看歷年《選修3—3》高考試題定2019年備考復習重點

■山東省博興第二中學 田家富

一、近五年高考對《選修3—3》考查情況的統(tǒng)計

表1

二、命題特點

從近五年的高考試卷統(tǒng)計可以看出，分子動理論、氣體壓強的微觀解釋、晶體與非晶體的特點、液體的表面張力、飽和汽與飽和汽壓、熱力學第二定律的理解、理想氣體各物理參量間的圖像關系等考點，常常以五選三選擇題的形式出現，評分標準采用的是選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分；每選錯1個扣3分，最低得分為0分。氣體實驗定律和狀態(tài)方程的應用常常以計算題的形式出現，往往涉及一部分氣體或關聯的兩部分氣體，依托活塞、液柱、圖像等要求利用力的平衡條件計算氣體的壓強，利用活塞、液柱的移動現象，以及數學中的幾何關系求解變化前后氣體的體積，題目形式基本固定，側重考查考生的綜合分析推理能力和數學運算能力，但有時也會出現綜合性較強、物理量較多、變化過程較復雜的題目，同學們在備考復習中應加以重視。

三、命題趨勢和應對策略

預計2019年高考對本部分內容的考查仍會由熱學基礎知識組成選擇題，由氣體實驗定律相關知識命制計算題，難點仍體現在氣體壓強的計算、體積的變化、過程的確定這幾個方面上。另外，為了突出物理核心素養(yǎng)，還會出現以科技前沿、社會熱點及與生產生活聯系的問題為情境的題目，以考查考生提取物理信息，創(chuàng)建物理模型，利用氣體實驗定律和狀態(tài)方程相關知識求解實際問題的能力。解答選擇題，需要抓住本部分內容的基礎，強化理解性記憶，明確選擇題的得分方法，確保得到基礎分5分。解答計算題，應該遵照該部分內容的解題步驟，養(yǎng)成善于畫圖（氣體的狀態(tài)圖、幾何圖等）、確定狀態(tài)參量、充分利用幾何關系找體積、對關聯物體（活塞、液柱等）正確進行受力分析、列共點力作用下物體平衡方程求壓強等方法和策略，爭取得到滿分10分。

四、高頻考點能力突破

1.考查分子動理論、內能及熱力學定律等基礎知識的保分類試題。

（1）估算問題：

③兩種分子模型：

立方體模型：V=a3（適用于估算氣體分子間距）。

（2）反映分子運動規(guī)律的兩個實例：

表2

（3）對熱力學定律的理解：

①改變物體內能的方式有兩種，只敘述一種改變方式是無法確定內能變化的。

②熱力學第一定律ΔU=Q+W中W和Q的符號可以這樣確定：只要此項改變對內能增加有正貢獻的即為正，反之為負。

③對熱力學第二定律的理解：熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體，也可以從單一熱源吸收熱量全部轉化為功，但不引起其他變化是不可能的。

例1（2018·全國Ⅱ卷）對于實際的氣體，下列說法中正確的是____。

A.氣體內能包括氣體分子的重力勢能

B.氣體內能包括分子之間相互作用的勢能

C.氣體內能包括氣體整體運動的動能

D.氣體體積變化時，其內能可能不變

E.氣體內能包括氣體分子熱運動的動能

解析：氣體的內能等于所有分子熱運動的動能和分子之間勢能的總和，故選項A、C錯，B、E對。根據熱力學第一定律ΔU=W+Q可知，改變內能的方式有做功和熱傳遞，氣體的體積發(fā)生變化時，其內能可能不變，選項D正確。

答案：BDE

例2（2017·全國Ⅰ卷）氧氣分子在0℃和100℃溫度下單位速率間隔的分子數占總分子數的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖1中兩條曲線所示。下列說法中正確的是____。

圖1

A.圖中兩條曲線下面積相等

B.圖中虛線對應于氧氣分子平均動能較小的情形

C.圖中實線對應于氧氣分子在100℃時的情形

D.圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數目

E.與0℃時相比，100℃時氧氣分子速率出現在0～400m/s區(qū)間內的分子數占總分子數的百分比較大

解析：溫度是分子平均動能的標志，溫度升高，分子的平均動能增加，不同溫度下相同速率的分子所占比例不同，溫度越高，速率大的分子所占比例越高，故虛線是0℃對應的曲線，實線是100℃對應的曲線，曲線下的面積都等于1。

