理想模型法在高中熱學(xué)中的應(yīng)用2

1、理想模型法在高中熱學(xué)中的應(yīng)用理想模型法把研究對(duì)象理想化，抓住研究對(duì)象的主要方而忽略次要方而進(jìn)而找到研究對(duì)象的本 質(zhì)規(guī)律。實(shí)踐證明理想模型法是物理研究的一種非常冇效的方法，也是高中物理中一種常用的方法。 高中熱學(xué)主要包括兩部分內(nèi)容，微觀的分子動(dòng)理論部分和宏觀的氣體狀態(tài)變化規(guī)律部分。理想模型 法是熱學(xué)部分常用的一種方法，微觀的分了動(dòng)理論部分我們常把組成物質(zhì)的原了當(dāng)成一個(gè)理想的球 體進(jìn)而可以估測(cè)分子的直徑等，宏觀的氣體狀態(tài)變化規(guī)律部分我們通常把氣體當(dāng)成理想氣體來處 理，理想氣體就是分了體積和分了間的相互作用忽略不計(jì)的氣體。我們?cè)跓釋W(xué)中運(yùn)用理想模型法把 問題大大簡(jiǎn)化了，并口所得結(jié)果跟實(shí)際吻合的相當(dāng)好。

2、一、宏觀的氣體狀態(tài)變化規(guī)律我們高中階段通常把氣體看成理想氣體，實(shí)際中是沒冇理想氣體的，只要在溫度不太高，壓強(qiáng) 不太人的情況下實(shí)際氣體接近理想氣體。理想氣體的特點(diǎn)是分子可以看成質(zhì)點(diǎn)，分子間的相互作用 可以忽略，分子之間的碰撞是彈性碰撞。描述宏觀氣體狀態(tài)的是狀態(tài)參量溫度、壓強(qiáng)和體積。 理想氣體的狀態(tài)參量遵守氣體的三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律（玻意耳定律、查理定律和蓋呂薩克定律），這三 個(gè)定律是我們處理氣體狀態(tài)變化規(guī)律的問題的根據(jù)。例1 （2015年山東卷）扣在水平桌面上的熱杯蓋冇時(shí)會(huì)發(fā)生被頂起的現(xiàn)象；如圖，截面積為s 的熱杯蓋扣在水平桌面上，開始吋內(nèi)部封閉氣體的溫度為300k,壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)咒。當(dāng)封閉氣體溫 度上

3、升至3031時(shí)，杯蓋恰好被整體頂起，放出少許氣體后又落回桌面，其內(nèi)部壓強(qiáng)立即減為 溫度仍為303ko再經(jīng)過一段時(shí)間，內(nèi)部氣體溫度恢復(fù)到300ko整個(gè)過程中封閉氣體均町視為理想 氣體。求：（i ）當(dāng)溫一度上升到303k且尚未放氣時(shí),封閉氣體的壓強(qiáng);（ii）當(dāng)溫度恢復(fù)到300k時(shí),豎直向上提起杯蓋所需的最小力。試題分析：（i）氣體進(jìn)行等容變化，開始時(shí)，壓強(qiáng)幾，溫 度爐300k；當(dāng)溫度上升到303k且尚未放氣時(shí)，壓強(qiáng)為溫度7；=303k；根畤#可得:張紳墻哄呵r 3002 t °303 °1.01解得（小內(nèi)部氣體溫度恢復(fù)到唄時(shí)，由等容變化方程可得：彳#當(dāng)杯蓋恰被頂起吋有：ps =

4、 mg + p（s 若將杯蓋提起時(shí)所需的最小9力滿足：話）s+嘩，解得：血嚴(yán)而亦加“血加。點(diǎn)評(píng)：本題主要考查的是同學(xué)對(duì)理想氣體狀態(tài)方程的理解，質(zhì)量一定的理想氣體在等容條件下 其壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比，還考查了共點(diǎn)力的平衡的知識(shí)。例2 （2013年上海卷）利用如圖裝置可測(cè)量人氣壓強(qiáng)和容器的容積。步驟如下: 將倒u形玻璃管a的一端通過橡膠軟管與直玻璃管b連接，并注入適量的水, 另一端插入橡皮塞，然后塞住燒瓶口，并在a上標(biāo)注此時(shí)水面的位置k；再將一 活塞置于10ml位置的針筒插入燒瓶，使活塞緩慢推移至0刻度位置；上下移動(dòng) b,保持a中的水面位于k處，測(cè)得此時(shí)水而的高度差為17. 1cm。拔出橡皮塞,

5、 將針筒活塞置于0ml位置，使燒瓶與人氣札i通后再次塞住瓶口；然示將活塞抽拔 至10ml位置,上下移動(dòng)b,使a中的水面仍位于k,測(cè)得此時(shí)玻璃管中水面的高度差為16.8cm。（玻 璃管a內(nèi)氣體體積忽略不計(jì)，p=1.0x103kg/m取尸lom/s?）（1）若用"表示燒瓶容積，表示大氣壓強(qiáng)，示針筒內(nèi)氣體的體積，“、表示上述步驟、 中燒瓶?jī)?nèi)外氣體壓強(qiáng)差大小，則步驟、中，氣體滿足的方程分別為（2）由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得燒瓶容積=ml,大氣壓強(qiáng)pao（3）（單選題）倒u形玻璃管a內(nèi)氣體的存在（）（a）僅対容積的測(cè)量結(jié)果有影響（b）僅對(duì)壓強(qiáng)的測(cè)量結(jié)果有影響（c）對(duì)二者的測(cè)量結(jié)果均有影響（d）對(duì)二者的測(cè)量結(jié)

