看歷年《選修3—3》高考試題定2019年備考復(fù)習(xí)重點

■山東省博興第二中學(xué) 田家富

一、近五年高考對《選修3—3》考查情況的統(tǒng)計

表1

二、命題特點

從近五年的高考試卷統(tǒng)計可以看出，分子動理論、氣體壓強(qiáng)的微觀解釋、晶體與非晶體的特點、液體的表面張力、飽和汽與飽和汽壓、熱力學(xué)第二定律的理解、理想氣體各物理參量間的圖像關(guān)系等考點，常常以五選三選擇題的形式出現(xiàn)，評分標(biāo)準(zhǔn)采用的是選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分；每選錯1個扣3分，最低得分為0分。氣體實驗定律和狀態(tài)方程的應(yīng)用常常以計算題的形式出現(xiàn)，往往涉及一部分氣體或關(guān)聯(lián)的兩部分氣體，依托活塞、液柱、圖像等要求利用力的平衡條件計算氣體的壓強(qiáng)，利用活塞、液柱的移動現(xiàn)象，以及數(shù)學(xué)中的幾何關(guān)系求解變化前后氣體的體積，題目形式基本固定，側(cè)重考查考生的綜合分析推理能力和數(shù)學(xué)運算能力，但有時也會出現(xiàn)綜合性較強(qiáng)、物理量較多、變化過程較復(fù)雜的題目，同學(xué)們在備考復(fù)習(xí)中應(yīng)加以重視。

三、命題趨勢和應(yīng)對策略

預(yù)計2019年高考對本部分內(nèi)容的考查仍會由熱學(xué)基礎(chǔ)知識組成選擇題，由氣體實驗定律相關(guān)知識命制計算題，難點仍體現(xiàn)在氣體壓強(qiáng)的計算、體積的變化、過程的確定這幾個方面上。另外，為了突出物理核心素養(yǎng)，還會出現(xiàn)以科技前沿、社會熱點及與生產(chǎn)生活聯(lián)系的問題為情境的題目，以考查考生提取物理信息，創(chuàng)建物理模型，利用氣體實驗定律和狀態(tài)方程相關(guān)知識求解實際問題的能力。解答選擇題，需要抓住本部分內(nèi)容的基礎(chǔ)，強(qiáng)化理解性記憶，明確選擇題的得分方法，確保得到基礎(chǔ)分5分。解答計算題，應(yīng)該遵照該部分內(nèi)容的解題步驟，養(yǎng)成善于畫圖（氣體的狀態(tài)圖、幾何圖等）、確定狀態(tài)參量、充分利用幾何關(guān)系找體積、對關(guān)聯(lián)物體（活塞、液柱等）正確進(jìn)行受力分析、列共點力作用下物體平衡方程求壓強(qiáng)等方法和策略，爭取得到滿分10分。

四、高頻考點能力突破

1.考查分子動理論、內(nèi)能及熱力學(xué)定律等基礎(chǔ)知識的保分類試題。

（1）估算問題：

③兩種分子模型：

立方體模型：V=a3（適用于估算氣體分子間距）。

（2）反映分子運動規(guī)律的兩個實例：

表2

（3）對熱力學(xué)定律的理解：

①改變物體內(nèi)能的方式有兩種，只敘述一種改變方式是無法確定內(nèi)能變化的。

②熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W中W和Q的符號可以這樣確定：只要此項改變對內(nèi)能增加有正貢獻(xiàn)的即為正，反之為負(fù)。

③對熱力學(xué)第二定律的理解：熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體，也可以從單一熱源吸收熱量全部轉(zhuǎn)化為功，但不引起其他變化是不可能的。

