恢复高考以来关于全国卷Ⅰ热学试题的命题研究

陈璐畅 张军朋 麦晓晴

摘   要：文章以恢复高考以来历年的考试大纲及全国卷Ⅰ物理试题为研究对象，研究1978—2019年高考物理对考生在热学知识上的要求，统计历年高考全国卷Ⅰ热学试题的题型分布、分值占比、知识点分布以及对考生的能力考查，总结高考物理关于热学的命题特点和演变规律。得出结论：高考对热学板块的能力要求主要为理解能力、推理能力和综合分析能力;使用新课标后，热学内容的考查难度降低，同时卷面分值占比有所下降，且热学内容适合在各种题型中进行命题。

关键词：高考;物理;热学试题;命题

从恢复高考至今，高考经历数次改革，高考科目、考试内容、考查形式和录取方式都曾发生较大的改变[1]。自2021年起，实行“3+1+2”的新高考改革方案，可以预见上述四个方面的内容也将随之作出调整。选考模块的分值、题型特点和所考查的知识点分布、知识点出现的频率都会很大程度地影响学校领导、教师对于物理选修教材的重视程度和学生对于选修教材的学习态度[2]。过去关于高考的不少研究是基于个人经验层面的研究，严谨性有待提高。对高考试题进行统计分析，可以弥补上述研究的部分不足，从而得到客观、全面的评价。本次研究针对考试内容，总结恢复高考以来全国卷Ⅰ热学试题的命题经验，系统地考查热学板块的命题特点，为未来教师教学热学部分及制定考生的备考方案提供参考。

本文将对恢复高考以来全国卷Ⅰ关于热学内容的试题类型以及分数比例进行统计，研究热学在高考物理中的题型分布特点，同时总结、分析其变化趋势;统计热学所考查知识点的分布情况和命题，深入分析各知识点的重要性以及变化规律。

1    恢复高考以来考试大纲对热学知识要求的演变分析

热学模块考点的数量变化曾有3次较大的波动，其起始年份分别是1995年、2003年和2009年。从整体趋势来看，热学的考点呈增加趋势，到2017年有15个考点和1个实验。考点中绝大多数是A级或Ⅰ级考点，B级或Ⅱ级考点在1994—2002年间有2个，在2003—2011年间数量为零，在2017—2019年间有1个考点（见表1）。

參考《复习大纲》，1978—1993年间，热学考点有12个，其中8个与热量的计算有关，剩余4个分别为温度的概念、能的转化和守恒定律、玻意耳-马略特定律和理想气体状态方程。

1994年，高考在全国范围内进行“3+2”科目改革。1995年的《考试说明》中热学考点只有7个，与《复习大纲》相比，热量计算相关的8个考点被删除，新增3个考点。被删除的考点被编进中考内容，而新加入的考点与分子热运动以及能量的利用有关。

2003年，“3+X”改革已在全国范围内施行。此时，《考试说明》中热学的考点有11个，在1994年的基础上删去玻意耳-马略特定律和理想气体的考点，加入了6个与气体分子和热力学定律等相关的知识点。2004年，新加入实验“油膜法估测分子的大小”以及考点“气体体积、压强、温度之间的关系”。

2009年，考点参照从《考试说明》改为新课标版的《考试大纲》，而热学的考点也增加至15个，考点增加了固体和液体的微观结构、饱和蒸汽和常见的热机的工作原理。2009—2017年间考点的变化比较小，均为Ⅰ类考点，要求理解并简单运用即可。2017年，《考试大纲》将考点“气体温度、压强、体积之间的关系”设为Ⅱ类考点，要求考生能理解原理并运用原理解决实际问题。

2    恢复高考以来热学试题的演变研究

2.1    热学内容在物理卷中能力要求的变化

通过分析历年高考的热学题目，可以发现高考对热学内容的能力要求变化：

（1）理解能力是热学板块的基本能力要求，每年都有考查，且在所有题型都有体现。

（2）推理能力和分析综合能力的考查频率比较相似，两者在2002—2012年间都很少考查。原因是启用新课标后，热学板块的考查难度降低，高考在此期间热学没有计算题，只有选择题，所以推理能力和分析综合能力都很少考查。

