高考高中物理論文熱點(diǎn)：怎樣判斷氣體內(nèi)能的變化

1、如何判斷氣體內(nèi)能的變化？ 在氣體性質(zhì)這一章中，判斷氣體內(nèi)能的變化是一種常見的題型。這類問題并不是一個(gè)思維復(fù)雜的問題。但卻是學(xué)生經(jīng)常出錯(cuò)的問題。究其根源，學(xué)生往往錯(cuò)在這類問題的思維觀點(diǎn)和思維程序上，本文將幫助大家解決這個(gè)問題。1氣體體積變化與做功的關(guān)系 這是一個(gè)極其簡(jiǎn)單的問題，但這也是我們?cè)谂袛鄽怏w內(nèi)能時(shí)必須弄清的問題，先看下面兩例有何區(qū)別：BAAB例1用隔板把一絕熱容器隔成A、B兩部分，A中盛有一定質(zhì)量的理想氣體，B為真空。現(xiàn)將隔板抽去，A中氣體會(huì)膨脹到充滿整個(gè)容器，對(duì)此過程下列說法正確的有 （ ） A膨脹過程中，氣體分子只作定向運(yùn)動(dòng)B膨脹前后，氣體溫度不變C膨脹前后，氣體壓強(qiáng)不變D只要時(shí)間足

2、夠長(zhǎng)，B中氣體會(huì)全部自動(dòng)退回到A部分例2絕熱的氣缸正中間用固定栓將可無摩擦移動(dòng)的導(dǎo)熱隔板固定，隔板質(zhì)量不計(jì)，左右兩室分別充有一定質(zhì)量的氫氣和氧氣（視為理想氣體）。初始時(shí)兩室氣體的溫度相等，氫氣的壓強(qiáng)大于氧氣的壓強(qiáng)，松開固定栓直至系統(tǒng)達(dá)到重新平衡，下列說法正確的有A因氧氣分子的質(zhì)量較大，所以初始時(shí)氧氣分子平均動(dòng)能比氫氣分子平均動(dòng)能大氫氣氧氣B系統(tǒng)達(dá)到重新平衡時(shí)，氫氣的內(nèi)能比初始時(shí)要小C松開固定栓直至系統(tǒng)達(dá)到重新平衡的過程中，有熱量從氧氣傳到氫氣D松開固定栓直至系統(tǒng)達(dá)到重新平衡的過程中，氧氣的內(nèi)能先增大后減小解析：例1的正確答案選擇B，例2的正確答案選擇CD，區(qū)別何在？對(duì)于氣體做功這個(gè)問題，我們需

3、要看兩點(diǎn)：一是看是否存在做功的對(duì)象，二是氣體體積是變大還是變小，從而確定是誰對(duì)誰做功。在例1中由于B中是真空，A中氣體膨脹時(shí)，不存在做功的對(duì)象，故氣體內(nèi)能不變，溫度不變，A中氣體發(fā)生的是自由膨脹。在例2中由于開始時(shí)氫氣的壓強(qiáng)大于氧氣的壓強(qiáng)，松開固定栓后，隔板會(huì)向右移動(dòng)，氫氣通過隔板對(duì)氧氣做功，同時(shí)由于隔板導(dǎo)熱、氣缸絕熱，重新平衡時(shí)的溫度應(yīng)該相等，回到了開始時(shí)的溫度，故氫氣會(huì)吸熱，氫氣的內(nèi)能回到開始值。2氣體內(nèi)能與分子勢(shì)能的關(guān)系 這個(gè)問題也是學(xué)生在判斷氣體的內(nèi)能時(shí)遇到的一個(gè)糾纏不清的問題，我們先看下面兩例：例3若某種實(shí)際氣體分子之間的作用力表現(xiàn)為引力。則一定質(zhì)量的該氣體內(nèi)能的大小與氣體體積和溫度

4、的關(guān)系是A如果保持其體積不變，溫度升高，內(nèi)能不變B如果保持其體積不變，溫度升高，內(nèi)能減少C如果保持其溫度不變，體積增大，內(nèi)能增大D如果保持其溫度不變，體積增大，內(nèi)能減小例4在下圖中，用固定的氣缸封閉有一定質(zhì)量的氣體，活塞和氣缸都導(dǎo)熱良好，活塞可無摩擦地自由移動(dòng)，現(xiàn)采用下圖兩種方式在活塞上施加一力F，甲圖中使氣體壓縮，乙圖中使氣體膨脹，下列說法中正確的有甲乙FFA若是實(shí)際氣體，甲圖中氣體分子平均勢(shì)能增加B若是實(shí)際氣體，乙圖中氣體分子平均勢(shì)能增加C若是理想氣體，甲圖中氣體內(nèi)能增加D若是理想氣體，乙圖中氣體吸熱解析：例3的正確答案選擇C，例4的正確答案選擇BD。我們遇到的氣體總來說分為兩類：一類是理