答案：ABC

例3（2016·全國Ⅰ卷）關于熱力學定律，下列說法中正確的是____。

A.氣體吸熱后溫度一定升高

B.對氣體做功可以改變其內能

C.理想氣體等壓膨脹過程一定放熱

D.熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體

E.如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡

解析：氣體吸熱后，若再對外做功，則溫度可能降低，選項A錯誤。改變氣體內能的方式有兩種，即做功和熱傳遞，選項B正確。理想氣體等壓膨脹的過程是吸熱過程，選項C錯誤。根據熱力學第二定律可知，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，選項D正確。如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡，否則就不會與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，選項E正確。

答案：BDE

2.考查固體、液體、氣體和物態(tài)變化等基礎知識的保分類試題。

（1）晶體和非晶體：

表3

（2）液晶的性質：液晶是一種特殊的物質，既可以流動，又可以表現出單晶體的分子排列特點，在光學性質上表現出各向異性。

（3）液體的表面張力：使液體表面有收縮到球形的趨勢，表面張力的方向跟液面相切。

（4）飽和汽壓的特點：液體的飽和汽壓與溫度有關，溫度越高，飽和汽壓越大，且飽和汽壓與飽和汽的體積無關。

（5）相對濕度：某溫度時空氣中水蒸氣的實際壓強與同溫度水的飽和汽壓的百分比。

（6）氣體狀態(tài)參量：

例4（2018·全國Ⅲ卷）如圖2所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如p-V圖中從a到b的直線所示。在此過程中____。

圖2

A.氣體溫度一直降低

B.氣體內能一直增加

C.氣體一直對外做功

D.氣體一直從外界吸熱

E.氣體吸收的熱量一直全部用于對外做功

解析：一定質量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b的過程中，由理想氣體的狀態(tài)方程可知，T＞T，即氣體的溫度ba一直升高，選項A錯誤。根據理想氣體的內能只與溫度有關可知，氣體的內能一直增加，選項B正確。因為從狀態(tài)a到狀態(tài)b的過程中氣體的體積增大，所以氣體一直對外做功，選項C正確。根據熱力學第一定律ΔU=W+Q可知，從狀態(tài)a到狀態(tài)b的過程中氣體一直從外界吸熱，選項D正確。氣體吸收的熱量一部分用于增加內能，一部分用于對外做功，選項E錯誤。

答案：BCD

3.考查氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程等多維探究類知識的試題。

（1）壓強的計算：研究被活塞封閉在汽缸內的氣體時，通常分析活塞或汽缸的受力情況，應用平衡條件求解；研究被液柱封閉在細管內的氣體時，通常分析液柱的受力情況，應用平衡條件求解。

（2）強化記憶氣體實驗定律和狀態(tài)方程：等溫變化，玻意耳定律，公式為p1V1=p2V2；等容變化，查理定律，公式為；等壓變化，蓋-呂薩克定律，公式為；理想氣體的狀態(tài)方程，公式為。

（3）利用氣體實驗定律及狀態(tài)方程解決問題的基本思路：

題型一：“活塞”模型

求被活塞封閉氣體的壓強時，一般以活塞為研究對象，分析它受到的氣體壓力及其他各力，列出力的平衡方程，求解壓強。如圖3所示，活塞靜止于內壁光滑的汽缸中，活塞質量為m，橫截面積為S，被封閉氣體的壓強為p，大氣壓強為p0，則活塞的受力情況如圖所示，由平衡條件得pS=p0S+mg，解得p=p0+。

圖3

例5（2018·全國Ⅱ卷）如圖4所示，一豎直放置的汽缸上端開口，汽缸壁內有卡口a和b，a、b間距為h，a距缸底的高度為H；活塞只能在a、b間移動，其下方密封有一定質量的理想氣體。已知活塞質量為m，面積為S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均絕熱，不計它們之間的摩擦。開始時活塞處于靜止狀態(tài)，上、下方氣體壓強均為p0，溫度均為T0。現用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體，直至活塞剛好到達b處。求此時汽缸內氣體的溫度及在此過程中氣體對外所做的功。重力加速度為g。

圖4

解析：因為活塞處于平衡狀態(tài)，所以可以利用平衡條件求出封閉氣體的壓強，然后找到不同狀態(tài)下氣體參量，計算溫度或體積。

開始時活塞位于a處，加熱后，汽缸中的氣體先經歷等容過程，直至活塞開始運動。設活塞剛開始運動時汽缸中氣體的溫度為T1，壓強為p1，根據查理定律得，根據力的平衡條件得p1S=p0S+mg，解得。此后，汽缸中的氣體經歷等壓過程，直到活塞剛好到達b處，設此時汽缸中氣體的溫度為T2，活塞位于a處和b處時氣體的體積分別為V1和V2，根據蓋-呂薩克定律得，式中V=SH，V=S（H+12h），解得。從開始加熱到活塞剛好到達b處的過程中，封閉氣體對外做的功W=（p0S+mg）h。