（3）用数学工具处理物理问题的能力在2002年之前有对考生进行考查，主要是针对理想气体图像问题。

（4）《考试大纲》中热学板块只有一个实验，所以热学实验题较少，很少考查实验能力。

2.2    热学内容在物理卷中所占分值的变化

恢复高考以来热学内容在物理卷中所占分值的变化如图1所示。

热学内容的分值占比在1978—2019年间持续波动着，占比最高时达到16.67%，占比最低时为0%，平均占比为9.65%。变化过程大致可分为3个阶段：

1978—2002年期间，热学试题分值占比在11%上下波动，2002年达到最高占比16.67%，其他年份不低于7%。在1989—1997年间波动的幅度最小。

2003年，热学分值占比大幅下降，并在2013年以前分数占比维持在5%左右，2008年甚至没有考查热学内容。

2013年，全国卷开始设置“选考题”，热学内容的分值提高15分，分值占比也达到13.64%。然而，选考题的分值虽高，但其意义与原来的相比却大打折扣。

2.3    热学内容的题型分布的变化

由统计可知（如图2所示），恢复高考以来共有35年以选择题的形式考查热学内容，合计40道，几乎每年高考都包含热学选择题。在2000年以前，一次考试中最多会出现两道热学选择题，而在2000年以后，热学选择题维持在每年1题。

计算题同样是热学部分的常见题型，1987—2019年间共出现26道热学计算题。热学计算题通常一年出一道，在2000年以前几乎每年都有热学计算题。但从2002年（全国开始实行“3+X”高考改革）开始，热学内容没有再以计算题形式命题。直到2013年，热学计算题以10分的分值再次出现，分值占比3-3选修模块的三分之二。

热学填空题出现的频率较低，共计只有9道。从变化图可知，在1992年出现热学填空题后，直到2019年高考才再次考查。

实验题的数量则更少，共出现4次，分别出现在1982年、1997年、2002年和2011年。热学考点中只有一个实验，即“用油膜法估测分子大小”。该考点在2019年的《考试大纲》中依然被保留，不排除在之后的高考中还被考查。

2.4    热学各知识点的重要性分布及其变化

对热学考点的考查次数进行排序，列出考查次数最多的前五个知识点，并进行分析（见表2）。

“理想气体”是热学试题中考查最多、分值最高的考点。这个考点从1978年的《复习大纲》开始出现，完整的考点为“理想气体，理想气体状态方程，理想气体的等温、等容和等压过程，P-V图、P-T图、V-T图”。到1994年，该考点被设为B类考点。2003年以前，几乎每年高考都考查这个知识点，多以选择题和计算题的形式出题。在2003年考点“理想气体”简化为“气体的体积、温度、压强之间的关系”，并从B类考点改为Ⅰ类考点，并且在2003—2012年间只考查过一次，出题频率大大降低。但是到了2013年，這个考点在选考题中以计算题的形式出现，分值达到了10分。2017年，“理想气体”在《考试大纲》中被设为Ⅱ类考点，预计在之后的高考中会再次重点考查这个考点。

“分子热运动”合计共考查过11次，在《考试大纲》中一直为Ⅰ类考点。第一次出题是在1986年，每隔三到四年会被考查一次，考查形式基本为选择题。2013—2019年间，这个考点被考查了两次，预计“分子热运动”会再次出现在未来的高考物理卷上。

“能的转化与守恒定律”这一考点共出现8次，出题形式都是选择题。该考点在2000—2007年间考查的频率最高，而最近一次出现在2016年的选考题。以目前的数据还不能证明“能的转化与守恒定律”会成为常考的热学考点。

Ⅰ类考点“阿伏伽德罗常数”合计被考查了6次，而且最后一次出现在2004年，之后没有在物理卷上再次出现。然而，“阿伏伽德罗常数”这一知识点在高中更多地应用在化学学科中，所以在物理卷上减少考查次数也是正常现象。