例1（2018·全國Ⅱ卷）對于實際的氣體，下列說法中正確的是____。

A.氣體內(nèi)能包括氣體分子的重力勢能

B.氣體內(nèi)能包括分子之間相互作用的勢能

C.氣體內(nèi)能包括氣體整體運動的動能

D.氣體體積變化時，其內(nèi)能可能不變

E.氣體內(nèi)能包括氣體分子熱運動的動能

解析：氣體的內(nèi)能等于所有分子熱運動的動能和分子之間勢能的總和，故選項A、C錯，B、E對。根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知，改變內(nèi)能的方式有做功和熱傳遞，氣體的體積發(fā)生變化時，其內(nèi)能可能不變，選項D正確。

答案：BDE

例2（2017·全國Ⅰ卷）氧氣分子在0℃和100℃溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖1中兩條曲線所示。下列說法中正確的是____。

圖1

A.圖中兩條曲線下面積相等

B.圖中虛線對應(yīng)于氧氣分子平均動能較小的情形

C.圖中實線對應(yīng)于氧氣分子在100℃時的情形

D.圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目

E.與0℃時相比，100℃時氧氣分子速率出現(xiàn)在0～400m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大

解析：溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度升高，分子的平均動能增加，不同溫度下相同速率的分子所占比例不同，溫度越高，速率大的分子所占比例越高，故虛線是0℃對應(yīng)的曲線，實線是100℃對應(yīng)的曲線，曲線下的面積都等于1。

答案：ABC

例3（2016·全國Ⅰ卷）關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法中正確的是____。

A.氣體吸熱后溫度一定升高

B.對氣體做功可以改變其內(nèi)能

C.理想氣體等壓膨脹過程一定放熱

D.熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體

E.如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡

解析：氣體吸熱后，若再對外做功，則溫度可能降低，選項A錯誤。改變氣體內(nèi)能的方式有兩種，即做功和熱傳遞，選項B正確。理想氣體等壓膨脹的過程是吸熱過程，選項C錯誤。根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，選項D正確。如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡，否則就不會與第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，選項E正確。

答案：BDE

2.考查固體、液體、氣體和物態(tài)變化等基礎(chǔ)知識的保分類試題。

（1）晶體和非晶體：

表3

（2）液晶的性質(zhì)：液晶是一種特殊的物質(zhì)，既可以流動，又可以表現(xiàn)出單晶體的分子排列特點，在光學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性。

（3）液體的表面張力：使液體表面有收縮到球形的趨勢，表面張力的方向跟液面相切。

（4）飽和汽壓的特點：液體的飽和汽壓與溫度有關(guān)，溫度越高，飽和汽壓越大，且飽和汽壓與飽和汽的體積無關(guān)。

（5）相對濕度：某溫度時空氣中水蒸氣的實際壓強(qiáng)與同溫度水的飽和汽壓的百分比。

（6）氣體狀態(tài)參量：

例4（2018·全國Ⅲ卷）如圖2所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如p-V圖中從a到b的直線所示。在此過程中____。

圖2

A.氣體溫度一直降低

B.氣體內(nèi)能一直增加

C.氣體一直對外做功

D.氣體一直從外界吸熱

E.氣體吸收的熱量一直全部用于對外做功

解析：一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b的過程中，由理想氣體的狀態(tài)方程可知，T＞T，即氣體的溫度ba一直升高，選項A錯誤。根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)可知，氣體的內(nèi)能一直增加，選項B正確。因為從狀態(tài)a到狀態(tài)b的過程中氣體的體積增大，所以氣體一直對外做功，選項C正確。根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知，從狀態(tài)a到狀態(tài)b的過程中氣體一直從外界吸熱，選項D正確。氣體吸收的熱量一部分用于增加內(nèi)能，一部分用于對外做功，選項E錯誤。

答案：BCD

3.考查氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程等多維探究類知識的試題。

（1）壓強(qiáng)的計算：研究被活塞封閉在汽缸內(nèi)的氣體時，通常分析活塞或汽缸的受力情況，應(yīng)用平衡條件求解；研究被液柱封閉在細(xì)管內(nèi)的氣體時，通常分析液柱的受力情況，應(yīng)用平衡條件求解。

