2014年高考熱學(xué)考題歸類賞析

徐高本

熱學(xué)雖不是物理學(xué)的主干知識(shí)，但多數(shù)省份作為高考的必考內(nèi)容。有的是一個(gè)選項(xiàng)題，更多是一個(gè)選項(xiàng)題外還有一道簡單的出現(xiàn)計(jì)算題；從2014年的各地?zé)釋W(xué)試題看，重點(diǎn)考查以下三個(gè)方面.

1.考查分子動(dòng)理論和固體與液體的性質(zhì)

這類考題主要考查對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的理解以及固體與液體的性質(zhì)，均以選項(xiàng)題形式出現(xiàn)，有的綜合性較，常常涉及到多個(gè)知識(shí)點(diǎn).

例1.（2014年高考新課標(biāo)Ⅱ卷考題）下列說法正確的是________.

A.懸浮在水中的花粉的布朗運(yùn)動(dòng)反映了花粉分子的熱運(yùn)動(dòng)

B.空中的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結(jié)果

C.彩色液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性的特點(diǎn)

D.高原地區(qū)水的沸點(diǎn)較低，這是高原地區(qū)溫度較低的緣故

E.干濕泡濕度計(jì)的濕泡顯示的溫度低于干泡顯示的溫度，這是濕泡外紗布中的水蒸發(fā)例解析：懸浮在水中的花粉的布朗運(yùn)動(dòng)是花粉顆粒的無規(guī)律運(yùn)動(dòng)，反映了水分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；空中的小雨滴表面有張力，使小雨滴呈球形，B項(xiàng)正確；液晶具有各向異性，利用這個(gè)特性可以制成彩色顯示器，C項(xiàng)正確；高原地區(qū)的氣壓低，因此水的沸點(diǎn)低，D項(xiàng)錯(cuò)誤；干濕泡溫度計(jì)的濕泡顯示的溫度低于干泡顯示的溫度，主要是由于濕泡外紗布中的水蒸發(fā)吸熱，從而溫度降低的緣故，E正確.

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查布朗運(yùn)動(dòng)、液體的表面張力、晶體的特點(diǎn)等內(nèi)容，具有綜合性較強(qiáng)、知識(shí)覆蓋廣的特點(diǎn)。

例2.（2014年高考海南卷考題）下列說法正確的是

A.液體表面張力的方向與液面垂直并指向液體內(nèi)部

B.單晶體有固定的熔點(diǎn)，多晶體沒有固定的熔點(diǎn)

C.單晶體中原子（或分子、離子）的排列具有空間周期性

D.通常金屬在各個(gè)方向的物理性質(zhì)都相同，所以金屬是非晶體

E.液晶具有液體的流動(dòng)性，同時(shí)具有晶體的各向異性特征

解析：表面張力產(chǎn)生在液體表面層，它的方向平行于液體表面，而非與液面垂直，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤； 晶體分為單晶體和多晶體，都有固定的熔點(diǎn)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤； 晶體具有各向異性，原子（或分子、離子）的排列具有空間周期性，選項(xiàng)C正確；通常金屬在各個(gè)方向的物理性質(zhì)都相同，但具有固定的熔點(diǎn)，為晶體，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；液晶具有液體的流動(dòng)性，同時(shí)具有晶體的各向異性特征，故選項(xiàng)E正確.綜上所述，本題正確選項(xiàng)為C、E。

2.考查氣體性質(zhì)和熱力學(xué)第一定律

這類考題主要考查以氣體為“媒”綜合考查熱力學(xué)一定律運(yùn)用和氣體性質(zhì)，一般以選擇題的形式出現(xiàn)。

例3.（2014年高考新課標(biāo)全國卷Ⅰ考題）一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷三個(gè)過程ab、bc、ca回到原狀態(tài).其p?T圖像如圖1所示.下列判斷正確的是________.

