2014年高考熱學考題歸類賞析

徐高本

熱學雖不是物理學的主干知識，但多數省份作為高考的必考內容。有的是一個選項題，更多是一個選項題外還有一道簡單的出現計算題；從2014年的各地熱學試題看，重點考查以下三個方面.

1.考查分子動理論和固體與液體的性質

這類考題主要考查對布朗運動的理解以及固體與液體的性質，均以選項題形式出現，有的綜合性較，常常涉及到多個知識點.

例1.（2014年高考新課標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動反映了花粉分子的熱運動

B.空中的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結果

C.彩色液晶顯示器利用了液晶的光學性質具有各向異性的特點

D.高原地區水的沸點較低，這是高原地區溫度較低的緣故

E.干濕泡濕度計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例解析：懸浮在水中的花粉的布朗運動是花粉顆粒的無規律運動，反映了水分子的無規則運動，A項錯誤；空中的小雨滴表面有張力，使小雨滴呈球形，B項正確；液晶具有各向異性，利用這個特性可以制成彩色顯示器，C項正確；高原地區的氣壓低，因此水的沸點低，D項錯誤；干濕泡溫度計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吸熱，從而溫度降低的緣故，E正確.

點評：本題主要考查布朗運動、液體的表面張力、晶體的特點等內容，具有綜合性較強、知識覆蓋廣的特點。

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部

B.單晶體有固定的熔點，多晶體沒有固定的熔點

C.單晶體中原子（或分子、離子）的排列具有空間周期性

D.通常金屬在各個方向的物理性質都相同，所以金屬是非晶體

E.液晶具有液體的流動性，同時具有晶體的各向異性特征

解析：表面張力產生在液體表面層，它的方向平行于液體表面，而非與液面垂直，所以選項A錯誤； 晶體分為單晶體和多晶體，都有固定的熔點，選項B錯誤； 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C正確；通常金屬在各個方向的物理性質都相同，但具有固定的熔點，為晶體，選項D錯誤；液晶具有液體的流動性，同時具有晶體的各向異性特征，故選項E正確.綜上所述，本題正確選項為C、E。

2.考查氣體性質和熱力學第一定律

這類考題主要考查以氣體為“媒”綜合考查熱力學一定律運用和氣體性質，一般以選擇題的形式出現。

例3.（2014年高考新課標全國卷Ⅰ考題）一定量的理想氣體從狀態a開始，經歷三個過程ab、bc、ca回到原狀態.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中外界對氣體所做的功等于氣體所放的熱

D.a、b和c三個狀態中，狀態a分子的平均動能最小

E.b和c兩個狀態中，容器壁單位面積單位時間內受到氣體分子撞擊的次數不同

解析：本題考查了氣體性質.因為pVT=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，根據熱力學第一定律ΔU=Q+W可知Q>0，即氣體吸收熱量，選項A正確；b→c過程氣體溫度不變，ΔU=0，但氣體壓強減小，由pVT=C知V增大，氣體對外做功，W<0，由ΔU=Q+W可知Q>0，即氣體吸收熱量，選項B錯誤；c→a過程氣體壓強不變，溫度降低，則ΔU<0，由pVT=C知V減小，外界對氣做功，W>0，由ΔU=W+Q可知W

點評：此題定性地考查熱力學第一定律氣體與狀態參量；求解的關鍵是抓住公式ΔE=W+Q和氣態方程 .

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，假設袋內氣體與外界無熱交換，則袋內氣體（ ）

A.體積減小，內能增大

B.體積減小，壓強減小

C.對外界做負功，內能增大

D.對外界做正功，壓強減小

解析：充氣袋被擠壓時，氣體體積減小，外界對氣體做功，由于袋內氣體與外界無熱交換，故由熱力學第一定律知，氣體內能增加，故選項C正確，選項D錯誤；體積減小，內能增加，由理想氣體狀態方程可知壓強變大，故選項A正確，選項B錯誤.

點評：對于理想氣體問題的分析，首先要清楚理想氣體本質特征，其次要能根據題意準確判斷研究對象所經歷的熱學過程的判定.