題型二：“液柱”模型

求被液柱封閉氣體的壓強時，一般以液柱為研究對象進行分析受力，列平衡方程。注意：①液體因重力產生的壓強大小p=ρgh（其中h為至液面的豎直高度）；②不要漏掉大氣壓強，同時又要盡可能平衡掉某些大氣的壓力；③有時可以直接應用連通器原理——連通器內靜止的液體，同種液體在同一水平面上各處壓強相等；④當液體為水銀時，可靈活應用壓強單位“cmHg”等，使計算過程簡捷。

例6（2016·上海卷）如圖5所示，兩端封閉的直玻璃管豎直放置，一段水銀將管內氣體分隔為上下兩部分A和B，上下兩部分氣體初始溫度相等，且體積VA＞VB。

（1）若A、B兩部分氣體同時升高相同的溫度，水銀柱將如何移動?

某同學解答如下：

圖5

上述解答是否正確?若正確，請寫出完整的解答；若不正確，請說明理由并給出正確的解答。

（2）在上下兩部分氣體升高相同溫度的過程中，水銀柱位置發(fā)生變化，最后穩(wěn)定在新的平衡位置，A、B兩部分氣體始末狀態(tài)壓強的變化量分別為ΔpA和ΔpB，分析并比較二者的大小關系。

解析：（1）不正確。水銀柱移動的原因是升溫后，壓強變化造成受力平衡被破壞，因此應該假設氣體體積不變，由壓強變化判斷移動方向。

（2）升溫前有pB=pA+ph（ph為水銀柱壓強），升溫后同樣有pB′=pA′+ph，兩式相減得ΔpA=ΔpB。

題型三：“兩團氣”模型

求解多個系統(tǒng)相互聯系的定質量氣體問題時，往往需要以壓強建立起系統(tǒng)間的關系，確定各個系統(tǒng)的變化性質，分別應用相應的實驗定律列式求解各個系統(tǒng)的壓強、體積、溫度等物理參量。

例7（2018·全國Ⅲ卷）如圖6所示，在兩端封閉、粗細均勻的U形細玻璃管內有一股水銀柱，水銀柱的兩端各封閉有一段空氣。當U形管兩端豎直朝上時，左、右兩邊空氣柱的長度分別為l1=18.0cm和l2=12.0cm，左邊氣體的壓強為12.0cmHg。現將U形管緩慢平放在水平桌面上，沒有氣體從管的一邊通過水銀逸入另一邊。求U形管平放時兩邊空氣柱的長度。在整個過程中，氣體溫度不變。

圖6

解析：設U形管兩端豎直朝上時，左、右兩邊氣體的壓強分別為p1和p2，U形管水平放置時，兩邊氣體壓強相等，設為p，此時原左、右兩邊氣體長度分別變?yōu)閘1′和l2′，如圖7所示。由平衡條件得p1=p2+ρg（l1-l2），式中ρ為水銀密度，g為重力加速度。由玻意耳定律得p1l1=pl1′，p2l2=pl2′，l1′-l1=l2-l2′。聯立以上各式解得l1′=22.5cm，l2′=7.5cm。

圖7

題型四：異類題型

此類型試題涉及的知識、方法等綜合性較強，求解時不能局限于常規(guī)的“氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程”的方法，思路要開闊，方法要靈活。

例8（2016·全國Ⅰ卷）在水下氣泡內空氣的壓強大于氣泡表面外側水的壓強，兩壓強差Δp與氣泡半徑r之間的關系為，其中σ=0.070N/m。現讓水下10m處一半徑為0.50cm的氣泡緩慢上升。已知大氣壓強p0=1.0×105Pa，水的密度ρ=1.0×103kg/m3，重力加速度大小g=10m/s2。

（1）求在水下10m處氣泡內外的壓強差。

（2）忽略水溫隨水深的變化，在氣泡上升到十分接近水面時，求氣泡的半徑與其原來半徑之比的近似值。

解析：（1）當氣泡在水下h=10m處時，設其半徑為r1，氣泡內外壓強差為Δp1，則。

（2）設氣泡在水下10m處時，氣泡內空氣的壓強為p1，氣泡體積為V1；氣泡到達水面附近時，氣泡內空氣的壓強為p2，氣泡內外壓強差為Δp2，氣泡體積為V2，半徑為r2。氣泡在上升過程中溫度不變，根據玻意耳定律得p1V1=p2V2，由平衡條件得p1=p0+ρgh+Δp1，p2=p0+Δp2，氣泡的體積V1和V2分別為，解得。因為Δp?p，i=i01，2，所以可略去上式中的Δpi項。代入數據解得。