气体压强的微观解释到底是一个什么问题?|教研分享系列228
发布于 2021-10-11 14:24
一、提出问题
昨天就气体压强概念，讨论了下面两种说法： 说法① 气体压强的产生原因是分子斥力； 说法② 气体压强的产生原因是分子无规则运动。 ）。经讨论，号主进一步想：“气体压强的产生原因”，这是一个严谨的科学的提法吗？“气体压强的本质”，这个“本质”指的是什么？教材使用了“气体压强的微观解释”，那么“气体压强的微观解释”又是一个什么问题？以上问题的根本性问题是：气体压强是什么？
二、气体压强
气体压强是什么？这个问题本不需要搞得太深奥，它就是描述气体的一个重要参量，跟气体体积、温度等重要参量构成了三个非独立的相互联系的重要参量。 特别指出，这是描述“气体”的参量，与什么材质、形状的封闭容器无关。也就是说，一定质量的气体，只要温度、体积确定了，气体压强也就确定了。 从这个意义上而言，诸如追寻“气体压强的产生原因”这是一个意义不大或者毫无意义的问题，追问“气体压强的本质”如果有意义，那么这个意义就是从微观上解释气体压强与气体体积、温度等参量之间的宏观规律。换句话说，气体压强的本质就是指气体压强的微观解释。那么怎样探寻气体压强的微观解释呢？
这是19版新教材的有关内容。注意到，这里并没有给气体压强下一个操作性定义，而是渗透了转化法，把气体压强转化为气体对容器的压强，默认为气体压强的大小等于气体对容器的压强。
19版教材揭示了气体压强一幅操作性物理图景，直接指向气体压强的微观影响因素，距离定量推导气体压强只差了构建更清晰的理想气体模型和数学模型两步。
关于构建模型推导气体压强微观表达式，号主做了课例描述与理论提升，写成了论文——《“多方建模”突破物理模型思维障碍——以理想气体压强微观表达式的探究教学为例》。在推导中，我们发现，所构建的数学模型，显然是假象的立体容器，而且构建了不同形状的假象容器，最终得到同样的微观表达式。这说明：气体压强是跟容器材质、形状毫无关系的物理量，而是描述气体本身的一个特征量。
众所周知，气体体积指的正是封闭该气体的容器的容积，封闭容器的容积有多大，气体体积就有多大，这正是气体分子之间的作用力视为零，而气体分子又做无规则运动的结果；温度是分子无规则运动的剧烈程度，即平均动能的标志；一定质量的气体，气体体积与温度确定了，气体压强也就决定了，因此气体压强正是气体分子无规则运动的一种反映。教材称“气体对容器的压强源于气体分子的热运动”，也说明了这样一个意义。
四、结论与拓展
用“气体压强的产生原因”来描述意在揭示一种因果关系，那就是气体压强是果，产生原因是因。然而，气体压强对于气体本身而言并不具有操作性意义，气体只有封闭于容器中，才具有操作性意义，其操作性定义正是气体对容器的压强。然而，我们在逻辑思维上已经似乎有一个“约定”，气体压强是描述气体本身的一个重要参量，虽然气体必须盛装于容器中，但是与容器的材质和形状无关，只与容器的容积有关（当然与容器的导热性及容器温度有关，但是我们讲气体压强，一般是讲平衡态或准平衡态下的气体压强，则此时似乎又跟容器导热性和温度无关了）。 总之，正如前文所述，气体压强意在反映气体无规则运动的情况，而不是容器情况以及与容器相互作用的情况，追寻气体压强的所谓“因果关系”是无意义的，如果非得给它一个因果方面的物理意义，那么只能说气体压强是气体分子无规则运动的一个结果。 这也正是绝大多数老师对说法②没有异议的原因吧！本文来自网络或网友投稿，如有侵犯您的权益，请发邮件至：aisoutu@outlook.com 我们将第一时间删除。
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