浅析2009年高考题中的热学问题

王 静

热学知识在历年高考中基本以选择题的形式出现,虽然题型很明确,但学生还是会在这类题中出错。现将知识点分为以下三种:热力学三大定律,物体的内能问题及与气体压强有关的问题。这三部分是高考的热点,也是学生最容易出错的地方,现结合具体例题分析如下:

一、热力学三大定律

三大定律研究了包括内能在内的跟能量相关的一些规律,近年来常有涉及。

【例1】(2009四川卷)关于热力学定律,下列说法正确的是()

A.在一定条件下物体的温度可以降到0K

B.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功

C.吸收了热量的物体,其内能一定增加

D.压缩气体总能使气体的温度升高

解析:A选项考察的是热力学第三定律:绝对零度不可达到,所以A错误;

B选项考察的是热力学第二定律:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化。但是引起外界变化时,该过程可以实现,所以B正确;

C选项考察的是热力学第一定律:外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的的热量Q等于物体内能的增加ΔU ,即ΔU=Q+W。该选项只说明了物体吸收了热量,但做功情况不清楚,所以内能变化情况不确定,所以C错误;

D选项考察的也是热力学第一定律,气体被压缩的同时有可能还要向外界放热,所以内能不一定增大,温度不一定升高,所以D错误。

总结:对于这些规律必须熟练掌握并理解到位,否则做这类题是很容易出错的。

二、物体的内能问题

物体的内能是分子热运动的动能和分子势能的总和;物体的内能与物体的温度、体积、物质的量有关;改变内能的两种方式:做功和热传递。

【例2】(2009上海卷)气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和,其大小与气体的状态有关,分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的( )

A.温度和体积B.体积和压强

C.温度和压强 D.压强和温度

解析:温度是分子平均动能的标志,所以分子热运动的平均动能取决于气体的温度;分子间的势能与分子之间的距离有关,而气体分子的体积决定着分子间的距离,所以气体分子间的势能取决于气体的体积。故选A。

【例3】(重庆卷)密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁,此过程中瓶内空气()(不计分子势能)

A.内能增大,放出热量B.内能减小,吸收热量

C.内能增大,对外界做功 D.内能减小,外界对其做功

解析:空气在密闭薄塑料瓶内,说明空气质量不会发生变化,不计空气的分子势能,当空气温度降低时,分子平均动能减小,内能减小;气体体积减小说明外界对气体做功;当气体内能减小,并有外界对其做功时,由热力学第一定律可知,气体要放出热量。选D。

总结:关于内能的题目大多以气体为载体出现,需要注意是否考虑气体的分子势能,而且影响内能的因素较多,要结合题意综合考虑。

三、与气体压强有关的问题

这是高考物理试题中的热点问题,气体压强产生的原因是气体分子无规则运动碰撞器壁产生的,气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。气体压强微观上与气体分子的平均动能、气体分子的密集程度有关,宏观上气体的压强与气体的温度、气体的体积有关。

【例4】(2009全国理综Ⅰ)下列说法正确的是()

A.气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力

B.气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量

C.气体分子热运动的平均动能减小,气体的压强一定减小

D.单位体积的气体分子数增加,气体的压强一定增大

解析:A选项正确;气体分子热运动的平均动能由温度决定,气体分子热运动的平均动能减小,即温度降低,而压强与温度、体积都有关系,气体的体积变化不确定,所以压强变化不确定,C选项错误;单位体积的气体分子数增加,即分子的密集程度大,但分子的平均动能不确定,所以压强大小不确定,D选项错误。

【例5】(2009全国理综Ⅱ)如图,水平放置的密封汽缸内被一竖直隔板分隔为左右两部分,隔板可在汽缸内无摩擦滑动,右侧气体内有一电热丝。气缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止,左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流,通电一段时间后切断电源。当缸内气体再次达到平衡时,与初始状态相比()

A.右边气体温度升高,左边气体温度不变

B.左右两边气体温度都升高

C.左边气体压强增大

D.右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量

解析:气缸壁和隔板均绝热,说明Q=0;初始时隔板静止,说明左右两边的气体对隔板的压力相等,两边气体的压强相等;缸内气体再次达到平衡时,左右两边的压强再次相等;现给电热丝提供一微弱电流,则右侧气体温度升高,右侧气体膨胀、对左侧气体做功,左侧气体温度升高、体积减小,则左侧压强增大,B、C正确。

总结:1.对于综合性强的题目,审题很重要,要能找出题中的关键字词,分析出题中隐含条件的含义。2.容器带隔板的问题属于高考考察较多的问题,这类问题由受力分析及物体内能的知识入手,分析出压强特点。

热学知识是高中物理不可缺少的一部分内容,也是高考的重点内容,在学习过程中应当举一反三,不断提高运用概念和规律进行分析判断的能力。