（2）強(qiáng)化記憶氣體實驗定律和狀態(tài)方程：等溫變化，玻意耳定律，公式為p1V1=p2V2；等容變化，查理定律，公式為；等壓變化，蓋-呂薩克定律，公式為；理想氣體的狀態(tài)方程，公式為。

（3）利用氣體實驗定律及狀態(tài)方程解決問題的基本思路：

題型一：“活塞”模型

求被活塞封閉氣體的壓強(qiáng)時，一般以活塞為研究對象，分析它受到的氣體壓力及其他各力，列出力的平衡方程，求解壓強(qiáng)。如圖3所示，活塞靜止于內(nèi)壁光滑的汽缸中，活塞質(zhì)量為m，橫截面積為S，被封閉氣體的壓強(qiáng)為p，大氣壓強(qiáng)為p0，則活塞的受力情況如圖所示，由平衡條件得pS=p0S+mg，解得p=p0+。

圖3

例5（2018·全國Ⅱ卷）如圖4所示，一豎直放置的汽缸上端開口，汽缸壁內(nèi)有卡口a和b，a、b間距為h，a距缸底的高度為H；活塞只能在a、b間移動，其下方密封有一定質(zhì)量的理想氣體。已知活塞質(zhì)量為m，面積為S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均絕熱，不計它們之間的摩擦。開始時活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，上、下方氣體壓強(qiáng)均為p0，溫度均為T0。現(xiàn)用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體，直至活塞剛好到達(dá)b處。求此時汽缸內(nèi)氣體的溫度及在此過程中氣體對外所做的功。重力加速度為g。

圖4

解析：因為活塞處于平衡狀態(tài)，所以可以利用平衡條件求出封閉氣體的壓強(qiáng)，然后找到不同狀態(tài)下氣體參量，計算溫度或體積。

開始時活塞位于a處，加熱后，汽缸中的氣體先經(jīng)歷等容過程，直至活塞開始運動。設(shè)活塞剛開始運動時汽缸中氣體的溫度為T1，壓強(qiáng)為p1，根據(jù)查理定律得，根據(jù)力的平衡條件得p1S=p0S+mg，解得。此后，汽缸中的氣體經(jīng)歷等壓過程，直到活塞剛好到達(dá)b處，設(shè)此時汽缸中氣體的溫度為T2，活塞位于a處和b處時氣體的體積分別為V1和V2，根據(jù)蓋-呂薩克定律得，式中V=SH，V=S（H+12h），解得。從開始加熱到活塞剛好到達(dá)b處的過程中，封閉氣體對外做的功W=（p0S+mg）h。

題型二：“液柱”模型

求被液柱封閉氣體的壓強(qiáng)時，一般以液柱為研究對象進(jìn)行分析受力，列平衡方程。注意：①液體因重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)大小p=ρgh（其中h為至液面的豎直高度）；②不要漏掉大氣壓強(qiáng)，同時又要盡可能平衡掉某些大氣的壓力；③有時可以直接應(yīng)用連通器原理——連通器內(nèi)靜止的液體，同種液體在同一水平面上各處壓強(qiáng)相等；④當(dāng)液體為水銀時，可靈活應(yīng)用壓強(qiáng)單位“cmHg”等，使計算過程簡捷。

例6（2016·上海卷）如圖5所示，兩端封閉的直玻璃管豎直放置，一段水銀將管內(nèi)氣體分隔為上下兩部分A和B，上下兩部分氣體初始溫度相等，且體積VA＞VB。

（1）若A、B兩部分氣體同時升高相同的溫度，水銀柱將如何移動?

