在计算封闭气体的压强时, 首先需要明确其特点, 第一, 气体自身重力产生的压强一般比较小, 在计算过程中可以忽略不计。但是, 大气压强的数值较大, 主要来自大气层的重力, 在计算过程中不能忽略。第二, 外加压强是由气体按照其原本的大小向各个方向传递, 因此, 封闭气体在对外加压强进行传递的过程中, 需要遵守帕斯卡定律。在计算封闭气体压强的过程中, 需要以这两个特点为基础。
一、计算分析
要想明确计算封闭气体压强的方法, 首先要了解气体压强、体积和温度的关系, 并明确认识到理想气体的状态要以这三个参数量加以决定, 若是其中一个产生变化, 至少要有一个随之变化, 因此控制变量的方法是物理学研究问题的重要内容。教师在引导学生学习解决气体问题的同时, 也会指导他们学习和记忆封闭气体压强的计算方法, 此时就需要学生在探讨和分析中, 总结出影响气体压强的因素, 着重分析压强的计算方法, 确保学生可以灵活引用所学知识解决现实问题。
了解实践教学工作可知, 本章知识点学习的重难点主要分为两方面, 一方面是指一定质量的某种理想气体状态参量p、V、T得到明确后, 在气体实验定律和应用气态方程的解题过程中, 大部分难点问题都是从压强角度提出的, 因此需要学生在实践问题训练中, 总结出计算方法和解题思路;另一方面, 三个气体实验定律从实验思想、内容到解题方法、步骤等都有相同点, 教师在引导学生复习时不需要全面铺开, 没有重点的推广, 而是以玻—马定律为重点, 结合经典案例的研究, 促使学生掌握共同点, 而后明确解题方向和步骤, 提升他们的物理素养。
通过实验探究和例题分析可知, 气体压强、体积与温度的关系是实际气体在压强不高、温度不低的背景下, 在实验操作中总结出的规律, 因此叫做实验定律。气体实验定律通常情况下是指一定质量的气体, 在不改变压强的情况下, 体积与热力学温度形成正比, 也就是VαT, 理想气体的状态方程也是通过实验定律推理验证得出来的。
二、计算方法
(一) 液体封闭的气体压强
液体封闭的气体压强计算在高中做题过程中出现的频率较高, 是气体问题的基础, 同时也是相关部分教学的重点和难点, 学生需要掌握解题方式才能突破难点。
在计算液体压强的过程中, 首先需要了解相关物理公式的含义:p=ρgh, h是指液体竖直方向的高度, 这个公式计算出的单位为帕斯卡。如果在计算过程中液体竖直方向高度为水银的高度, 则大气压强需要以cmHg为单位, 在求解气体压强时, 需要用大气压强p0+ (或-) h进行计算。
当液面与外界相互接触时, 需要将液面一下h处的压强用p=p0+ρgh计算。比如:在玻璃管中灌注水银, 不计管壁之间的摩擦, 设p0=76cmHg, 计算封闭气体的压强。在解答这个题时, 需要对液柱的受力情况进行分析, 利用受力平衡列出关系式:p0S=p1S, 将等式两边的S消去, 就可以将其转化为压强平衡方程。因此, 液柱下表面的压强处于平衡状态, 所以, 这个方程式也就是封闭气体的压强平衡式。这是解决封闭气体压强计算的一般方法, 在实际解题过程中, 可以参照这种计算方式, 举一反三。再有, 根据下图图示, 计算水银封闭的两部分气体的压强。 (大气气压为p0cmHg)
在解答这个题的过程中, 也需要利用液片压强平衡列出方程式, 因此, 先需要对不同液面的压强大小进行确定。我们可以先根据图示进行分析, 液柱h1的上表面压强与1气体压强p1相等, 下表面的压强大小则等于大气压强p0。液柱h2的上表面压强则与1气体的压强p1, 下表面的压强与2气体的压强p2相等。由此可以得出液柱下表面液片压强相互平衡。所以在, 在h1下表面有:p1+h1=p0, 即p1=p0-h1。在h2的下表面有p1+h2=p2, 即p2=p0-h1+h2。
由此, 可以总结出, 在计算液体封闭的气体压强时, 需要以液柱的下表面液片为研究对象, 然后可以根据压强平衡列出相关的方程式, 再进行求解。由于这种方法理解起来比较
简单, 并且在实际解题中有比较广泛的应用, 因此, 对于学生的学习来说具有重要的作用。
(二) 固体 (活塞或气缸) 封闭的气体压强
固体封闭的气体压强在一定程度上比气体封闭的气体压强计算难度更大, 但是高中生本身就需要不断提升其学习能力, 适应难度更大的教学, 才能在学习过程中取得进步。
比如:将一个圆筒形的气缸静置在地面上, 设气缸筒的质量为M, 活塞的质量为m, 活塞面积为S, 大气压强为p0, 将活塞往竖直方向向上提, 试求气缸在刚离开地面的时候, 其内部气体的压强 (摩擦忽略不计) 。在解答这个题的过程中, 首先需要确定与封闭气体接触的固体的受力作用, 其一定会受到气体的作用力。因此, 就可以将固体作为研究对象, 对其进行受力分析。为了让学生对这种题型的解答有更多的了解, 可以采用另种解答方式进行讲解。第一种, 将活塞作为研究对象, 对其进行受力分析, 可得F+p0=p0S+mg, 所以可以得到拉力F= (m+M) g, 这样就可以解得p=p0-Mg/S。第二种方法是以气缸为研究对象, 列出的方程式为p0S=Mg+pS, 然后得到p=p0-Mg/S。这两种方法虽然研究对象不同, 但是解题的原理相同, 都是根据固体的受力情况进行分析, 进而计算封闭气体的压强。
在解决固体封闭气体压强计算题的时候, 首先需要确定研究对象, 一般是以与气体接触的固体为研究对象, 进行受力分析。对于封闭气体压强的计算来说, 都需要根据研究对象的受力情况列出方程式, 并且需要根据平衡条件建立方程。当物体处于非平衡状态时, 需要根据牛顿第二定律列出动力学方程。不管是气体还是固体封闭的压强, 都需要先确定其平衡状态, 再列出相关的平衡关系式, 进行求解。
三、结语
综上所述, 封闭气体压强的确定是解决气体问题的关键, 虽然在实际解题过程中需要分为几种不同的情况, 但是大多可以根据具体题目确定解题方法。高中学生需要解决的物理问题较多, 学会计算封闭气体压强能够加强学生在这部分的学习和解题能力, 并且能够让学生将这种解题思维应用到其他类型的解题过程中, 强化学生的物理知识构架, 帮助学生形成更加具体的物理知识体系, 对加强学生的实际解题能力有较大的帮助。
摘要：高中物理内容较多, 涉及范围较广, 很多学生在学习相关知识的过程中力不从心, 对物理知识不能深入研究, 导致学习能力较弱。在学习高中物理的过程中, 需要解决气体问题, 因此就要学习封闭气体压强的计算。虽然这部分知识点是选修内容, 但是在考试中占的分值也不低, 并且存在一定的难度, 就需要对计算方法进行总结, 将其突破, 提升学生解决问题的能力。
关键词：封闭气体,压强,计算方法
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