A.過程ab中氣體一定吸熱

B.過程bc中氣體既不吸熱也不放熱

C.過程ca中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱

D.a、b和c三個(gè)狀態(tài)中，狀態(tài)a分子的平均動(dòng)能最小

E.b和c兩個(gè)狀態(tài)中，容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同

解析：本題考查了氣體性質(zhì).因?yàn)閜VT=C，從圖中可以看出，a→b過程pT不變，則體積V不變，因此a→b過程外力做功W=0，氣體溫度升高，則ΔU>0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知Q>0，即氣體吸收熱量，選項(xiàng)A正確；b→c過程氣體溫度不變，ΔU=0，但氣體壓強(qiáng)減小，由pVT=C知V增大，氣體對(duì)外做功，W<0，由ΔU=Q+W可知Q>0，即氣體吸收熱量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；c→a過程氣體壓強(qiáng)不變，溫度降低，則ΔU<0，由pVT=C知V減小，外界對(duì)氣做功，W>0，由ΔU=W+Q可知W

點(diǎn)評(píng)：此題定性地考查熱力學(xué)第一定律氣體與狀態(tài)參量；求解的關(guān)鍵是抓住公式ΔE=W+Q和氣態(tài)方程 .

例4.（2014年高考廣東卷考題） 用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖2所示，充氣袋四周被擠壓時(shí)，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體（ ）

A.體積減小，內(nèi)能增大

B.體積減小，壓強(qiáng)減小

C.對(duì)外界做負(fù)功，內(nèi)能增大

D.對(duì)外界做正功，壓強(qiáng)減小

解析：充氣袋被擠壓時(shí)，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功，由于袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，故由熱力學(xué)第一定律知，氣體內(nèi)能增加，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；體積減小，內(nèi)能增加，由理想氣體狀態(tài)方程可知壓強(qiáng)變大，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤.

點(diǎn)評(píng)：對(duì)于理想氣體問題的分析，首先要清楚理想氣體本質(zhì)特征，其次要能根據(jù)題意準(zhǔn)確判斷研究對(duì)象所經(jīng)歷的熱學(xué)過程的判定.

例5.（2014年高考浙江卷考題）如圖3所示，內(nèi)表面光滑的圓柱形容器內(nèi)有一個(gè)質(zhì)量為m、面積為S的活塞.容器固定放置在傾角為θ的斜面上.一定量的氣體密封在容器內(nèi)，溫度為Ta，活塞底面與容器底面平行、距離為h.已知大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g.

（1）容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)為________.

（2）由于環(huán)境溫度變化，活塞緩慢下移h/2時(shí)氣體溫度為________；此過程中容器內(nèi)氣體________（填“吸熱”或“放熱”）、氣體分子的平均速率________（填“增大、“減小”或“不變”）.

解析：（1）以活塞為研究對(duì)象，受力分析結(jié)合平衡方程可求得p=p0+mgcos θS.

（2）溫度變化，活塞下移h/2，體積減為原來一半，壓強(qiáng)不變，故溫度也變?yōu)樵瓉硪话耄瑲怏w分子平均速率減小，此過程中，外界對(duì)氣體做功，氣體的內(nèi)能減少，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w放熱.

點(diǎn)評(píng)：本題考查氣體的壓強(qiáng)、理想氣體的狀態(tài)方程、熱力學(xué)第一定律等知識(shí).

3.考查氣體實(shí)驗(yàn)定律和狀態(tài)方程的應(yīng)用

求解這類考題的關(guān)鍵是選取合適的研究對(duì)象，分清氣體的始末狀態(tài)參量，再由氣體狀態(tài)方程列式求解.

例6.（2014年高考全國1卷考題）一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在豎直放置的圓柱形氣缸內(nèi)，氣缸壁導(dǎo)熱良好，活塞可沿氣缸壁無摩擦地滑動(dòng).開始時(shí)氣體壓強(qiáng)為p，活塞下表面相對(duì)于氣缸底部的高度為h，外界的溫度為T0.現(xiàn)取質(zhì)量為m的沙子緩慢地倒在活塞的上表面，沙子倒完時(shí)，活塞下降了h4.若此后外界的溫度變?yōu)門，求重新達(dá)到平衡后氣體的體積.已知外界大氣的壓強(qiáng)始終保持不變，重力加速度大小為g.

解析：設(shè)氣缸的橫載面積為S，沙子倒在活塞上后，對(duì)氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)為Δp，由玻意耳定律得phS=（p+Δp）h-14hS① 解得Δp=13p②

外界的溫度變?yōu)門后，設(shè)活塞距底面的高度為h′.根據(jù)蓋一呂薩克定律，得

h-14hST0=h′ST③

解得h′=3T4T0h④ 據(jù)題意可得Δp=mgS⑤ 氣體最后的體積為V=Sh′⑥

聯(lián)立②④⑤⑥式得V=9mghT4pT0.⑦

點(diǎn)評(píng)：此題考查玻意耳定律和蓋一呂薩克定律，求解的關(guān)鍵是弄清始末的狀態(tài)參量，再由兩實(shí)驗(yàn)定律列方程.

