高考物理中熱力學(xué)定律考點及典型例題的分析研究

馮有萬

摘 要：在高考物理當(dāng)中熱力學(xué)定律是考試的一個熱點知識。熱力學(xué)定律涉及分子層面的運動和受力關(guān)系，抽象性比較強，對于學(xué)生的思維能力有比較高的要求。也因此熱力學(xué)成了高中物理學(xué)習(xí)中的一個難點。對近幾年的高考物理中熱力學(xué)定律考題進(jìn)行了研究，分析了其中主要的考點，以及典型的考題類型和解題思路。

關(guān)鍵詞：高考物理;熱力學(xué)定律;考點分析;典型例題

熱力學(xué)的三大定律是高中物理的考查熱點，同時也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。學(xué)生在學(xué)習(xí)熱力學(xué)定律的時候要熟練掌握熱力學(xué)定律的基本運用，明晰微觀粒子運動和宏觀溫度變化的關(guān)系。如此學(xué)生在解答熱力學(xué)習(xí)題的時候就會更容易找到解題的要點和思路，更能靈活運用熱力學(xué)的三大定律。為了進(jìn)一步深化學(xué)生對于熱力學(xué)定律的理解程度，提高學(xué)生解答熱力學(xué)問題的能力，筆者針對熱力學(xué)定理以及典型例題的分析探究了熱力學(xué)在高中物理考試中的運用。

一、熱力學(xué)三大定律的考查要點分析

1.熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律的概念理解和公式表達(dá)是高考考查的要點。學(xué)生要能夠準(zhǔn)確理解“熱力學(xué)系統(tǒng)”“內(nèi)能增量”“熱量的傳遞”“對系統(tǒng)做功”這些概念。一般的解題思路是首先明確研究對象中熱力系統(tǒng)是那一部分;然后分別列出系統(tǒng)吸收或者放出的熱量以及系統(tǒng)對外做的功或者外界對系統(tǒng)做的功;最后根據(jù)熱力學(xué)的公式列出方程進(jìn)行問題的求解。這其中考查最為集中也是學(xué)生最容易出錯的地方就是熱力學(xué)系統(tǒng)做功的判斷以及做功之后的系統(tǒng)變化。為了方便學(xué)生理解可以列出以下表格：

2.能量守恒定律

對于能量守恒定律的考查和理解主要集中在兩點：一是不同形式的能量形式應(yīng)不同的運動形式，如分子運動具有內(nèi)能，機械運動具有機械能。二是某種形式的能增加，一定意味著另外一種形式能的減少，且兩者的量一定相同。能量守恒定律一般不會單獨進(jìn)行考查，通常會結(jié)合機械運動、力的做功等相關(guān)知識點進(jìn)行考查，將能量守恒作為題目中的隱性條件或者解題突破口，考查學(xué)生的思維能力。

3.熱力學(xué)第二定律及其微觀解釋

關(guān)于熱力學(xué)第二定律，開爾文表述為：不能從單一熱庫吸收熱量，將其全部轉(zhuǎn)化成功而不引起其他的影響。從微觀方面解釋就是一些自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進(jìn)行的。這里涉及微觀粒子的熱運動概念，同時也涉及宏觀的物體溫度變化，會讓學(xué)生產(chǎn)生概念混淆或者難以理解的困擾。除了利用熵增加原理解釋之外，教師還可以利用冰箱壓縮機做功將冰箱內(nèi)溫度降低到比外界低的例子，強化學(xué)生對于熱力學(xué)第二定律的理解。

二、熱力學(xué)定律的經(jīng)典例題類型分析

1.基礎(chǔ)理論型題目

基礎(chǔ)理論型題目主要是針對學(xué)生對于熱力學(xué)定律的理解程度，尤其是針對熱力學(xué)系統(tǒng)能量變化和做功是考查的重點。例如：

例題1.鋼瓶之內(nèi)充滿了高壓氧氣，內(nèi)部壓力比外界大氣壓大，現(xiàn)在氧氣從氣瓶中緩慢漏出，整個過程鋼瓶內(nèi)外的溫度始終保持一致，下面說法正確的是（A、C）

A.分子總數(shù)減少，分子的總動能不變

B.鋼瓶內(nèi)氣體密度下降，分子平均動能不變

C.鋼瓶內(nèi)氧氣吸收熱量，膨脹做功

D.鋼瓶內(nèi)壓強降低，但沒有對外做功

這道題目幾種考查了熱力學(xué)的第一定律以及分子平均動能的概念。鋼瓶內(nèi)氣體分子減少，溫度不變，分子平均動能不變，總動能減少，壓強降低;鋼瓶內(nèi)氣體對外做功，溫度不變，吸收熱量。這兩應(yīng)該注意的兩點是，分子總動能和平均動能以及氣體溫度的關(guān)系;氣體膨脹對外做功以及氣體溫度變化的關(guān)系。

2.氣缸活塞類題目

這類題目幾種考查了熱力學(xué)的第一和第二定律，并且考查了學(xué)生對于氣體壓強、溫度微觀解釋和氣體狀態(tài)變化之間的關(guān)系理解。例如：

例題2.如下圖所示，厚壁容器的插入一支溫度計和氣針，另一側(cè)有可以活動的膠塞，現(xiàn)在通過氣針向容器內(nèi)緩慢注入氣體，先用卡子卡主活塞使其不能移動，注入氣體讓容器達(dá)到一定氣壓后，讀溫度計讀數(shù)，然后松開卡子，讓膠塞沖出容器口，下面說法正確的是（C）

A.溫度計讀數(shù)增加，氣體對外界做功，內(nèi)能減少

B.溫度計讀數(shù)減小，氣體對外界不做功，內(nèi)能增加

C.溫度計讀數(shù)減少，氣體對外界做功，內(nèi)能減少

3.水銀柱類題目

例題4.如圖，兩端封閉的玻璃管，垂直放置，玻璃管中有一段水銀，將管內(nèi)的氣體分成A、B兩部分，上下兩部分的氣體出事溫度相同，且VA>VB。如果A、B兩部分的氣體同時升高相同的溫度，水銀柱會怎樣移動。

在高考中對于熱力學(xué)定律的考查更加側(cè)重對于學(xué)生基礎(chǔ)概念的理解程度以及系統(tǒng)做功分析方面。教師在教學(xué)的時候要夯實學(xué)生的熱力學(xué)基礎(chǔ)，讓學(xué)生牢固掌握基本的熱力學(xué)概念以及基本的公式表達(dá)，再加上經(jīng)典題型的聯(lián)系，綜合提升學(xué)生的解題能力。

參考文獻(xiàn)：

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編輯 馮志強