例5.（2014年高考浙江卷考題）如圖3所示，內表面光滑的圓柱形容器內有一個質量為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，溫度為Ta，活塞底面與容器底面平行、距離為h.已知大氣壓強為p0，重力加速度為g.

（1）容器內氣體壓強為________.

（2）由于環境溫度變化，活塞緩慢下移h/2時氣體溫度為________；此過程中容器內氣體________（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）以活塞為研究對象，受力分析結合平衡方程可求得p=p0+mgcos θS.

（2）溫度變化，活塞下移h/2，體積減為原來一半，壓強不變，故溫度也變為原來一半，氣體分子平均速率減小，此過程中，外界對氣體做功，氣體的內能減少，根據熱力學第一定律可知氣體放熱.

點評：本題考查氣體的壓強、理想氣體的狀態方程、熱力學第一定律等知識.

3.考查氣體實驗定律和狀態方程的應用

求解這類考題的關鍵是選取合適的研究對象，分清氣體的始末狀態參量，再由氣體狀態方程列式求解.

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

解析：設氣缸的橫載面積為S，沙子倒在活塞上后，對氣體產生的壓強為Δp，由玻意耳定律得phS=（p+Δp）h-14hS① 解得Δp=13p②

外界的溫度變為T后，設活塞距底面的高度為h′.根據蓋一呂薩克定律，得

h-14hST0=h′ST③

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

聯立②④⑤⑥式得V=9mghT4pT0.⑦

點評：此題考查玻意耳定律和蓋一呂薩克定律，求解的關鍵是弄清始末的狀態參量，再由兩實驗定律列方程.

例7.（2014年高考全國Ⅱ卷考題）如圖4所示，兩氣缸A、B粗細均勻、等高且內壁光滑，其下部由體積可忽略的細管連通：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，活塞下方充有氮氣，活塞a上方充有氧氣.當大氣壓為p0、外界和氣缸內氣體溫度均為7 ℃且平衡時，活塞a離氣缸頂的距離是氣缸高度的14，活塞b在氣缸正中間.

（i）現通過電阻絲緩慢加熱氮氣，當活塞b恰好升至頂部時，求氮氣的溫度；

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

解析：（i）活塞b升至頂部的過程中，活塞a不動，活塞a、b下方的氮氣經歷等壓過程，設氣缸容積為V0，氮氣初態體積為V1，溫度為T1，末態體積為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式和題給數據得T2=320 K.④

（ii）活塞b升至頂部后，由于繼續緩慢加熱，活塞a開始向上移動，直到活塞上升的距離是氣缸高度的116時，活塞a上方的氧氣經歷等溫過程，設氧氣初態體積為V′1，壓強為p′1，末態體積 V′2，壓強p′2 ，由題給數據和玻意耳定律有V′1=14V0，p′1=p0，V′2=316V0⑤

p′1V′1=p′2V′2⑥ 得p′2=43p0.⑦

點評：判斷氮氣經歷等壓過程和活塞a上方的氧氣經歷等溫過程再求出狀態參量是解決此題的關鍵。

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.向浮筒內充入一定量的氣體，開始時筒內液面到水面的距離h1=40 m，筒內氣體體積V1=1 m3.在拉力作用下浮筒緩慢上升，當筒內液面到水面的距離為h2時，拉力減為零，此時氣體體積為V2，隨后浮筒和重物自動上浮，求V2和h2.

已知大氣壓強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.不計水溫變化，筒內氣體質量不變且可視為理想氣體，浮筒質量和筒壁厚度可忽略.

解析：當F=0時，由平衡條件得Mg=ρg（V0+V2）①

代入數據得V2=2.5 m3②

設筒內氣體初態、末態的壓強分別為p1、p2，由題意得

p1=p0+ρgh1③ p2=p0+ρgh2④

在此過程中筒內氣體溫度和質量不變，由玻意耳定律得p1V1=p2V2⑤

聯立②③④⑤式，代入數據得h2=10 m⑥

點評：此題主要考查了玻意耳定律和平衡問題，是氣體與力學的綜合問題，求解思路是，由氣體為研究對象根據氣體實驗定律列式；然后以封閉氣體的活塞為研究對象運用平衡條件列力學方程.