例7.（2014年高考全國Ⅱ卷考題）如圖4所示，兩氣缸A、B粗細(xì)均勻、等高且內(nèi)壁光滑，其下部由體積可忽略的細(xì)管連通：A的直徑是B的2倍，A上端封閉，B上端與大氣連通；兩氣缸除A頂部導(dǎo)熱外，其余部分均絕熱.兩氣缸中各有一厚度可忽略的絕熱輕活塞a、b，活塞下方充有氮?dú)猓钊鸻上方充有氧氣.當(dāng)大氣壓為p0、外界和氣缸內(nèi)氣體溫度均為7 ℃且平衡時(shí)，活塞a離氣缸頂?shù)木嚯x是氣缸高度的14，活塞b在氣缸正中間.

（i）現(xiàn)通過電阻絲緩慢加熱氮?dú)猓?dāng)活塞b恰好升至頂部時(shí)，求氮?dú)獾臏囟龋?/p>

（ⅱ）繼續(xù)緩慢加熱，使活塞a上升，活塞a上升的距離是氣缸高度的116時(shí)，求氧氣的壓強(qiáng).

解析：（i）活塞b升至頂部的過程中，活塞a不動(dòng)，活塞a、b下方的氮?dú)饨?jīng)歷等壓過程，設(shè)氣缸容積為V0，氮?dú)獬鯌B(tài)體積為V1，溫度為T1，末態(tài)體積為V2，溫度T2，按題意，氣缸B的容積為VB4， V1=34V0+12V04=78V0① V2=34V0+14V0=V0②

V1T1=V2T2③ 由①②③式和題給數(shù)據(jù)得T2=320 K.④

（ii）活塞b升至頂部后，由于繼續(xù)緩慢加熱，活塞a開始向上移動(dòng)，直到活塞上升的距離是氣缸高度的116時(shí)，活塞a上方的氧氣經(jīng)歷等溫過程，設(shè)氧氣初態(tài)體積為V′1，壓強(qiáng)為p′1，末態(tài)體積 V′2，壓強(qiáng)p′2 ，由題給數(shù)據(jù)和玻意耳定律有V′1=14V0，p′1=p0，V′2=316V0⑤

p′1V′1=p′2V′2⑥ 得p′2=43p0.⑦

點(diǎn)評(píng)：判斷氮?dú)饨?jīng)歷等壓過程和活塞a上方的氧氣經(jīng)歷等溫過程再求出狀態(tài)參量是解決此題的關(guān)鍵。

例8.（2014年高考山東卷考題）一種水下重物打撈方法的工作原理如圖5所示.將一質(zhì)量M=3×103 kg、體積V0=0.5 m3的重物捆綁在開口朝下的浮筒上.向浮筒內(nèi)充入一定量的氣體，開始時(shí)筒內(nèi)液面到水面的距離h1=40 m，筒內(nèi)氣體體積V1=1 m3.在拉力作用下浮筒緩慢上升，當(dāng)筒內(nèi)液面到水面的距離為h2時(shí)，拉力減為零，此時(shí)氣體體積為V2，隨后浮筒和重物自動(dòng)上浮，求V2和h2.

已知大氣壓強(qiáng)p0=1×105 Pa，水的密度ρ=1×103 kg/m3，重力加速度的大小g=10 m/s2.不計(jì)水溫變化，筒內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體，浮筒質(zhì)量和筒壁厚度可忽略.

解析：當(dāng)F=0時(shí)，由平衡條件得Mg=ρg（V0+V2）①

代入數(shù)據(jù)得V2=2.5 m3②

設(shè)筒內(nèi)氣體初態(tài)、末態(tài)的壓強(qiáng)分別為p1、p2，由題意得

p1=p0+ρgh1③ p2=p0+ρgh2④

在此過程中筒內(nèi)氣體溫度和質(zhì)量不變，由玻意耳定律得p1V1=p2V2⑤

聯(lián)立②③④⑤式，代入數(shù)據(jù)得h2=10 m⑥

點(diǎn)評(píng)：此題主要考查了玻意耳定律和平衡問題，是氣體與力學(xué)的綜合問題，求解思路是，由氣體為研究對(duì)象根據(jù)氣體實(shí)驗(yàn)定律列式；然后以封閉氣體的活塞為研究對(duì)象運(yùn)用平衡條件列力學(xué)方程.