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高考物理中热力学定律考点及典型例题的分析研究

冯有万

摘 要：在高考物理当中热力学定律是考试的一个热点知识。热力学定律涉及分子层面的运动和受力关系，抽象性比较强，对于学生的思维能力有比较高的要求。也因此热力学成了高中物理学习中的一个难点。对近几年的高考物理中热力学定律考题进行了研究，分析了其中主要的考点，以及典型的考题类型和解题思路。
关键词：高考物理;热力学定律;考点分析;典型例题
热力学的三大定律是高中物理的考查热点，同时也是学生学习的难点。学生在学习热力学定律的时候要熟练掌握热力学定律的基本运用，明晰微观粒子运动和宏观温度变化的关系。如此学生在解答热力学习题的时候就会更容易找到解题的要点和思路，更能灵活运用热力学的三大定律。为了进一步深化学生对于热力学定律的理解程度，提高学生解答热力学问题的能力，笔者针对热力学定理以及典型例题的分析探究了热力学在高中物理考试中的运用。
一、热力学三大定律的考查要点分析
1.热力学第一定律
热力学第一定律的概念理解和公式表达是高考考查的要点。学生要能够准确理解“热力学系统”“内能增量”“热量的传递”“对系统做功”这些概念。一般的解题思路是首先明确研究对象中热力系统是那一部分;然后分别列出系统吸收或者放出的热量以及系统对外做的功或者外界对系统做的功;最后根据热力学的公式列出方程进行问题的求解。这其中考查最为集中也是学生最容易出错的地方就是热力学系统做功的判断以及做功之后的系统变化。为了方便学生理解可以列出以下表格：
2.能量守恒定律
对于能量守恒定律的考查和理解主要集中在两点：一是不同形式的能量形式应不同的运动形式，如分子运动具有内能，机械运动具有机械能。二是某种形式的能增加，一定意味着另外一种形式能的减少，且两者的量一定相同。能量守恒定律一般不会单独进行考查，通常会结合机械运动、力的做功等相关知识点进行考查，将能量守恒作为题目中的隐性条件或者解题突破口，考查学生的思维能力。
3.热力学第二定律及其微观解释
关于热力学第二定律，开尔文表述为：不能从单一热库吸收热量，将其全部转化成功而不引起其他的影响。从微观方面解释就是一些自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行的。这里涉及微观粒子的热运动概念，同时也涉及宏观的物体温度变化，会让学生产生概念混淆或者难以理解的困扰。除了利用熵增加原理解释之外，教师还可以利用冰箱压缩机做功将冰箱内温度降低到比外界低的例子，强化学生对于热力学第二定律的理解。
二、热力学定律的经典例题类型分析
1.基础理论型题目
基础理论型题目主要是针对学生对于热力学定律的理解程度，尤其是针对热力学系统能量变化和做功是考查的重点。例如：
例题1.钢瓶之内充满了高压氧气，内部压力比外界大气压大，现在氧气从气瓶中缓慢漏出，整个过程钢瓶内外的温度始终保持一致，下面说法正确的是（A、C）
A.分子总数减少，分子的总动能不变
B.钢瓶内气体密度下降，分子平均动能不变
C.钢瓶内氧气吸收热量，膨胀做功
D.钢瓶内压强降低，但没有对外做功
这道题目几种考查了热力学的第一定律以及分子平均动能的概念。钢瓶内气体分子减少，温度不变，分子平均动能不变，总动能减少，压强降低;钢瓶内气体对外做功，温度不变，吸收热量。这两应该注意的两点是，分子总动能和平均动能以及气体温度的关系;气体膨胀对外做功以及气体温度变化的关系。
2.气缸活塞类题目
这类题目几种考查了热力学的第一和第二定律，并且考查了学生对于气体压强、温度微观解释和气体状态变化之间的关系理解。例如：
例题2.如下图所示，厚壁容器的插入一支温度计和气针，另一侧有可以活动的胶塞，现在通过气针向容器内缓慢注入气体，先用卡子卡主活塞使其不能移动，注入气体让容器达到一定气压后，读温度计读数，然后松开卡子，让胶塞冲出容器口，下面说法正确的是（C）
A.温度计读数增加，气体对外界做功，内能减少
B.温度计读数减小，气体对外界不做功，内能增加
C.温度计读数减少，气体对外界做功，内能减少
3.水银柱类题目
例题4.如图，两端封闭的玻璃管，垂直放置，玻璃管中有一段水银，将管内的气体分成A、B两部分，上下两部分的气体出事温度相同，且VA>VB。如果A、B两部分的气体同时升高相同的温度，水银柱会怎样移动。
在高考中对于热力学定律的考查更加侧重对于学生基础概念的理解程度以及系统做功分析方面。教师在教学的时候要夯实学生的热力学基础，让学生牢固掌握基本的热力学概念以及基本的公式表达，再加上经典题型的联系，综合提升学生的解题能力。
参考文獻：
[1]喻世霖.基于高中物理热力学定律的专题复习心得分享[J].经贸实践，2016（23）：233.
[2]李新华.物理化学中热力学推导证明题的解题技巧[J].科技展望，2015，25（26）：198，200.
编辑 冯志强
新课程·下旬2019年8期
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