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壓強産生的微觀原因

生活 更新时间:2024-11-25 18:37:42

​一、讨論緣起

昨天,在某QQ教學讨論群,有一個朋友堅持認為:

​氣體壓強的産生原因是分子斥力。

壓強産生的微觀原因(氣體壓強的産生原因是分子斥力嗎)1

這個說法顯然跟我們習慣說法是不一緻的。我們習慣的說法是:

​氣體壓強的産生原因是分子無規則運動。

那麼兩種說法的各自依據是什麼?對各自依據又如何評判?為什麼要讨論壓強的産生原因?讨論壓強的産生原因應當定位于何種層次?氣體壓強産生的原因到底是什麼?

今天,号主嘗試着回答上面問題,也邀請手機屏幕前的你參與讨論,請把你的讨論寫在留言區。

二、兩種說法的各自依據

習慣說法“氣體壓強的産生原因是分子無規則運動”,支持這種說法的依據來自于教材。

03版教材以撒豆類比演示實驗說明氣體分子頻繁撞擊器壁會産生壓力,繼而産生壓強,并且半定量的說明:壓強大小影響因素有兩個:分子數密度和無規則運動的平均動能。對于生源素質較好的班級,教師還可能引導學生構建理想氣體模型、設置物理量、再構建數學模型,繼而推理推導氣體壓強與上面兩因素的定量數學表達式。

正是基于教材上面有關内容,結合整個熱學的大概念提取,于是總結出了大家普遍認可的說法:氣體壓強的産生原因是分子無規則運動。

堅持認為氣體壓強的産生原因是分子斥力的老師,并不否定前述教材内容,但是否定由教材内容總結出來的習慣說法。推理依據如下:

宏觀固體壓強的産生原因是壓力,即由于直接接觸和彈性形變而産生。顯然,根據分子運動論,從微觀而言,分子之間是不可能“直接接觸”的,一個分子向另一個分子靠近要受到分子斥力作用而減速、改變方向、反向加速,繼而類似發生了“彈性碰撞”。所以,沒有分子斥力,就不可能發生“彈性碰撞”。另外,讨論壓強的産生原因就是要讨論這個“壓力”的産生原因,分子之間的作用力顯然不是宏觀上的彈力,考慮到分子靠近器壁後“反彈”,那麼這個作用必定是分子斥力。

​三、對各自依據的評論

通過上面讨論,兩種說法及其依據各有立足點,難分高下與對錯。在号主看來,這兩種說法及其依據顯然是兼容的,并不存在嚴重的、本質的沖突。

習慣說法顯然是考慮“熱學”這門學科的特點,即從提取學科大概念視角而指出氣體壓強的産生原因是無規則運動,“分子無規則運動”顯然是分子運動論、熱學的一個顯著性特征,是熱學的一個核心概念或大概念。

分子間的作用力,當然也是熱學中的一個重要内容,揭示分子之間作用力的規律有利于說明固體、液體乃至氣體的有關宏觀性質。但是相比較而言,分子間作用力這一概念不如分子無規則運動這一概念更能體現熱力學系統的特點——大量性、統計性。

“氣體壓強的産生原因是分子斥力”說法的一個顯著性優點是突出了産生壓強的“相互性”特點。

那麼兩種說法到底如何評判呢?這就要思考這樣兩個問題了:為什麼要讨論壓強的産生原因?讨論壓強的産生原因應當位于何種層次?

​四、深度思考

壓強的一個最本質的、根本性的、共同的特性就是相互性,無論是固體壓強,還是液體壓強,亦或是氣體壓強;壓強是定量表述這種“相互性”的“宏觀”效果大小。為了區别固體壓強、液體壓強和氣體壓強,就會形成下面非本質的、非根本性、有區别的說法(顯然,這不是一種強理論性的說法):

​固體壓強的産生原因是壓力的作用;

液體壓強的産生原因是液體具有流動性以及重力的作用;

氣體壓強的産生原因是分子無規則運動。

從這個意義上來說,兩種說法所立足的層級就不一樣。

為什麼要讨論壓強的産生原因?是為了尋找最根本的相互作用原因嗎?如果說是,那麼固體、液體和氣體壓強都應該一樣,确實也是一樣,例如都是分子間作用力,或者是電磁相互作用。顯然不是強相互作用和弱相互作用,因為我們讨論壓強一般不深入到原子核層次,隻深入到分子層次就行。

号主認為,即然我們是區分固體壓強、液體壓強和氣體壓強,那麼就不是為尋找最根本的相互作用原因,而是為了呈現固體、液體和氣體的特有分子運動特征,而且是呈現非本質的趨向于宏觀上的特征:固體因為聚集性而呈現有型形态;液體有一定的聚集性但又呈現流動性而無具體形态;氣體一般認為不具有聚集性而有流動性,而且流動的方向是各向同性的。

​五、拓展反思

号主翻閱了初中物理和高中物理教材,均沒有給出固體壓強、液體壓強和氣體壓強的産生原因之總結性的、簡練性的結論或說法。相反,在我們的習題中,乃至中高考試卷中,特别是中考試卷中,卻時常出現相關考點。為了學生能夠應付考試,教輔書籍和一線教師給出了教材沒有給出的總結性、簡練性的結論或說法。

圍繞應試,我們的教學不得不脫離教育規律和教育終極目的,走向了死記硬背、瘋狂刷題的應試之路。甚至課堂上出現極端情況:不允許讨論、不允許質疑、猜測命題人意圖與參考答案的變态教學現象。

毫無疑問,我們學生,也包括我們教師自己,形成了強勁的、固化的應試思維模式,例如不在乎讨論的過程,隻在乎權威的結果。

有些愛質疑、愛思考的人,很遺憾,他們有的也并不在意讨論過程的意義,而隻為結果争高下、争對錯。歸根結底,這還是應試思維的遺毒作用。

壓強産生的微觀原因(氣體壓強的産生原因是分子斥力嗎)2

在讨論中,這位老師反複追問号主:“你認可氣體壓強的産生本質是分子斥力嗎?”

面對這樣的追問,我時常浮現課堂上經常出現的情景:“到底是什麼答案?高考認可什麼答案?”

唉…

壓強産生的微觀原因(氣體壓強的産生原因是分子斥力嗎)3

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