一道高考熱學(xué)氣體變質(zhì)量問題的多種解法與啟示

黃俊俊

摘 要：筆者從一個(gè)生活問題聯(lián)系到一道高考題，分析了熱學(xué)中氣體的變質(zhì)量問題，用理想氣體狀態(tài)方程從不同的角度與方法來分析、解答這一問題，并且簡單做了總結(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)方程來求解氣體物質(zhì)的量，則可以讓問題變得簡單、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，我國開采可燃冰的工作取得巨大突破，在海域可燃冰試開采中能夠連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣，這一突破將對(duì)我國的能源結(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≈5萬公里，結(jié)論：100L的可燃冰可供汽車行駛5萬公里。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)都沒有掌握好。

那么按照高中物理知識(shí)來分析，得到的結(jié)論又應(yīng)該是怎樣的呢？

一、解法與分析

我們先來分析與該問題類似的一道2016年全國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)方程來求解氣體物質(zhì)的量，則可以讓問題變得簡單、清晰。

參考文獻(xiàn)

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