5、想氣體（物理模型），認(rèn)為分子間除碰撞外沒有相互作用力，因此沒有分子勢(shì)能，其內(nèi)能僅由分子平均動(dòng)能和分子數(shù)目決定。一般氣體在溫度不太低，壓強(qiáng)不太大的情況下都可以看作理想氣體。另一類是實(shí)際氣體，如氫氣、氧氣等，由于分子間距離較大，氣體分子間表現(xiàn)為吸引力，當(dāng)分子間平均距離減小時(shí)，分子平均勢(shì)能減小；分子間平均距離增大時(shí)，分子平均勢(shì)能增大。也就是說對(duì)于實(shí)際氣體，溫度聯(lián)系著分子平均動(dòng)能，溫度高，分子總動(dòng)能大；對(duì)于理想氣體，溫度直接聯(lián)系著物體內(nèi)能，溫度高，物體內(nèi)能大。一般說即使當(dāng)氣體的體積發(fā)生較大的變化時(shí),氣體總分子勢(shì)能也只是發(fā)生少許變化。故在題目中沒有特別強(qiáng)調(diào)是實(shí)際氣體的情況下，一般都是不考慮分子勢(shì)能的。3

6、怎樣判斷氣體內(nèi)能的變化弄清了上面的兩點(diǎn)后，為什么有的同學(xué)對(duì)判斷氣體內(nèi)能變化的問題還是不能正確解答呢？這是因?yàn)檫@些同學(xué)錯(cuò)在這類問題的思維觀點(diǎn)和思維程序上。請(qǐng)看下面兩例：例5. 在溫度恒定的水池中，有一氣泡緩慢地向上浮起，如將泡內(nèi)氣體看作理想氣體，則在氣泡上浮的過程中 （ ） A外界對(duì)氣泡內(nèi)氣體做功，放出熱量，內(nèi)能不變B外界對(duì)氣泡內(nèi)氣體做功，不吸熱也不放熱，內(nèi)能增加C氣泡內(nèi)氣體對(duì)外界做功，吸收熱量，內(nèi)能不變D氣泡內(nèi)氣體對(duì)外界做功，不吸熱也不放熱，內(nèi)能減少a例6.如圖所示，將一絕熱氣缸放在靜止的電梯中，缸內(nèi)用絕熱的活塞封閉了一定質(zhì)量的氣體，活塞與氣缸的摩擦不計(jì)且不漏氣，活塞的重力不能忽略，現(xiàn)開動(dòng)電梯

7、勻加速上升一段時(shí)間，在此過程中，缸內(nèi)氣體會(huì)達(dá)到重新平衡，則缸內(nèi)氣體 （）A 壓強(qiáng)減小，內(nèi)能增加B 體積減小了，內(nèi)能沒有變化C 壓強(qiáng)和內(nèi)能都增大了D 體積增大了，內(nèi)能減小了解析：例5的正確答案選擇C，例6的正確答案選擇C，判定氣體內(nèi)能變化有兩種基本方法，一是運(yùn)用內(nèi)能的定義判斷，內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，如果能確定分子總動(dòng)能的變化，分子勢(shì)能的變化，從而能進(jìn)一步確定出物體內(nèi)能的變化。二是運(yùn)用熱力學(xué)第一定律UWQ來判斷，運(yùn)用此方法確定氣體內(nèi)能的變化，既要分析做功又要分析傳熱，一般可根據(jù)氣體體積膨脹還是壓縮來確定氣體對(duì)外界做功還是外界對(duì)氣體做功，而體積變化往往要根據(jù)狀態(tài)參量之間的關(guān)系PVnRT來確定。吸熱、放熱則不能簡(jiǎn)單地根據(jù)溫度的變化來確定。對(duì)于理想氣體，可以直接根據(jù)溫度的變化來確定內(nèi)能的變化。當(dāng)吸、放熱不能直接確定時(shí)，則要放在最后用熱力學(xué)第一定律來確定，這樣我們就不難確定上面兩題的正確答