高考热学命题特点及典题破解技巧

甘肃 田长军

热学出自高中物理教材《选修3-3》，是全国卷考生选考内容之一。从多年高三复习情况来看，无论是一轮复习还是二轮复习，大多数教师在复习课中一般按照教材的编排顺序，将本部分内容放在最后复习。然而当复习到《选修3-3》内容时，多数学生已被前期的复习搞的身心疲惫，认为本部分内容难度不大，只需要考前简单地看看书，做几道题，记一些公式即可。而事实上，如果没有真正搞懂知识点间的联系，便不会灵活地运用所学的知识处理实际生活、工业生产中的具体问题，致使最终丢分较多。所以平时要多加练习，在熟练掌握基础知识点的情况下，学会一定的解题方法和解题技巧，才能提高实际的解题能力。

一、2015—2019年全国卷热学真题命题特点分析

通过对近五年全国卷高考热学真题分析，可以得到以下特点：

1.《选修3-3》内容在全国理综高考试卷中为选做题第33题，共设两道小题。通常第一小题，除2019年为填空题外，其他年份均为选择题，第二小题均为计算题。第一小题较容易，第二小题中等偏向容易。

2.第一小题中的高频考点，一般考查分子动理论、内能、理想气体和热力学定律等热学基本概念；第二小题主要考查气体实验定律的应用。

3.偶尔考查或未曾独立命题的知识点为固体的微观结构、晶体和非晶体、湿度、热力学第二定律、用油膜法估测分子的大小、阿伏伽德罗常数、液晶的微观结构、液体的表面张力现象、毛细现象、饱和蒸汽压、能量守恒定律等。

4.考查学科核心素养为物质观念、能量观念和科学推理。

二、典型试题破解技巧

1.基本概念题

【例1】以下有关热学内容的叙述，正确的是

( )

A.寒冷的冬天，在室外放置一根木棒和一根铁棒足够长时间，铁棒的温度比木棒的温度低

B.分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距离增大时，分子间的引力减小、斥力减小

C.密封在体积不变的容器中的气体，温度升高，气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大

D.空气的绝对湿度一定时，环境温度越高，相对湿度越小

E.一定质量的理想气体在等温变化时，内能不改变，故与外界不发生热交换

【解析】在室外放置一根木棒和一根铁棒足够长时间，铁棒、木棒都与空气达到热平衡，所以具有相同的温度，故A错误；分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距离增大时，引力和斥力均减小，当分子间距离减小时，引力和斥力均增大，故B正确；由查理定律可得，密封的体积不变的气体，温度升高，压强增大，故气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大，故C正确；空气中水蒸气的实际压强与同温度下水的饱和气压之比叫做空气的相对湿度，空气绝对湿度不变时，温度越高，水的饱和气压越大，空气的相对湿度越小，故D正确；一定质量的理想气体在等温变化时，内能不改变，根据热力学第一定律有ΔU=W+Q，可能是吸收热量的同时对外做了功，也可能是放出热量的同时外界对其做了功，故E错误。

【破解技巧】(1)全国卷热学基本概念题常常在第33题第一小题出现，类型常为选择题或填空题，若以5选3的选择题形式出现，可用排除法，排除2个错误选项，其他3个选项都是正确选项，这样可以节省时间；若存在没有把握的选项，按高考给分规则，宁少选不多选。

(2)考查难度小，但涉及范围广，由于考查知识规律比较细，需要认真研读教材，总结知识框架，结合生活实际，能用分子动理论解释一些热学现象。

【命题趋势】第33题第一小题，有时单独考查一个知识点，有时一个小题可能涉及热学所有章节的内容，而且比较琐碎。若考查热学基本概念、基本常识和气体实验定律中的简单问题，以选择题形式出现的可能性大；若考查油膜法估测分子大小、微观量与宏观量的关系、气体实验定律中的简单图象问题和热力学定律的综合等，以填空题形式出现的可能性大。

2.气体实验定律、图象和热力学定律的综合问题

【例2】如图1所示，是一定质量的理想气体的p-V图象，理想气体经历从A→B→C→D→A的变化过程，其中D→A为等温线。已知理想气体在状态D时温度为T=400 K，则：

图1

(ⅰ)理想气体在状态B时的温度TB为多少？

(ⅱ)若理想气体在C→D过程中内能减少300 J，则在C→D过程中理想气体吸热还是放热？热量变化了多少？

【解析】(ⅰ)D→A为等温线，则TA=T=400 K

解得TB=1 000 K

(ⅱ)C→D过程压强不变，由W=pΔV得

W=100 J

根据热力学第一定律ΔU=W+Q得

Q=-400 J

故理想气体放热，放出400 J的热量。

(3)等压变化过程的功，即W=p·ΔV，然后结合其他条件，利用ΔU=W+Q进行相关计算。若气体体积增大，气体对外界做功，W<0；若气体体积减小，外界对气体做功，W>0。