某同學(xué)解答如下：

圖5

上述解答是否正確?若正確，請寫出完整的解答；若不正確，請說明理由并給出正確的解答。

（2）在上下兩部分氣體升高相同溫度的過程中，水銀柱位置發(fā)生變化，最后穩(wěn)定在新的平衡位置，A、B兩部分氣體始末狀態(tài)壓強(qiáng)的變化量分別為ΔpA和ΔpB，分析并比較二者的大小關(guān)系。

解析：（1）不正確。水銀柱移動的原因是升溫后，壓強(qiáng)變化造成受力平衡被破壞，因此應(yīng)該假設(shè)氣體體積不變，由壓強(qiáng)變化判斷移動方向。

（2）升溫前有pB=pA+ph（ph為水銀柱壓強(qiáng)），升溫后同樣有pB′=pA′+ph，兩式相減得ΔpA=ΔpB。

題型三：“兩團(tuán)氣”模型

求解多個系統(tǒng)相互聯(lián)系的定質(zhì)量氣體問題時，往往需要以壓強(qiáng)建立起系統(tǒng)間的關(guān)系，確定各個系統(tǒng)的變化性質(zhì)，分別應(yīng)用相應(yīng)的實驗定律列式求解各個系統(tǒng)的壓強(qiáng)、體積、溫度等物理參量。

例7（2018·全國Ⅲ卷）如圖6所示，在兩端封閉、粗細(xì)均勻的U形細(xì)玻璃管內(nèi)有一股水銀柱，水銀柱的兩端各封閉有一段空氣。當(dāng)U形管兩端豎直朝上時，左、右兩邊空氣柱的長度分別為l1=18.0cm和l2=12.0cm，左邊氣體的壓強(qiáng)為12.0cmHg。現(xiàn)將U形管緩慢平放在水平桌面上，沒有氣體從管的一邊通過水銀逸入另一邊。求U形管平放時兩邊空氣柱的長度。在整個過程中，氣體溫度不變。

圖6

解析：設(shè)U形管兩端豎直朝上時，左、右兩邊氣體的壓強(qiáng)分別為p1和p2，U形管水平放置時，兩邊氣體壓強(qiáng)相等，設(shè)為p，此時原左、右兩邊氣體長度分別變?yōu)閘1′和l2′，如圖7所示。由平衡條件得p1=p2+ρg（l1-l2），式中ρ為水銀密度，g為重力加速度。由玻意耳定律得p1l1=pl1′，p2l2=pl2′，l1′-l1=l2-l2′。聯(lián)立以上各式解得l1′=22.5cm，l2′=7.5cm。

圖7

題型四：異類題型

此類型試題涉及的知識、方法等綜合性較強(qiáng)，求解時不能局限于常規(guī)的“氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程”的方法，思路要開闊，方法要靈活。

例8（2016·全國Ⅰ卷）在水下氣泡內(nèi)空氣的壓強(qiáng)大于氣泡表面外側(cè)水的壓強(qiáng)，兩壓強(qiáng)差Δp與氣泡半徑r之間的關(guān)系為，其中σ=0.070N/m。現(xiàn)讓水下10m處一半徑為0.50cm的氣泡緩慢上升。已知大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa，水的密度ρ=1.0×103kg/m3，重力加速度大小g=10m/s2。

（1）求在水下10m處氣泡內(nèi)外的壓強(qiáng)差。

（2）忽略水溫隨水深的變化，在氣泡上升到十分接近水面時，求氣泡的半徑與其原來半徑之比的近似值。

解析：（1）當(dāng)氣泡在水下h=10m處時，設(shè)其半徑為r1，氣泡內(nèi)外壓強(qiáng)差為Δp1，則。

（2）設(shè)氣泡在水下10m處時，氣泡內(nèi)空氣的壓強(qiáng)為p1，氣泡體積為V1；氣泡到達(dá)水面附近時，氣泡內(nèi)空氣的壓強(qiáng)為p2，氣泡內(nèi)外壓強(qiáng)差為Δp2，氣泡體積為V2，半徑為r2。氣泡在上升過程中溫度不變，根據(jù)玻意耳定律得p1V1=p2V2，由平衡條件得p1=p0+ρgh+Δp1，p2=p0+Δp2，氣泡的體積V1和V2分別為，解得。因為Δp?p，i=i01，2，所以可略去上式中的Δpi項。代入數(shù)據(jù)解得。