黃俊俊
摘 要:筆者從一個(gè)生活問(wèn)題聯(lián)系到一道高考題,分析了熱學(xué)中氣體的變質(zhì)量問(wèn)題,用理想氣體狀態(tài)方程從不同的角度與方法來(lái)分析、解答這一問(wèn)題,并且簡(jiǎn)單做了總結(jié)與反思。同時(shí),也從探析熱學(xué)中氣體變質(zhì)量問(wèn)題的多種解法中得出啟示:如果能夠應(yīng)靈活運(yùn)用理想氣體狀態(tài)方程來(lái)求解氣體物質(zhì)的量,則可以讓問(wèn)題變得簡(jiǎn)單、清晰。
關(guān)鍵詞:熱學(xué);氣體;變質(zhì)量;解法;啟示
2017年5月,某電視臺(tái)報(bào)道稱(chēng),我國(guó)開(kāi)采可燃冰的工作取得巨大突破,在海域可燃冰試開(kāi)采中能夠連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣,這一突破將對(duì)我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到非常大的促進(jìn)作用。在報(bào)道時(shí),該電視臺(tái)為了突顯可燃冰的價(jià)值進(jìn)行了如下分析:100L的可燃冰能夠釋放出16m3的天然氣,使用天然氣作為燃料的汽車(chē)加100L的罐裝天然氣能夠行駛300km,那么16m3的天然氣相當(dāng)于160罐100L的天然氣,由此可得總行駛路程為160×300km=48000km≈5萬(wàn)公里,結(jié)論:100L的可燃冰可供汽車(chē)行駛5萬(wàn)公里。乍一看,這分析還挺有道理,然而所得出的結(jié)論卻被廣大網(wǎng)友批評(píng)不切實(shí)際,該電視臺(tái)的相關(guān)人員還被批評(píng)連高中物理基本知識(shí)都沒(méi)有掌握好。
那么按照高中物理知識(shí)來(lái)分析,得到的結(jié)論又應(yīng)該是怎樣的呢?
一、解法與分析
我們先來(lái)分析與該問(wèn)題類(lèi)似的一道2016年全國(guó)高考二卷物理試題中的熱學(xué)題,并從不同的角度與方法來(lái)分析、解答這一題目。具體題目如下:
一氧氣瓶的容積為0.08m3,開(kāi)始時(shí)瓶中氧氣的壓強(qiáng)為20個(gè)大氣壓。某實(shí)驗(yàn)室每天消耗1個(gè)大氣壓的氧氣0.36m3。當(dāng)氧氣瓶中的壓強(qiáng)降低到2個(gè)大氣壓時(shí),需重新充氣。若氧氣的溫度保持不變,求這瓶氧氣重新充氣前可供該實(shí)驗(yàn)室使用多少天。
方法總結(jié):由混合理想氣體分壓定律可知,恒溫下,混合氣體中各組分氣體所產(chǎn)生的分壓強(qiáng)則等于它單獨(dú)占有整個(gè)容器(與總氣體混合物相同體積時(shí))所產(chǎn)生的壓強(qiáng)。題目三個(gè)狀態(tài)下的氧氣可以看作是三組混合氣體,則開(kāi)始時(shí)瓶中氧氣的壓強(qiáng)應(yīng)該等于每天消耗氧氣與剩余氧氣在相同體積與溫度條件下的壓強(qiáng)之和,本題中氧氣溫度不變,故可以把三個(gè)狀態(tài)下氧氣的體積都轉(zhuǎn)換成氧氣瓶的體積,求出對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng),用氧氣的壓強(qiáng)來(lái)代表氧氣量的多少,計(jì)算三個(gè)狀態(tài)下氧氣壓強(qiáng)的倍數(shù)關(guān)系即可知道瓶中氧氣可供使用的天數(shù)。
二、總結(jié)與啟示
高中物理熱學(xué)部分,在分析氣體狀態(tài)變化時(shí)用得最多的是玻意耳定律(p與V的關(guān)系)、查理定律(p與T的關(guān)系)和蓋·呂薩克定律(V與T的關(guān)系),然而這三條定律都有一個(gè)共同的條件:只適用于一定質(zhì)量的氣體。所以當(dāng)題目中出現(xiàn)氣體的質(zhì)量變化或物質(zhì)的量變化的問(wèn)題時(shí),這三條定律就顯得不是那么方便。而我們?nèi)绻軌驊?yīng)靈活運(yùn)用理想氣體狀態(tài)方程來(lái)求解氣體物質(zhì)的量,則可以讓問(wèn)題變得簡(jiǎn)單、清晰。
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