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高考物理在考查知识的同时,注重能力考查,并把对学生能力的考查放在首位.建立好物理模型是学好物理的重要一环,它需要学生具有一定的空间想象能力和应用数学知识处理物理问题的能力.本文列举几例热学中常见的物理模型供大家参考.
一、球体模型
二、立方体模型
例2标准状态下气体的摩尔体积是V0=22.4 L/mol,试估算教室内空气分子间的平均距离.设教室内温度为0 ℃,阿伏伽德罗常数NA=6×1023 mol-1(计算结果保留1位有效数字).
解析:气体分子间距离比较大,分子间的作用力很微弱,气体体积和气体分子的体积指的是它们占据的空间体积,可以看成是立方体模型.V0=NA×a3,代入数据得空气分子间的平均距离为a=3×10-9 m.
三、理想气体模型
例3如图1所示,带有活塞的气缸中封闭一定质量的理想气体,将一个半导体NTC热敏电阻R置于气缸中,热敏电阻与气缸外的电源E和电流表A组成闭合回路,气缸和活塞具有良好的绝热(与外界无热交换)性能,若发现电流表的读数增大,以下判断正确的是(不考虑电阻散热)
(A) 气体一定对外做功
(B) 气体体积一定增大
(C) 气体内能一定增大
(D) 气体压强一定增大
解析:理想气体的特点:气体分子的体积与气体体积相比较可以忽略不计;气体分子之间的相互作用力很小,可以忽略不计;分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞无动能损失;理想气体的分子势能可以忽略不计,所以理想气体的内能由物质的量和温度决定.电流增大,电阻减小,温度T升高,内能U增大.气体的内能U=EK+Ep,而理想气体的分子势能可以认为等于零,所以U增大,选项(C)正确.由热力学第一定律 ,ΔU=W+Q,ΔU>0,由于系统与外界无热交换,所以Q=0,可知ΔU=W>0,外界对气体做功,气体的体积V减小,选项(A)、(B)错误.由理想气体的状态方程PVT=恒量,得到气体的压强p应增大,选项(D)正确.答案:(C)、(D)
四、圆柱体模型
例4风能是一种环保型能源.目前全球风力发电的总功率已达7000 MW,我国约为100 MW.据勘测我国的风力资源至少有2.53×105 MW.所以风力发电是很有前途的一种能源.风力发电时将风的动能转化为电能.设空气的密度为ρ,水平风速为v,风力发电机每个叶片长为L,风能转化为电能的效率为η,那么该风力发电机发出的电功率P是多大?
从以上几例可以看出,建立物理模型相当重要,所以,教师在平时的教学过程中要重视对学生建模能力的培养.
[江苏省常熟市浒浦高级中学 (215513) ]
一、球体模型
二、立方体模型
例2标准状态下气体的摩尔体积是V0=22.4 L/mol,试估算教室内空气分子间的平均距离.设教室内温度为0 ℃,阿伏伽德罗常数NA=6×1023 mol-1(计算结果保留1位有效数字).
解析:气体分子间距离比较大,分子间的作用力很微弱,气体体积和气体分子的体积指的是它们占据的空间体积,可以看成是立方体模型.V0=NA×a3,代入数据得空气分子间的平均距离为a=3×10-9 m.
三、理想气体模型
例3如图1所示,带有活塞的气缸中封闭一定质量的理想气体,将一个半导体NTC热敏电阻R置于气缸中,热敏电阻与气缸外的电源E和电流表A组成闭合回路,气缸和活塞具有良好的绝热(与外界无热交换)性能,若发现电流表的读数增大,以下判断正确的是(不考虑电阻散热)
(A) 气体一定对外做功
(B) 气体体积一定增大
(C) 气体内能一定增大
(D) 气体压强一定增大
解析:理想气体的特点:气体分子的体积与气体体积相比较可以忽略不计;气体分子之间的相互作用力很小,可以忽略不计;分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞无动能损失;理想气体的分子势能可以忽略不计,所以理想气体的内能由物质的量和温度决定.电流增大,电阻减小,温度T升高,内能U增大.气体的内能U=EK+Ep,而理想气体的分子势能可以认为等于零,所以U增大,选项(C)正确.由热力学第一定律 ,ΔU=W+Q,ΔU>0,由于系统与外界无热交换,所以Q=0,可知ΔU=W>0,外界对气体做功,气体的体积V减小,选项(A)、(B)错误.由理想气体的状态方程PVT=恒量,得到气体的压强p应增大,选项(D)正确.答案:(C)、(D)
四、圆柱体模型
例4风能是一种环保型能源.目前全球风力发电的总功率已达7000 MW,我国约为100 MW.据勘测我国的风力资源至少有2.53×105 MW.所以风力发电是很有前途的一种能源.风力发电时将风的动能转化为电能.设空气的密度为ρ,水平风速为v,风力发电机每个叶片长为L,风能转化为电能的效率为η,那么该风力发电机发出的电功率P是多大?
从以上几例可以看出,建立物理模型相当重要,所以,教师在平时的教学过程中要重视对学生建模能力的培养.
[江苏省常熟市浒浦高级中学 (215513) ]