對一道熱學題的質疑
2008-01-01 00:00:00方玉仁李秀學
物理教學探討 2008年3期
《中學物理教學參考》2007，1-2合刊“高中物理最新的試題精選”熱學部分P83第20題：
如上圖所示，帶有活塞的氣缸中封閉有一定質量的氣體（不考慮分子勢能）。將一個半導體熱敏電阻置于氣缸中，熱敏電阻與氣缸外的電流表、電源相連接，氣缸與活塞均具有良好的絕熱性能。活塞可以自由滑動，上面有幾聲質量不等的小物塊，還有準備好的可以往活塞上添加的小物塊。下列說法正確的是：
A若發現電流表示數變小，氣缸內的溫度一定升高了，要想保持氣體的體積不變，則需要往活塞上添加小物塊；
B若發現電流表示數變小，氣體的內能一定減小了，要想保持氣體的體積不變，則需要減小活塞上小物塊的數量；C若發現電流表示數變小，當保持活塞上的物塊數量不變時，則氣體的體積一定增大，活塞將會向上移動；
D若發現電流表示數變小，氣缸內的溫度一定降低了，若活塞上物塊的數量保持不變，活塞將會向下移動。
原解 BD。
命題人的思路
若發現電流表示數變小，則熱敏電阻變大，由熱敏電阻特性知溫度降低，所以氣體內能減小，所以A錯；要使體積不變，則需減小封閉氣體壓強（P=P0+mgs其中m為活塞及物塊的質量），即減少物塊數量m，B對；若m不變，則體積一定減小，活塞下移，C錯，D對。
我校實驗班60名學生做此題時，有58名同學選擇BD，和命題人思路一致。
質疑
1.由電流表示數變小得到封閉氣體溫度降低的結論沒有問題，也就是溫度降低是電流表示數變小的原因。問題是：封閉氣體的溫度為什么降低呢？封閉氣體內能為什么減小呢？氣缸、活塞絕熱，沒有熱傳遞，由熱力學第一定律ΔU=Q+W，只能是體積膨脹對外做功，體積變大（不可能不變），即只能是減小了小物塊的數量，這是物理現象發生的最初的原因。如果活塞上小物塊的數量不變，那么封閉氣體的壓強、溫度、體積都不會發生變化。故，原題選項設置的因果關系有誤。
2.封閉氣體的溫度變化是不是由于熱敏電阻R的熱效應而引起的呢？本題是一個由熱敏電阻變化而判定氣體溫度變化的儀器，即電阻“熱敏”溫度的變化，這從電流表示數可推知；再則，電阻所在電路恒定，沒有可控電阻，此非命題人初衷。
建議
1.選項中只設計對溫度、內能的判斷，而刪去對體積及小物塊數量的分析，這樣就能確保試題的嚴謹。
2.或者在題干中，刪去“氣缸與活塞均具有良好的絕熱性能”。這樣氣缸內氣體溫度變化的根本原因是由外界溫度變化引起的，這也符合物理規律。
3.所以命題時務必以物理事實為依據，命題是為了考查學生對知識的掌握，不是為了做題而命題，應走離試題而走進物理。
（欄目編輯羅琬華）