6、果均無影響試題分析：（1）對(duì)于步驟，根據(jù)玻意耳定律可得燦（+。二（規(guī)+aq） &對(duì)于步驟，根 據(jù)玻意耳定律可得p）k）=（ a-aa） （%+；（2）聯(lián)立解得=坐一片56 x 10ml二560ml；門-妙2pb= api=56x0. 171x 1. ox 103x 10 pa二9.58x10" pa。 （3）倒 u 形玻璃管 a 內(nèi)氣體的存在對(duì)av二者的測(cè)雖結(jié)果均冇彩響，選項(xiàng)c正確。點(diǎn)評(píng)：理想氣體的狀態(tài)方程是熱學(xué)部分的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，也是中學(xué)階段氣體狀態(tài)問題所用到的 最主要的規(guī)律，每年在各個(gè)省份的高考中都多有涉及，一定要引起同學(xué)們的重視。二、微觀的分子動(dòng)理論在微觀上物體是由分子

7、組成的，我們要對(duì)分子的人小進(jìn)行估算就要建立起適當(dāng)?shù)哪Ｐ?，常用?模型冇球體模型和立方體模型。球體模型：由于固體和液體分子間距離很小，因此可近似看做分子 是緊密排列著的球體，若分子總徑為d,則其體積為嶺立方體模型：設(shè)想固體和液 體分子（原子或離子）是緊密排列著的立方體，那么分子間距離（即分子線度）就是立方體的邊長(zhǎng) 厶，困此一個(gè)分子的體積就是= 需要注意的是，對(duì)氣體來說，由于在一般情況下其分子不是 緊密排列的，因此上述模型無法求分了的肓徑，但能通過上述模型求分了間的距離。在“汕膜法估 測(cè)油酸分子的大小''實(shí)驗(yàn)中，由于油酸在水中形成的是一層分子膜，因此油酸的體積除以面積就可 以得到這

8、層分子膜的厚度，可以認(rèn)為這就是油酸分子的直徑。例3 （2015年海南卷）己知地球大氣層的厚度力遠(yuǎn)小于地球半徑r,空氣平均摩爾質(zhì)呆為腸 阿伏伽徳羅常數(shù)為地面大氣壓強(qiáng)為匕，重力加速度人小為烽由此可以估算得，地球大氣層 空氣分子總數(shù)為，空氣分子之間的平均距離為0試題分析：設(shè)大氣層屮氣休的質(zhì)量為規(guī)由大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生，加g = “）s, bp： m = -分子 mn n £n attr'p n數(shù)二一 =厶 = ,假設(shè)每個(gè)分子占據(jù)一個(gè)小立方體，各小立方體緊密排列，則m mgmg小立方體邊長(zhǎng)即為空氣分子平均間距，設(shè)為臼，大氣層中氣體總體積為v, a=l -,而v = r2h ,v n所以冷點(diǎn)評(píng)

9、：本題就用到了立方體模型，由于氣體分子間距離較大，我們無法估算出分子人小，但可 以估算出分子間的距離。例4在“汕膜法估測(cè)汕酸分了的人小”實(shí)驗(yàn)屮，有下列實(shí)驗(yàn)步驟： 往邊長(zhǎng)約為40 cm的淺盤里倒入約2 cm深的水.待水而穩(wěn)定后將適量的那子粉均勻地撒在水而 上. 用注射器將事先配好的汕酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定. 將血冇油膜形狀的玻璃板平放在坐標(biāo)紙上，計(jì)算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和面積計(jì)算出油 酸分子直徑的大小. 用注射器將事先配好的油酸酒粹溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)每增加一定體積時(shí)的滴 數(shù)，由此計(jì)算出一滴汕酸酒精溶液的體積. 將玻璃板放在淺盤上，然后將汕膜的形狀用彩筆

10、描繪衣玻璃板上.完成f列填空：（1）±述步驟中，正確的順序是.（填寫步驟前面的數(shù)字）（2）將1 cm3的油酸溶于酒精，制成30（） cm3的油酸酒精溶液;測(cè)得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴.現(xiàn)取一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測(cè)得所形成的油膜的面積是0.13 n?山此估算出油酸分子的 直徑為m.（結(jié)果保留1位有效數(shù)字）試題分析：（1）“油膜法估測(cè)油酸分子的大小"實(shí)驗(yàn)步驟為：配置酒精油酸溶液（教師完成，記下油酸酒精溶液的配制比例）-測(cè)定一滴酒精油酸溶液的體積-準(zhǔn)備淺水盤-形成油膜-描繪油膜一測(cè)量油膜面積一計(jì)算分子直徑。故正確順序是。（2）根據(jù)嶺二如算出每滴油酸灑na精溶液的體積嶺，將価冇油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積s （求面積時(shí) 以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為lc也的正方形為單位，計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)；不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的 算一個(gè)），根據(jù)汕酸酒精溶液的配制比例，算出一滴溶液中純汕酸的體積v