基于高考真題的熱量收支平衡原理分析

李巖

[摘 ? 要]近年的高考卷地理部分對熱量收支平衡原理的考查較為頻繁。文章通過對有關(guān)高考真題的分析和解讀，對高考中經(jīng)常涉及的熱量收支平衡原理進行梳理和整合，以期為高三備考的師生提供參考。

[關(guān)鍵詞]熱量收支平衡;高考;地理

[中圖分類號] ? ?G633.55 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）28-0095-02

熱量收支平衡原理對于正確理解大氣受熱過程，分析海—氣之間的相互作用，解釋厄爾尼諾、拉尼娜現(xiàn)象對全球氣候和人類活動的影響等都具有重要意義，也是高考經(jīng)?？疾榈闹攸c和難點知識。此內(nèi)容與物理學科聯(lián)系密切，而各個版本的地理教材對此著墨甚少，不少考生甚至教師對此部分內(nèi)容理解不到位。本文以近幾年相關(guān)高考真題為例進行分析，對“熱量收支平衡”的相關(guān)理論進行梳理，以期為高三備考的師生提供參考。

一、潛熱傳遞

潛熱傳遞是指水在蒸發(fā)（或冰在升華）時要吸收熱量，相反，水汽在凝結(jié)（或凝華）時，又會放出熱量。如果蒸發(fā)（或升華）的水汽，被帶到別處凝結(jié)（或凝華），通過水相變化，就會伴隨著熱量的傳遞。2015年高考文綜全國Ⅰ卷以我國青藏鐵路沿線熱棒的工作原理為案例對此原理進行了考查。

[例1]（節(jié)選自2015年全國Ⅰ卷）青藏鐵路格（爾木）拉（薩）段成功穿越了約550千米的連續(xù)多年凍土區(qū)。多年凍土的活動層反復凍融及冬季不完全凍結(jié)，會危及鐵路路基。青藏鐵路建設者創(chuàng)造性地提出了“主動降溫、冷卻路基、保護凍土”的新思路，采用了熱棒新技術(shù)等措施。熱棒地上部分為冷凝段，地下部分為蒸發(fā)段，當冷凝段溫度低于蒸發(fā)段溫度時，蒸發(fā)段液態(tài)物質(zhì)汽化上升，在冷凝段冷卻成液態(tài)，回到蒸發(fā)段，循環(huán)反復。根據(jù)熱棒的工作原理，判斷熱棒散熱的工作季節(jié)（冬季或夏季），簡述判斷依據(jù)。

【參考答案】冬季。依據(jù)：冬季氣溫低于地溫，熱棒蒸發(fā)段吸收凍土的熱量，（將液態(tài)物質(zhì)汽化上升，與較冷的地上部分管壁接觸，凝結(jié)，釋放出潛熱，）將凍土中的熱量傳送至地上（大氣）。

本題中熱棒利用的就是物理學中的潛熱交換原理，考生需要將之轉(zhuǎn)化成地理學的內(nèi)容。根據(jù)潛熱交換原理，結(jié)合題目材料可知，熱棒工作的目的是降低凍土溫度，其工作時應為凍土溫度比大氣溫度高的時期，由此判定其工作的季節(jié)為冬季。冬季時，凍土溫度高于大氣溫度，處于地下凍土中的熱棒蒸發(fā)段中的液態(tài)物質(zhì)吸收凍土中的熱量蒸發(fā)成為氣態(tài)，汽化后的物質(zhì)密度變小，沿著熱棒上升至地上部分，因為地上溫度較低，物質(zhì)遇冷凝結(jié)成液態(tài)并同時釋放潛熱。物質(zhì)汽化吸熱、液化放熱的過程，就是潛熱傳遞過程。冷凝的液態(tài)物質(zhì)密度變大，在重力作用下回流至地下蒸發(fā)段，如此循環(huán)往復，將凍土中的熱量源源不斷地傳遞至大氣，從而使凍土溫度不斷降低，凍結(jié)程度不斷加深。夏季時，地上的氣溫高于凍土溫度，位于凍土中的熱棒蒸發(fā)段的液態(tài)物質(zhì)不能汽化，凍土的熱量不能通過潛熱的形式傳遞至地上大氣中，熱棒停止工作。本題因為涉及物理學原理，對文科生來說難度較大，得分率較低。但是潛熱傳遞是大氣與地面（海面）、大氣與大氣之間進行熱量交換的重要方式，2018年高考文綜全國Ⅱ卷以龍卷風中濕熱氣團的抬升原因為案例再次考查。

