氣體實驗定律與熱力學第一定律的綜合問題探討

【摘要】氣體實驗定律和熱力學第一定律構成了高中物理熱學的主要內容，熱學問題的研究對象通常是一定質量的氣體或是汽缸、活塞和液柱等.氣體實驗定律包括玻意耳定律、蓋-呂薩克定律、查理定律和熱力學第一定律共同起著至關重要的作用.本文探索三類典型問題的解題特點，幫助學生提高解題能力和解題意識.

【關鍵詞】氣體實驗定律；高中物理；解題方法

1 對氣體實驗定律和熱力學第一定律的概述

①玻意耳定律：一定質量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強與體積成反比.

表達式：pV=C（C為常數）.

②蓋-呂薩克定律：一定質量的某種氣體，在壓強不變的情況下，其體積與熱力學溫度成正比.

表達式：VT=C（C為常數）.

③查理定律：一定質量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強與熱力學溫度成正比.

表達式：PT=C（C為常數）.

④熱力學第一定律：在封閉系統中，系統內能的增加等于外界向系統傳遞的熱量與外界對系統所做的功的總和.

表達式：ΔU=W+Q.

2 玻意耳定律與熱力學第一定律的綜合

例1 一橫截面積為S的汽缸豎直倒放，汽缸內有一質量為m的活塞，將一定質量的理想氣體封閉在汽缸內，氣柱的長度為L，活塞與汽缸壁無摩擦，氣體處于平衡狀態，如圖1所示，現保持溫度不變，把汽缸傾斜，使汽缸側壁與豎直方向夾角θ=37°，重新達到平衡后，如圖2所示，設大氣壓強為p0，汽缸導熱良好，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度為g，求：

（1）此時氣柱的長度；

（2）分析說明汽缸從豎直倒放到傾斜過程，理想氣體吸熱還是放熱.

5 結語

對上述三道例題分析后，可以看出，解答氣體實驗定律與熱力學第一定律的綜合問題主要可以分為三步：首先確定研究的對象，明確其特征；然后從氣體實驗定律和熱力學定律兩個方面進行分析，找出狀態參量的大致變化情況；最后再列方程求解.綜合題的研究在教學中的作用是多方面的，它不僅能幫助學生更全面地掌握知識，還能夠提升思維能力和解決問題的能力.教師在教學的過程中要注重引導學生運用歸納、演繹、分析、比較等多種思維方式，建立相應的知識體系.