【命题趋势】气体图象可能会与气体实验定律、热力学定律等知识点综合考查，考查题型可能是选择题、填空题或计算题。

3.“汽缸活塞”模型

【例3】如图2所示，绝热汽缸A与导热汽缸B均固定于地面，由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦，两活塞之间为真空，汽缸B活塞的面积为汽缸A活塞面积的2倍。两汽缸内装有理想气体，两活塞处于平衡状态，汽缸A中气体的体积为V0，压强为p0，温度为T0，汽缸B中气体的体积为2V0。缓慢加热A中气体，停止加热达到稳定后，A中气体压强为原来的2倍。设环境温度始终保持不变，汽缸A中活塞不会脱离汽缸A，求：

图2

(ⅰ)停止加热达到稳定后汽缸B中气体的体积VB；

(ⅱ)停止加热达到稳定后汽缸A中气体的温度TA。

末状态选两活塞为研究对象，根据平衡条件有

解得汽缸B中气体体积VB=V0

解得TA=3T0

【破解技巧】(1)“汽缸活塞”模型中，首先，要考虑活塞质量是否忽略，活塞与哪些物体相连，都受到哪些力。如图3所示，是对竖直方向上放置的活塞的受力分析情况，若活塞处于平衡状态，则p0S+mg=pS，即可求解压强；若活塞向上做匀加速直线运动，则pS-p0S-mg=ma，也可求解压强。

图3

【命题趋势】“汽缸活塞”模型是考查气体实验定律的重要载体。对活塞而言，可能将两不同横截面的活塞通过杆或细绳连接，也可能将活塞倾斜放置，还可能让活塞做加速运动；对于气体而言，考题出现气体关联的可能性较大。

4.“玻璃管液柱”模型

【例4】如图4所示，内径均匀的弯曲玻璃管ABCDE两端开口，AB、CD段竖直，BC、DE段水平，AB=90 cm，BC=40 cm，CD=60 cm，竖直段CD内有一长10 cm的水银柱。在环境温度为300 K时，保持BC段水平，将玻璃管A端缓慢竖直向下插入大水银槽中，使A端在水银面下10 cm，此时CD段中的水银柱上端距C点10 cm。已知大气压为75 cmHg 且保持不变。

图4

(ⅰ)环境温度缓慢升高，求温度升高到多少时，CD段中水银柱下端刚刚接触D点；

(ⅱ)环境温度在(ⅰ)问的基础上再缓慢升高，求温度升高到多少时，CD段中水银柱刚好全部进入水平管DE。(计算结果保留三位有效数字)

图5

图6

(2)涉及封闭气体的多过程问题时，对于多过程问题，要确定每个有效的“子过程”及其性质，选用合适的实验定律，并充分应用各“子过程”间的有效关联。解答时，特别注意变化过程中可能出现的“临界点”，找出“临界点”对应的状态参量，在“临界点”的前、后可以形成不同的“子过程”。

(3)若系统处于静止状态，用力的平衡条件处理；若系统处于匀变速直线运动状态，则用牛顿第二定律处理，具体做法是：选取液柱为研究对象，通过液柱产生的压强求加速段液柱两端的力，对液柱进行受力分析，并用牛顿第二定律求解。

【命题趋势】“玻璃管液柱”模型可能会与“汽缸活塞”模型综合命题，也可能会与图象、热力学定律等其他问题综合命题，还可能涉及玻璃管漏液或向玻璃管中加液的问题。

5.“变质量气体”模型

【例5】某艘潜艇最大下潜深度可达300 m，某次在执行任务时位于水面下h=150 m处，艇上有一容积V1=2 m3的贮气钢筒，筒内贮有压缩空气，其压强p1=200 atm，每次将筒内一部分空气压入水箱(水箱由排水孔与海水相连)，排出海水的体积ΔV=0.9 m3，当贮气钢筒中的压强降低到p2=20 atm时，需重新充气。设潜艇保持水面下深度不变，在排水过程中气体的温度不变，水面上空气压强p0=1 atm，取海水密度ρ=1.0×103kg/m3，重力加速度g=10 m/s2，1 atm=1×105Pa。求该贮气钢筒重新充气前可将筒内空气压入水箱的次数。

【解析】设贮气钢筒内气体的压强变为p2时，体积V2，根据玻意耳定律得p2V2=p1V1

重新充气前，用去的气体在p2压强下的体积为

V3=V2-V1

设用去的气体在水箱压强为p4时的体积为V4，根据玻意尔定律得p2V3=p4V4

解得N=25

【破解技巧】一般都要选取合适的研究对象，将变质量问题合理地转化为定质量问题，运用气体实验定律来求解。(1)充气问题：设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来，当我们选取容器和口袋内的全部气体为研究对象时，这些气体状态不管怎样变化，其质量总是不变的。这样就将变质量问题转化为定质量问题。(2)抽气问题：用抽气筒对容器抽气的过程中，对每一次抽气而言，气体质量发生变化，其解决方法同充气问题类似，假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即把变质量问题转化为定质量问题。(3)灌气问题：将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题，可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体看作整体，作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题。(4)漏气问题：容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，不能用理想气体状态方程求解。如果选容器内剩余气体为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题。