,而壓強(qiáng)在有些問(wèn)題中是難以確定的．另外,玻璃管模型和氣缸模型也是教學(xué)中的難點(diǎn)．

例3在做托里拆利實(shí)驗(yàn)時(shí),玻璃管有些殘存的空氣,此時(shí)玻璃管豎直放置,如圖2所示．假如把玻璃管豎直向上提起一段距離,玻璃管下端仍浸在水銀中,則管內(nèi)水銀柱長(zhǎng)度________,管內(nèi)空氣壓強(qiáng)________(填“變大”“變小”或“不變”)．

圖2

分析先把玻璃管豎直向上提起一段距離的示意圖畫(huà)出來(lái),請(qǐng)做對(duì)的同學(xué)來(lái)講解．設(shè)玻璃管的橫截面積為S,大氣壓為p0,水銀柱上方密閉氣體的壓強(qiáng)為p,對(duì)液面上方的水銀柱受力分析如圖3．運(yùn)用分類(lèi)討論法：如果水銀柱長(zhǎng)度不變,mg不變,管內(nèi)空氣的溫度不變,p V＝C,體積增大,壓強(qiáng)p減小,水銀柱無(wú)法平衡；如果水銀柱長(zhǎng)度變小,mg變小,管內(nèi)空氣體積增大,壓強(qiáng)p減小,水銀柱也無(wú)法平衡．所以水銀柱的長(zhǎng)度變大,管內(nèi)空氣壓強(qiáng)變?。?/p>

圖3

教師總結(jié)：應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律解決問(wèn)題需注意：1)研究對(duì)象為一定質(zhì)量的理想氣體；2)明確初、末狀態(tài)下的T、V、p．玻璃管、氣缸模型要選取合適的研究對(duì)象進(jìn)行受力分析．

2 理解并應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解決問(wèn)題

1)適用條件

例4熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容為：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和．它并不是只適用于一定質(zhì)量的理想氣體．關(guān)于物體的內(nèi)能、溫度和分子的平均動(dòng)能,下列說(shuō)法正確的是( )．

A．溫度低的物體內(nèi)能一定小

B．溫度低的物體分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能一定小

C．外界對(duì)物體做功時(shí),物體的內(nèi)能一定增加

D．做加速運(yùn)動(dòng)的物體,由于速度越來(lái)越大,因此物體分子的平均動(dòng)能越來(lái)越大

分析物體的內(nèi)能和物質(zhì)的量、溫度、體積、物態(tài)都是有關(guān)系的,選項(xiàng)A錯(cuò)誤．對(duì)于選項(xiàng)B,學(xué)生都能很快選出．主要是通過(guò)這個(gè)問(wèn)題讓學(xué)生回憶熱力學(xué)第一定律的適用條件．

2)挖掘隱含條件

應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解決問(wèn)題的過(guò)程中,有時(shí)學(xué)生不是不會(huì)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律,而是不能挖掘題目中的隱含條件．

例5在裝有食品的包裝袋中充入氮?dú)?然后密封進(jìn)行加壓測(cè)試,測(cè)試時(shí),對(duì)包裝袋緩慢地施加壓力．將袋內(nèi)的氮?dú)庖暈槔硐霘怏w,則加壓測(cè)試過(guò)程中,包裝袋內(nèi)壁單位面積上所受氣體分子撞擊的作用力________(填“增大”“減小”或“不變”),包裝袋內(nèi)氮?dú)獾膬?nèi)能________(填“增大”“減小”或“不變”)．

分析對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體：內(nèi)能只和T有關(guān),非加熱情況下“緩慢地改變體積”“導(dǎo)熱性良好”等意味著與外界始終處于熱平衡,溫度不變,內(nèi)能不變．

3)明確各項(xiàng)正負(fù)

應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解決問(wèn)題的過(guò)程中,學(xué)生經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)弄不清正負(fù)或不注意正負(fù)的問(wèn)題．空氣的內(nèi)能減少,ΔU為負(fù),但是問(wèn)減少多少應(yīng)回答正值．同理,空氣放出熱量,Q為負(fù),但是問(wèn)放出的總熱量為多少應(yīng)回答正值．

氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律可以通過(guò)一些紐帶聯(lián)系起來(lái),因而試題經(jīng)常對(duì)它們的綜合應(yīng)用進(jìn)行考查,同學(xué)們需要特別注意．