国公立大学2次対策2021 第5回「循環過程」

月曜日, 1月 25, 2021

高校物理 国公立大学2次対策講座 熱力学の法則

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 循環過程や容器に封入された気体の問題は,いかに状況を整理するかが重要です.特に難関大学で出題される問題は設定が難しく,動画のような単純な表が書けない場合があります.熱のやりとりや仕事に注目して,問題を整理するようにしてください.また,p-Vグラフを読み取るトレーニングを十分にしておきましょう.

 なお,熱力学第1法則は,気体が外部にする仕事を正として,$Q=ΔU+W$として考えた方が解きやすいことが多いです.

 循環過程の問題では,「外部から吸収した熱はいくらか」や「外部に放出した熱はいくらか」というように,大きさで答える問題があります.注意してください.

 やや難易度が高い設定としては,次のようなものがあります.

  • 壁で仕切られた2室における状態変化
  • 気体の仕事に加えてばねによる仕事を考慮する必要がある問題
  • おもりの代わりに液体を用いて,ピストンの位置で圧力が変化する問題
  • 弁がついており,物質量が変化する問題

 気体の問題では,小問のはじめの方でつくった関係式を,後で代入しなければ解けない問題があります.また,物質量や気体定数が示されていない問題もあります.例えば,気体定数が必要な場合は,はじめの状態($p_0$,$V_0$,$T_0$)を用いて$p_0V_0=nRT_0$より$R=\frac{p_0V_0}{nT_0}$として,気体定数を利用します.状態方程式などの公式や量的な関係から,未知の値を表すトレーニングもしておきましょう.

 断熱変化を扱う問題も多く出題されます.断熱変化をするときは,$0=\Delta U+W$より,$\Delta U=-W$です.つまり,内部エネルギーの変化を求めれば,気体がした仕事が求められます.断熱変化において温度変化を求めるときは,さきに$pV^\gamma=p'V'^\gamma$で圧力か体積を求め,その後状態方程式により温度を求めます.動画で確認してください.

 この分野では,現象や量の大小関係を言葉で説明する問題も多く見られます.この現象を説明するためにはどんな言葉が必要か,キーワードや必要な量的な関係を選び,それらをうまく使って説明するようにしてください.

 それでは,志望校合格を目指してがんばりましょう.

 

 

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