[例2]（節(jié)選自2018年全國Ⅱ卷）龍卷風是大氣中強烈的渦旋現(xiàn)象。濕熱氣團強烈抬升，產(chǎn)生了攜帶正電荷的云團。一旦正電荷在云團局部大量積聚，吸引攜帶負電荷的地面大氣急速上升，在地面就形成小范圍的超強低氣壓，帶動匯聚的氣流高速旋轉(zhuǎn)，形成龍卷風。指出龍卷風多發(fā)區(qū)濕熱氣團抬升的原因。

【參考答案】與北方來的冷干氣流（氣團）交匯，濕熱空氣抬升;（地處中低緯度，太陽輻射較強）下墊面溫度較高，（濕熱）空氣受熱抬升;濕熱空氣抬升過程中，水汽凝結(jié)，釋放熱量，加熱并進一步抬升空氣。

本題考查濕熱空氣抬升的原因，同樣涉及了潛熱傳遞的問題。不過，在人教版教材關(guān)于“臺風及其危害”的案例中，介紹臺風中心附近空氣劇烈抬升的原因時提到了“上升空氣膨脹變冷，其中的水汽冷卻凝結(jié)形成水滴時，要放出熱量，又促使低層空氣不斷上升”。如果考生備考時能認真閱讀教材中的案例，并對往年真題進行認真分析，此類問題就容易解決了。

二、熱量傳導

熱量傳導是指物體之間相互接觸，熱量由高溫物體傳向低溫物體或同一物體內(nèi)部熱量由高溫部分傳向低溫部分的過程，是固體物質(zhì)熱量傳遞的主要方式。當?shù)孛媾c空氣之間，或者空氣團與空氣團之間有溫度差異時，也會以傳導方式交換熱量。2017年高考文綜全國Ⅰ卷以我國某地的雙層覆膜技術(shù)為案例對此原理進行了考查。

[例3]（節(jié)選改編自2017年全國Ⅰ卷）我國某地為保證葡萄植株安全越冬，采用雙層覆膜技術(shù)（兩層覆膜間留有一定空間），效果顯著。分析豐雪年和枯雪年膜內(nèi)溫度的差異。

【參考答案】豐雪年膜內(nèi)溫度變化較小，枯雪年膜內(nèi)溫度變化較大。

本題考查了積雪對膜內(nèi)溫度和膜上氣溫的不同影響。我們首先可以判讀膜內(nèi)溫度比氣溫高，即雙層覆膜具有保溫作用。其次，膜上的積雪白天對太陽輻射具有反射作用，進入膜內(nèi)的太陽輻射減少，因此豐雪年的膜內(nèi)溫度最高值（當?shù)貢r間午后2點左右）比枯雪年低;而晚上時，膜上的積雪對膜內(nèi)空氣起保溫作用，其保溫作用的實質(zhì)是積雪是熱量的不良導體，其阻隔了膜內(nèi)的熱量向外散失。因此豐雪年膜內(nèi)的溫度變化較小。

各種物質(zhì)熱傳導的性能不同，金屬較好，而土壤、積雪、棉花、羽毛、毛皮等為常見的熱的不良導體。因此積雪、土壤等不良導體覆蓋下方，氣溫的變化幅度會比較小，即常常會形成熱量條件比較穩(wěn)定的環(huán)境。2018年高考文綜全國Ⅲ卷以澳大利亞的地下住宅為案例對此原理進行了考查。

[例4]（節(jié)選自2018年全國Ⅲ卷）澳大利亞某地區(qū)降水稀少，自然景觀極度荒涼，氣溫年較差大，夏季最高氣溫可達50℃，冬季氣溫較低。早年，該地區(qū)的礦工經(jīng)常在礦井里躲避炎熱天氣，長此以往便形成了具有當?shù)靥厣牡叵伦≌?jù)此推測該類地下住宅（ ? ? ? ?）