考点“公式Q=cm（t2-t1）和热平衡方程的应用”最早出现在1987年的《复习大纲》中，1980—1987年间，该考点三次以计算题的形式出题。但很快这个考点被删去，没有再出现相关题目。2001年，该考点的计算题再次出现。这个知识点作为中考内容之一，预计短时间内不会再出现在高考物理卷上。

2.5    恢复高考以来热学试题特点分析

统计上述数据，可以总结规律：某个模块的题目数量、题目类型以及命题层次与其分值占比是相对应的。若模块的分值占比较低，则题型以选择题和填空题为主，题量较少，对考生的能力要求较低，只需要达到了解和理解程度[3]。

分析恢复高考以来的热学试题变化。以2002年为分界线，在此之前热学的平均分值占比达到11%，有两至三道试题，基本每年都有一道计算题，对考生的能力要求达到综合分析能力层面。后来平均分值占比下降至4%，每年基本是一道选择题，考查深度有限，所以能力要求降低到理解能力。再到2013年，热学选择题分值占比回到13%，题目数量虽然只有两道，但每年都有一道计算题。目前，热学实验只有一个考点，恢复高考以来共考查了3次，可以推断热学板块不热衷考查实验题。

同一个热学考点的题目情景变化比较小，其中理想气体的考点经常使用气缸模型和活塞模型。较早之前考题也经常用水银管和连通器模型，后来逐渐改为前面两种。前期，热学试题比较多考查能量和温度的知识点，这类问题的情景多为实际例子，如不同质量的冰和水混合后，达到热平衡时的温度变化;空间站回收技术当中的能量消耗等。2000年以后，热学试题主要集中在气体分子热运动方面。这些涉及到微观知识，则更多地以实验情景或者理想模型来命题。

3    热学典型试题的分析

根据数据统计得到，热学计算题绝大部分都是使用气缸模型来考查理想气体状态方程的相关知识，在近几年的高考热学真题更是高频出现。因此，笔者选择2015年和2019年全国卷Ⅰ中的气缸模型作为经典例题，从解题能力以及解题思路两个方面进行分析，指出学生在解题过程中可能出现的易错点[3]。

[2019年全国卷ⅠT33（1）] 某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度__________（填“高于”“低于”或“等于”）外界温度，容器中空气的密度__________（填“大于”“小于”或“等于”）外界空气的密度。

解析

这道题考查的知识点是理想气体状态方程和热力学定律，能力要求为理解能力、推理能力和独立分析能力。而气体密度比较的练习在平时较少出现，学生对结合理想气体状态方程比较的推论较为不熟悉。

由题意可得，容器与活塞绝热性能良好，即容器内气体与外界不发生热交换，故ΔQ=0。活塞移动的过程中，容器内气体压强减小，则容器内气体正在膨胀，体积增大，气体对外界做功，即W<0。根据热力学第一定律可知：ΔU=ΔQ+W<0，故容器内气体内能减小，温度降低，低于外界温度。

由于最终容器内气体压强和外界气体压强相同，根据理想气体状态方程：

取容器外界也为m的一部分气体，由于容器内温度T低于外界温度，故容器内气体密度大于外界。

（2015年全国卷ⅠT33） 如图（本文略），一固定的竖直气缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞，已知大活塞的质量为m1=2.50 kg，横截面积为S1=80.0 cm2，小活塞的质量为m2=1.50 kg，横截面积为S2=40.0 cm2;两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l=40.0 cm，气缸外大气压强为P=1.00×105 Pa，温度为T=303 K。初始时大活塞与大圆筒底部相距，两活塞间封闭气体的温度为T1=495 K，现气缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移，忽略两活塞与气缸壁之间的摩擦，重力加速度g取10 m/s2，求：

（1）在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，缸内封闭气体的温度;

（2）缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强。

分析

自从高考实行新课标，热学的题目数量减少，但一道题会涵盖多个知识点，同时囊括对考生的多种能力要求。以上面这道题作为例子分析。

气缸中的活塞模型是一个高频出现的热学模型。这道题囊括的知识点有受力平衡、理想气体状态方程和热力学定律。第一小题需要证明活塞下降过程中气缸内气压没有变化。由于活塞缓慢下降，所以可以把大小活塞看作一个整体，且受力平衡，从而证明此时缸内气压不变，再运用理想气体状态方程求得结果。而在第二小题中，“热平衡”说明缸内温度与外部空气相同，这考查了热力学定律的知识点：当两物体温度相同时，不会主动发生热量交换，达到热平衡状态。下一步使用理想气体状态方程進行解题。

