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1、2000年11月安徽教育学院学报Nov..2000第18卷第6期JournalofAnhuiInstituteofEducationVol.18No.6大气压强产生原因的再探讨李金柏(安徽舒城县千人桥中学,安徽舒城231300)摘要:本文在对教材编写意图分析的基础上,通过统计规律的定量计算,论述了两种气体压强产生原因说法的一致性。关键词:重力;压强;体积中图分类号:O351文献标识码:A文章编号:1001-5116(2000)06-0069-02高一学生学习气体压强概念后,提出了疑问:根根据玻尔兹曼分布律,在地面r=R处,气体分据
2、分子动理论,气体压强是由于气体分子做永不停子数密度为noo,则在离地面高h处的单位体积中息的无规则运动时,不断地碰撞器壁产生的。而大分子数应为:气是一种常见气体,它的压强也应该是由同样的原-mghNoh=nooeKT因产生的。可是,初中课本上的却说成是:“大气受mg(r-R)-重力作用而产生的”,这两种说法有矛盾吗?对此,即:Nor=nooeKT∞mg(r-R)我们应如何理解呢?所以有N=4πn2-KT∫ooredrR首先,应理解教材的编写意图。初高中教材是若不考虑温度,认为上下温度相同,g视为常数(g从不同的认知层次出发,给出气
3、强概念的。在初中,变化相对r变化很小),则对上式积分并略去高次方大气压强是在学生初步学习了压强概念,即:单位面程,得:积受到的压力和液体压强是由于液体受到重力作用∞mg(r-R)2-而产生的基础上,遵从一般压强概念,类比液体压强N=∫4πnooreKTdrR产生的原因而给出了大气压强的概念。这样叙述,mgk∞mgr2-=4πnooeKT∫reKTdr初中学生容易理解,便于接受。而在高中,学生学过R2分子动理论后,具备了准确理解气体压强产生原因4πk=nooKTmg的知识基础。所以,给出了气体压强产生原因的本根据P=F/S得,地球表
4、面大气由于重力而产质解释。这既是对分子动理论的应用,又符合学生生的压强为:的认知水平,水到渠成。但考虑到学生还不具备全Nmg面理解两种说法之间关系的知识基础,所以教材没P=2=nooKT(1)4πk有作出详细解释。若R变为离地面某一高度h,则可得出同样结其次,我们可以通过定量计算说明两者关系。果,此时noo应为noh。若把大气视为理想气体,设在离地球球心r处单位2而根据理想气体分子动力论基本方程P=noW体积分子数为Nor,则厚为dr的薄球壳层内气体分3子数Nr为:3及分子平均功能W=KT,最后推得的结果正是:22Nr=nor·4
5、πrdrP=noKT(2)从地面(取地球半径为R)到无穷高处,大气分子总此处的no与(1)式的noo意义相同。数N为:∞2N=∫4πnorrdr[作者简介]李金柏,安徽省舒城县千人桥中学教师。R69安徽教育学院学报2000年第6期当然,这里没有考虑大气上下温度差、g的变化下不均匀分布。从实质上看,大气压是由分子运动和积分中高次方的影响,计算结果具有近似性。而产生的,从效果上看,地球表面的大气压相当于气(1)、(2)两式表明:大气压强与气体压强一样,体分子受重力作用的结果。两种说法并不矛盾,是本质上都是由于大量分子不断碰撞容器壁的结
6、果,一致的。其大小决定于分子数密度noo和温度T;从效果上[参考文献]看,相当于大气受重力作用的结果。所以:大气压强是由于“大气受重力作用而产生的”说法与分子动理[1]顾建中,热学教程(修订本),高等教育出版社,1981。论的说法是一致的,并不矛盾。只不过是从不同层[2]人民教育出版社物理室,高级中学课本。物理·第一册(必修),人民教育出版社,1995。次给出结论而已。[3]华东地区初中物理教材编写协作组,九年义务教育三至于学生的提问,可作定性解释:根据分子动理年制初级中学课本。物理·第一册,上海科学技术出版社,论,一方面,大气分
7、子的运动要使气体分子上下作均1996。匀分布,另一方面,重力作用结果,要使气体分子全部积沉到下部。两种因素同时作用,分子最后作上(上接第68页)大值,亦即x有最大值,再将t值代入②式后化简得22v0v0Smax=2(1-sinα)=。到:gcosαg(1+sinα)v0以上分析了斜抛运动的三种特殊情况和最一般sinθ=,故抛射角θ=arcsin22(v0+gh)v0<45°时,射程x最大,见图(3)。22(v0+gh)图(4)情形。从一般情形分别推导出这三种特殊情形。因图(3)此对斜抛运动只要掌握一般情形即可。由此可看到(3)如再
8、令h=0则得到第三种情形,图(4)所学习高中物理知识,要特别注重对物理概念和规律示。③式中的h=0化简得到:的理解,对所学知识经常性地进行归纳和演绎,做到222v0cosθsin(θ-α)v0S=·2=2[sin(2θ-α)-融会贯通,举一反三。这