①室溫不變 ?②冬暖夏涼 ?③類似黃土高原的窯洞 ?④類似草原的蒙古包

A. ①③B. ②③C. ①④D. ②④

【參考答案】B。

本題中地下住宅上方的土體和巖石，作用類似于上題中的積雪，其阻隔了地下住宅和外界之間的熱量傳遞。夏季，外界氣溫較高，但是土體和巖石阻隔了外界熱量向地下住宅的傳遞，使地下住宅較為涼爽;而冬季時，外界氣溫較低，土體和巖石阻隔了住宅內(nèi)的熱量向外界散失，使地下住宅保持較為溫暖的環(huán)境。本題難度較低，考生只要留心身邊熟悉的案例（如黃土高原的窯洞、農(nóng)村地區(qū)的地窖）都能得到正確的答案。

三、輻射傳遞

輻射傳遞是指物體通過電磁波的放射和吸收而進行的熱量交換方式。大氣增溫主要依靠吸收地面的長波輻射，同時大氣也通過其放射出的長波輻射對地面起保溫作用，這種以輻射方式交換熱量的現(xiàn)象不僅在地面與空氣之間，而且在空氣團與空氣團之間也一直存在。2017年高考文綜全國Ⅰ卷以山地苔原帶植物多樣性差異為案例對此原理進行了考查。

[例5]（節(jié)選自2017年全國Ⅰ卷）山地垂直帶內(nèi)部的分異規(guī)律，日益為地理學研究所重視。地理科考隊調(diào)查某山峰的苔原帶時發(fā)現(xiàn)，陰、陽坡降水量與坡度差別不大，但植物多樣性差異顯著。分析與陰坡相比，苔原帶陽坡地表溫度和濕度的特點及產(chǎn)生原因。

【參考答案】特點：陽坡地表溫度高、濕度低（水分條件差）。原因：陽坡太陽輻射強，地表溫度高，蒸發(fā)強度大;陽坡融雪早，蒸發(fā)歷時長。

本題考查了太陽輻射對地表溫度的影響。輻射傳遞是大氣與地面之間最重要的熱交換方式，同時也是高中地理教材中介紹得最為詳細的一種方式，考生對此比較熟悉，回答此類問題比較得心應手。但是本題應該注意的是地面對太陽輻射的反射率的變化對地表溫度的影響。積雪融化之后，地面對太陽輻射的反射率降低，地面吸收的太陽輻射增多，其溫度升高。而地表溫度升高，又進一步促使積雪融化。對于這一過程，又可以聯(lián)系全球變暖和兩極冰川融化之間的相互影響，從而加深對輻射傳遞熱量原理的認識。

以上是對近幾年高考對熱量傳遞方式考查的梳理。實際上，物體之間的熱量傳遞方式還有對流、湍流等多種方式，但高中地理涉及較少，高考中也很少考查，此文不再贅述。地—氣之間、氣—氣之間經(jīng)過不同方式的熱量交換和傳遞過程，其熱量收支狀況會發(fā)生顯著的變化，從而影響著各自的溫度。以某一區(qū)域為研究對象，其熱量有收入，也有支出。如果其熱量收入大于支出，則熱量盈余，氣溫上升;如果熱量收入小于支出，則熱量虧損，氣溫下降;如果熱量收入等于支出，則熱量平衡，氣溫穩(wěn)定。

綜上所述，高考對熱量收支平衡原理的考查較為頻繁。雖然此類問題與物理學科密切相關(guān)，但高三師生在備考時，切不可本末倒置，一味加大難度，將地理課堂變成物理課堂，只需要結(jié)合生活經(jīng)驗和地理主干知識，將此類問題梳理歸納，轉(zhuǎn)化成地理問題，用地理思維進行解答，問題便可迎刃而解。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ]

[1] ?中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] ?姜世中.氣象學與氣候?qū)W[M].北京：科學出版社，2010.

（責任編輯 周侯辰）