此题对学生的能力要求比较高，要求学生具备理解能力、推理能力、独立分析能力以及运用数学解决问题的能力。理解能力是基础，同时学生需要对比已有的解题思路进行推理。过去常考的气缸问题中，通过缸内一个活塞的移动实现气体体积的改变。而这道题有所不同，气缸内有两个活塞，并且用轻杆连接两个活塞，距离无法改变。两个活塞处于不同直径的圆筒中，它们同时移动时气体体积变化的计算比传统的情景更复杂。此外，分析整个过程发生，需要筛选出关键的题目条件，将大问题分解成若干相互联系的小问题进行解答，这考查了考生的独立分析能力。在第一小题中，求气体末状态的温度需要知道初状态和末状态的其他气体状态参量。部分条件由题可得，部分条件需要进行计算获得，例如气体末状态时的体积。虽然部分学生通常只记得理想气体状态方程PV=nRT，但学生只需要结合题目条件就可从理想气体状态方程得到“盖-吕萨克公式”和“查理公式”等经验定律，减小记忆压力。

4    热学内容的教学启示与备考策略

4.1    教师落实基础知识教学工作，引导学生建立知识体系

由于力学和电磁学一直以来是高考物理的重头戏[1]，不少老师在教学中容易顾此失彼，对热学内容教学的关注不够。部分学生对热学基础概念的理解薄弱，致使知识系统紊乱。学生经常会出现能看明白答案，但无法进行独自分析的情况，这是知识系统紊乱的一种表现。教师在教学过程中，最重要的就是落实基础知识的教学工作，总结零散知识点，引导学生梳理概念规律的适用条件，建立起知识体系。要做好这一工作，首先要重视教材，审读教学设计的合理性，此举有利于老师理顺教学主线，更好地安排教学计划。大部分学生难以察觉自己混淆的概念、忽略的重要条件，这都需要教师帮助学生指出并纠正错误。

4.2    学生积累物理模型，掌握合理的学习方法

学生要找到适合自己的学习方法，积累热学常见模型的运用情况，分析多种解题方向。物理知识重在应用，检验知识掌握程度的方法是选取模型、分析总结并进行题型归类。学生经过认真思考后，会对知识有更加深刻的印象。高三复习期间，学生采用滚动式复习法。这不仅可以尽可能地减小对知识的遗忘概率，还可以帮助理解前后章节的衔接，有利于知识系统的构建和巩固。

分析综合能力是高考考查的重点能力之一，注重考查学生分析物体运动过程的能力，这种能力需要学生在物理学习中逐步积累，所以学生平时要练习整理问题的条件，将一个复杂问题分解成几个简单的小问题。养成良好的答题习惯，有顺序、有逻辑地写下推理过程，这不仅有助于学生进行信息梳理和思考，也给阅卷老师良好的评卷体验。

在高考使用新课标之前，高考对热学板块的能力要求主要为理解能力、推理能力和综合分析能力。使用新课标后，热学内容的考查难度降低，主要考查理解能力和推理能力，同时卷面分值占比有所下降。直到2013年高考理综卷设置了选考题，热学板块的能力要求才得到回升。随着高考和物理课程的改革，热学内容的考查形式也在不断变化，热学内容也适合在各种题型中进行命题。恢复高考以来，热学计算题的出现次数很多，且从2013年至今，热学试题每年都包括计算题。

参考文献：

[1]刘婧.1978年以来我国高考物理考查内容的特点及演变规律[D].重庆：西南大学硕士学位论文，2007.

[2]白禄.对近五年来高考物理选考模块的试题特点的分析[D].重庆：重庆师范大学硕士学位论文，2015.

[3]杜占英.热学易错题辨析[J].高中数理化，2009（11）：43-45.

（栏目编辑    陈  洁）