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浅谈热学命题特点及热学备考方法

2020-01-08 439 上传者：管理员

摘要：文章对高考热学命题的特点进行了阐述,并提出了热学备考策略,尝试从司空见惯的气体现象切入热学考点,从生活中寻找与高中热学知识相关的物理情景与模型,研究原创的高考热学生活类试题,以期为高效备考助力。

关键词：
备考
热学
物理观念
资源
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1、引言

物理观念是物理学家经历长期的实践和理论研究,概括总结出的对物理世界的根本认识,也是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华;是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。高考要求学生应具有清晰的物理观念,能从物理学的视角正确描述和解释自然现象,能综合应用物理知识解决实际问题,能指导工作和生活实践。生活即物理,物理的考查就应加强物理与实际生活的联系,以现代生活实例和现代科技应用为立意的应用型问题已成为高考物理命题的趋势,理论联系实际成为高考改革的一个永恒主题。以热学部分为例,命题的热点多集中分子动理论的内容,分子的内能,热力学定律,气体的体积、温度、压强之间的关系,因为热学气体现象与人们的生产和生活密切联系,在高考物理试题中有淋漓尽致的表现。因此要充分发掘资源,做好热学备考。

2、发掘课本资源

高考命题是“源于教材,高于教材”,课本就是高考题目的“源”。近几年的高考题中经常出现利用课本上的原图或演示实验,通过改变教材里的叙述表达形式来进行考查。

2.1 发掘中学物理课本

高考备考最佳的办法就是读透物理课本,高考命题组的总结中常常有某些试题源于课本,或稍加改造,或做拼合,或稍做提高,如图1中的装置图,考点的切入可以是热力学第一定律,可以是气体状态参量之间关系,由于这是传统的实验方法,笔者不意展开,下面着意以新的视觉寻找新的命题资源。

如初中物理课本的金属空盒气压计见图2,可做为热学考查的切入点,弹性金属做成的薄膜空盒作为金属空盒气压计的感应元件,利用弹性应力与大气压力相平衡的原理,以它形变的位移测定气压。我们以密封在金属膜片空盒内的气体为对象,它的变化可以有很多命题切入点。

2.2 发掘中学化学课本

作为高考备考者,关注物理课本已不足以应对当今高考,学科的综合常被作为试题设计的亮点加以“显耀”,我们只得顺应历史的潮流把目光放远些,关注化学等学科。如氨气溶水的喷泉实验见图3,当向烧瓶中挤入少许水后,立即形成红色美丽的喷泉,形成喷泉实验最关键条件———改变瓶内气压。如果少了胶头滴管的装置,又如何使它形成喷泉?可以打开夹子,用手或热毛巾等将烧瓶捂热,氨气受热膨胀,排出玻璃管内空气,冷却后就会形成喷泉。看似化学的问题,其中的气体知识可谓是非常丰富,如影响气体压强的因素等。

还有如检查容器气密性(如图4)的操作,无不都可作为物理热学问题的原型,这里也不再一一说明。

2.3 发掘大学物理课本高考命题专家更熟悉的是大学课本,大学物理课本某些实验也可变成高考题目的素材,如《普通物理学》第一册,测量空气比热容的主要装置如图5所示,其过程也是复杂的。但实验的某一过程利用高中物理知识完全可以理解,如“迅速关闭活塞C2,由于此过程进行得迅速,可以认为是绝热的,此时瓶内温度会有所下降。当贮气瓶内空气的温度上升至T0(室温)时记下贮气瓶内气体的压强P2”。这一过程高考的切入点就很多很多,可设计热学考题。

3、发掘生活资源

我们知道,高考命题的落脚点有时恰恰是陪在我们身边的用品或现象,因此高考备考要联系生活实际,关注社会热点。注意观察生活现象,有意识积累生活、生产中与物理有关的素材,不断提高分析物理现象和应用物理知识解决实际问题的能力。

3.1 关注“人”

