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(gè)熱點(diǎn)知識(shí)。熱力學(xué)定律涉及分子層面的運(yùn)動(dòng)和受力關(guān)系，抽象性比較強(qiáng)，對(duì)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(gè)難點(diǎn)。對(duì)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(diǎn)，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(diǎn)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(diǎn)，同時(shí)也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)熱力學(xué)定律的時(shí)候要熟練掌握熱力學(xué)定律的基本運(yùn)用，明晰微觀粒子運(yùn)動(dòng)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(shí)候就會(huì)更容易找到解題的要點(diǎn)和思路，更能靈活運(yùn)用熱力學(xué)的三大定律。為了進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)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(duì)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(yùn)用。

一、熱力學(xué)三大定律的考查要點(diǎn)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(diǎn)。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(duì)系統(tǒng)做功”這些概念。一般的解題思路是首先明確研究對(duì)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(duì)外做的功或者外界對(duì)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(cuò)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(duì)于能量守恒定律的考查和理解主要集中在兩點(diǎn)：一是不同形式的能量形式應(yīng)不同的運(yùn)動(dòng)形式，如分子運(yùn)動(dòng)具有內(nèi)能，機(jī)械運(yùn)動(dòng)具有機(jī)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(huì)單獨(dú)進(jìn)行考查，通常會(huì)結(jié)合機(jī)械運(yùn)動(dòng)、力的做功等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)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(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行的。這里涉及微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)概念，同時(shí)也涉及宏觀的物體溫度變化，會(huì)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(jī)做功將冰箱內(nèi)溫度降低到比外界低的例子，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)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(duì)學(xué)生對(duì)于熱力學(xué)定律的理解程度，尤其是針對(duì)熱力學(xué)系統(tǒng)能量變化和做功是考查的重點(diǎn)。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(gè)過程鋼瓶?jī)?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(dòng)能不變

B.鋼瓶?jī)?nèi)氣體密度下降，分子平均動(dòng)能不變

C.鋼瓶?jī)?nèi)氧氣吸收熱量，膨脹做功

D.鋼瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)降低，但沒有對(duì)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(dòng)能的概念。鋼瓶?jī)?nèi)氣體分子減少，溫度不變，分子平均動(dòng)能不變，總動(dòng)能減少，壓強(qiáng)降低;鋼瓶?jī)?nèi)氣體對(duì)外做功，溫度不變，吸收熱量。這兩應(yīng)該注意的兩點(diǎn)是，分子總動(dòng)能和平均動(dòng)能以及氣體溫度的關(guān)系;氣體膨脹對(duì)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(duì)于氣體壓強(qiáng)、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(jì)和氣針，另一側(cè)有可以活動(dòng)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(dòng)，注入氣體讓容器達(dá)到一定氣壓后，讀溫度計(jì)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(jì)讀數(shù)增加，氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減少

B.溫度計(jì)讀數(shù)減小，氣體對(duì)外界不做功，內(nèi)能增加

C.溫度計(jì)讀數(shù)減少，氣體對(duì)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(shí)升高相同的溫度，水銀柱會(huì)怎樣移動(dòng)。

在高考中對(duì)于熱力學(xué)定律的考查更加側(cè)重對(duì)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(shí)候要夯實(shí)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。

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編輯 馮志強(qiáng)