热学问题的估算方法 有关热学的生活问题
时间：2019-02-07 03:25:23 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
物理估算题,一般是指依据一定的物理概念和规律,运用物理方法和近似估算方法,对所求物理量的数量级或物理量的取值范围,进行大致的、合理的推算,其特点是在“理”不在“数”,它要求学生在分析和解决问题时,要善于抓住事物的本质特征和影响事物发展的主要因素,忽略次要因素,从而使问题得到迅速的解决,获得合理的结果,而与之相对应的方法称之为估算法。
构思技巧:构建物理模型→挖掘隐含条件→寻找计算依据→提出简明思路。按照所求物理的不同,热学估算题可分为以下几种情况:
一、估算分子的个数和直径
例1.已知金刚石的密度为ρ=3.5×103kg/m3,现有一块体积为4×10-8 m3的金刚石,它含有多少个碳原子?假如金刚石的碳原子是紧密地挨在一起,试估算碳原子的直径(保留两位有效数字)。
解析:这块金刚石的质量
m=ρv=3.5×103×4×10-8kg=1.4×10-4kg
碳原子的个数
则一个碳原子的体积
答案:2.2×10-10m
思考总结:阿伏伽德罗常数是联系宏观量(如体积、质量、密度)和微观量(如分子体积、质量、直径)的桥梁,用它可以求出单个分子的质量、体积及直径,在估算分子的直径时,首先建立微观模型,对气体、固体而言,可将分子看成一个个紧挨在一起的小球,则小球的直径即为分子的直径,或者看成一个个紧密排列的立方体,则边长即为分子的直径,这两种模型计算出的数量级是相同的,此类试题还能培养学生逆向思维能力。
二、估算分子的质量
例2.试估算每个水分子的质量。
解析:水的摩尔质量M=1.8×10-2kg/mol,则每个水分子的质量为
答案:2.99×10-26kg
三、估算分子间的距离
例3.估算标准状态下相邻气体分子间的平均距离d。
解析:在标准状态下,1mol任何气体分子的体积都是22.4L,除以阿伏伽德罗常数就可得到每个分子平均占有的空间,把这个空间当做立方体,则该空间的大小是相邻气体分子间平均距离d的立方,所以
则d=3×10-9m
答案:3×10-9m
思考总结:对于气体,我们不能求出分子的体积和直径,但可根据总体积和分子数求出每个分子所占有的体积和相邻两分子的间距。
四、估算容器内(如房间)气体的质量
例4 .一个房间的面积是15m2,房间高3m,已知空气的平均摩尔质量为2.9×10-2kg/mol,试估算房间内空气的质量为多少千克?
解析:利用标准状况下气体的摩尔体积VO=22.4L/mol可求出空气的密度
所以房间空气质量
m=ρv=1.29×15×3kg=58kg
答案:58kg
思考总结: 因为是估算,可认为常温下空气的密度与标准状况下的近似相等。
五、估算其他的物理量
在一年中辐射到地球水面部分的总能量W约为1.87×1024J,设水面对太阳辐射的平均反射率为7%,而且水将吸收到的35%的太阳辐射能量将重新辐射出去,太阳辐射可将水蒸发(设在常温、常压下蒸发1kg水需要2.2×106J的能量),而后凝结成雨滴降落到地面。
(1)估算整个地球表面的年平均降雨量(以mm表示,地球面积为4πR2)
(2)太阳辐射到地球的能量中只有约50%到达地面,W只是其中的一部分,太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面,这是为什么?请说明两个理由。
解析:(1)太阳在一年中辐射到地球表面部分的总能量为W=1.87×1024J
每年凝结成雨滴降落到地面上的总质量为m,则
=5.14×1017kg
使地球表面覆盖一层水的厚度为h,则
整个地球表面年平均降雨量约为999mm。
(2)大气层的吸收、大气层的散射或反射、被云层遮挡等。
思考总结:本题考查学生获取信息分析、推理能力及估算能力,考生对信息的加工处理能力差,对题中7%、35%的含义理解不清,无法据此求解每年的降雨量,是导致(1)问无法求解的原因。
知识拓展 :与此类推,你能否估算我国平均年降水量和江河流量?
总之,这类试题能培养学生逻辑思维能力,扩大学生视野,激发学生的学习积极性,使学生学会在“理”而不在“数”去抓住事物的本质特征和影响事物的发展的主要因素,忽略次要因素,提高学生分析问题、思考问题、解决问题的能力。
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