淺析2009年高考題中的熱學問題

王 靜

熱學知識在歷年高考中基本以選擇題的形式出現(xiàn),雖然題型很明確,但學生還是會在這類題中出錯?，F(xiàn)將知識點分為以下三種:熱力學三大定律,物體的內(nèi)能問題及與氣體壓強有關(guān)的問題。這三部分是高考的熱點,也是學生最容易出錯的地方,現(xiàn)結(jié)合具體例題分析如下:

一、熱力學三大定律

三大定律研究了包括內(nèi)能在內(nèi)的跟能量相關(guān)的一些規(guī)律,近年來常有涉及。

【例1】(2009四川卷)關(guān)于熱力學定律,下列說法正確的是()

A.在一定條件下物體的溫度可以降到0K

B.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功

C.吸收了熱量的物體,其內(nèi)能一定增加

D.壓縮氣體總能使氣體的溫度升高

解析:A選項考察的是熱力學第三定律:絕對零度不可達到,所以A錯誤;

B選項考察的是熱力學第二定律:不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其他變化。但是引起外界變化時,該過程可以實現(xiàn),所以B正確;

C選項考察的是熱力學第一定律:外界對物體所做的功W加上物體從外界吸收的的熱量Q等于物體內(nèi)能的增加ΔU ,即ΔU=Q+W。該選項只說明了物體吸收了熱量,但做功情況不清楚,所以內(nèi)能變化情況不確定,所以C錯誤;

D選項考察的也是熱力學第一定律,氣體被壓縮的同時有可能還要向外界放熱,所以內(nèi)能不一定增大,溫度不一定升高,所以D錯誤。

總結(jié):對于這些規(guī)律必須熟練掌握并理解到位,否則做這類題是很容易出錯的。

二、物體的內(nèi)能問題

物體的內(nèi)能是分子熱運動的動能和分子勢能的總和;物體的內(nèi)能與物體的溫度、體積、物質(zhì)的量有關(guān);改變內(nèi)能的兩種方式:做功和熱傳遞。

【例2】(2009上海卷)氣體內(nèi)能是所有氣體分子熱運動動能和勢能的總和,其大小與氣體的狀態(tài)有關(guān),分子熱運動的平均動能與分子間勢能分別取決于氣體的( )

A.溫度和體積B.體積和壓強

C.溫度和壓強 D.壓強和溫度

解析:溫度是分子平均動能的標志,所以分子熱運動的平均動能取決于氣體的溫度;分子間的勢能與分子之間的距離有關(guān),而氣體分子的體積決定著分子間的距離,所以氣體分子間的勢能取決于氣體的體積。故選A。

【例3】(重慶卷)密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁,此過程中瓶內(nèi)空氣()(不計分子勢能)

A.內(nèi)能增大,放出熱量B.內(nèi)能減小,吸收熱量

C.內(nèi)能增大,對外界做功 D.內(nèi)能減小,外界對其做功

解析:空氣在密閉薄塑料瓶內(nèi),說明空氣質(zhì)量不會發(fā)生變化,不計空氣的分子勢能,當空氣溫度降低時,分子平均動能減小,內(nèi)能減小;氣體體積減小說明外界對氣體做功;當氣體內(nèi)能減小,并有外界對其做功時,由熱力學第一定律可知,氣體要放出熱量。選D。

總結(jié):關(guān)于內(nèi)能的題目大多以氣體為載體出現(xiàn),需要注意是否考慮氣體的分子勢能,而且影響內(nèi)能的因素較多,要結(jié)合題意綜合考慮。

三、與氣體壓強有關(guān)的問題

這是高考物理試題中的熱點問題,氣體壓強產(chǎn)生的原因是氣體分子無規(guī)則運動碰撞器壁產(chǎn)生的,氣體對器壁的壓強就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力。氣體壓強微觀上與氣體分子的平均動能、氣體分子的密集程度有關(guān),宏觀上氣體的壓強與氣體的溫度、氣體的體積有關(guān)。

【例4】(2009全國理綜Ⅰ)下列說法正確的是()

A.氣體對器壁的壓強就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力

B.氣體對器壁的壓強就是大量氣體分子單位時間作用在器壁上的平均沖量

C.氣體分子熱運動的平均動能減小,氣體的壓強一定減小

D.單位體積的氣體分子數(shù)增加,氣體的壓強一定增大

解析:A選項正確;氣體分子熱運動的平均動能由溫度決定,氣體分子熱運動的平均動能減小,即溫度降低,而壓強與溫度、體積都有關(guān)系,氣體的體積變化不確定,所以壓強變化不確定,C選項錯誤;單位體積的氣體分子數(shù)增加,即分子的密集程度大,但分子的平均動能不確定,所以壓強大小不確定,D選項錯誤。

【例5】(2009全國理綜Ⅱ)如圖,水平放置的密封汽缸內(nèi)被一豎直隔板分隔為左右兩部分,隔板可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動,右側(cè)氣體內(nèi)有一電熱絲。氣缸壁和隔板均絕熱。初始時隔板靜止,左右兩邊氣體溫度相等。現(xiàn)給電熱絲提供一微弱電流,通電一段時間后切斷電源。當缸內(nèi)氣體再次達到平衡時,與初始狀態(tài)相比()

A.右邊氣體溫度升高,左邊氣體溫度不變

B.左右兩邊氣體溫度都升高

C.左邊氣體壓強增大

D.右邊氣體內(nèi)能的增加量等于電熱絲放出的熱量

解析:氣缸壁和隔板均絕熱,說明Q=0;初始時隔板靜止,說明左右兩邊的氣體對隔板的壓力相等,兩邊氣體的壓強相等;缸內(nèi)氣體再次達到平衡時,左右兩邊的壓強再次相等;現(xiàn)給電熱絲提供一微弱電流,則右側(cè)氣體溫度升高,右側(cè)氣體膨脹、對左側(cè)氣體做功,左側(cè)氣體溫度升高、體積減小,則左側(cè)壓強增大,B、C正確。

總結(jié):1.對于綜合性強的題目,審題很重要,要能找出題中的關(guān)鍵字詞,分析出題中隱含條件的含義。2.容器帶隔板的問題屬于高考考察較多的問題,這類問題由受力分析及物體內(nèi)能的知識入手,分析出壓強特點。

熱學知識是高中物理不可缺少的一部分內(nèi)容,也是高考的重點內(nèi)容,在學習過程中應(yīng)當舉一反三,不斷提高運用概念和規(guī)律進行分析判斷的能力。