氣體分子碰壁數的微觀解釋
——對2019年全國Ⅱ卷熱學題的定量研究

王文濤 閆 寒

(1. 東北師大附中,吉林 長春 130021; 2. 肇東市第一中學,黑龍江 肇東 151100)

2019年全國Ⅱ卷第33(1)題考查了學生對氣體分子碰壁數這個概念的定性理解.原題如下.

圖1

如圖1所示,1、2、3 3個點代表某容器中一定量理想氣體的3個不同狀態,對應的溫度分別是T1、T2、T3.用N1、N2、N3分別表示這3個狀態下氣體分子在單位時間內撞擊容器壁上單位面積的次數,則N1________N2,T1________T3,N2________N3.(填“大于”“小于”或“等于”)

歷年高考物理熱學題對氣體分子碰壁數這個概念做了反復多次的考查.學生在這個概念題上頻繁失分的原因在于對其物理意義理解上的不明確.為此,筆者將采用近似模型的處理方法對氣體分子碰壁數進行深入的定量分析.

先作3條簡化假設:

(1) 假設容器的形狀是長方體,下面得出的結論實際上可適用于任何形狀的容器,只要其中理想氣體處于平衡態.

圖2

單位時間內碰撞在單位面積器壁上的平均分子數為

(1)

因為單位時間的總沖量是力,單位面積的力是壓強,故

(2)

(2)式稱為氣體壓強公式.

在解題中,根據(2)式常常把(1)式改寫成

(3)

下面我們利用(1)、(3)兩式來求解這道高考題.

可見,引入氣體分子碰壁數公式解決此類問題,使之變得更加簡潔、準確,旨在幫助學生更深刻地理解其物理本質.當然,在高中階段我們不要求學生作上述的定量研究.作為一名物理教師,在給學生一碗水的同時,自己得有一桶水.所以我們對一道試題既要有讓學生理解并掌握的定性分析,還要有能讓自己信服的定理研究.只有處理好定性與定量的關系,站在高觀點下看問題,才能對問題的認識更加深入透徹,講解起來才更加得心應手.