关注生活,首先关注自己的身体,如自己的呼吸,如图6吸气时,膈肌扩张运动,扩大胸腔体积,肺舒张,体积变大,气压变小,小于外界大气压,空气在大气压的作用下被压入肺里,即为吸气;相反,呼气时,肺收缩,体积变小,气压变大,大于外界大气压,空气在肺中气压的作用下被从肺中压出。胸腔内体积的变化,正是造成气压变化的原因,这一生理过程中隐含的物理知识是显而易见的。经由命题者的挖掘也能通过生理活动考查气体的有关知识。

例:图6为人的呼吸系统示意图,吸气时,膈肌扩张运动,胸腔体积增大。如果闭住气做吸气动作时,胸腔内密闭有一定质量的气体,设胸腔内气体不与人体发生热交换,这一过程中胸腔内气体

A.压强增大,内能增大

B.压强增大,内能减小

C.压强减小,内能增大

D.压强减小,内能减小

3.2 关注生活中的“行”

广泛应用在山地自行车及汽车上的气压减震器就是利用密封的气体代替了弹簧作为避震介质实现避震的,其优点有:轻且舒适。简单的采用单缸,高端的采用正负气压,如图7,它利用封气活塞将工作缸分成主气室和辅气室。气室充有高压氮气。当车轮上下跳动时,减震器的工作活塞在缸筒内做往复运动,使工作活塞的上腔和下腔之间产生气压差,产生较大的阻尼力,使振动衰减。如果我们研究主气室,抽象为一个打气筒,学生还是能理解减震的道理,同样设计问题的切入点也是丰富的、多样的。

3.3 关注生活中的“玩”

很多玩具的设计就是对物理原理的运用,它是科技改变生活的简单反映。有一种超级水枪(如图8),有两个贮水箱(图中标为A和B),两者通过管道连通。给水枪“装弹”时,只是给容量较大的贮水箱(A)灌水。水枪准备喷射时,反复拉动水泵把手(C)几次,每次从大贮水箱将水推入小贮水箱,就会向上推挤小贮水箱内部的所有空气,使其压力远高于水枪外的空气压力。当向后扣拉扳机时,贮水箱B有足够大的压力,水就会以极高的速度喷射。操作过程虽然复杂,但如果我们研究B箱的变化,箱内气体变化的对应的物理过程相当明确。命题要是从这里入手也可打造出有品味的题目。

3.4 关注生活中的“乐”

香槟是一种庆祝佳节用的酒,由于打开的时候泡沫四散,还有声响,增加欢乐气氛,常出现汽车拉力赛庆祝、婚礼等各种庆祝场合。如图9,浸润软木塞有效地封闭在酒瓶内的气体,在外界条件变化时,瓶内压强可相当于汽车轮胎内压强的3倍。在德国西北部的C技术大学进行实验表明,用力摇晃一瓶香槟,将产生0。25MPa压强,软木塞喷出的速度达到40Km/h。软木塞喷射的速度理论上可以达到100Km/h。要达到这个速度,只需将香槟置于太阳下长时间暴晒能达到此效果。根据上述这段话,就能设计考查气体压强,气体对外做功的好题目。

例:图9为密封良好的香槟,用力摇晃香槟产生大量气体,在软木塞未松动之前,关于瓶内气体说法正确的是

A.气体压强增大,是因为其温度升高

B.气体压强增大,是因为单位体积气体分子数目变大

C.气体压强不变,是因为气体不对木塞做功

D.气体压强不变,是因为气体没有吸收热量

3.5 关注生活中的“科技”

客车车门系统当压缩气体进入左边气缸,会把活塞向右推,右边汽缸的封闭气体被压缩时压强会增大,同时通过传动机构将车门打开;但车门只能徐徐地打开。当压缩气体进入右边气缸时,会把活塞向左推,同时通过传动机构将车门关闭。以左、右两边气缸内气体为研究,可以考查热学中气体的有关考点,如图10所示。

4、结束语

在我们的生活周围,只要我们留心观察,总能找到所需的物理情景或模型,如高压锅、气垫鞋、空气压缩机、吹出的肥皂泡……都能作为热学试题的情景,从中原创的试题立意新,又能紧密联系生活,还能更好考查我们学生运用物理知识解释生活现象的能力,更能激励学生学习物理的兴趣。以上只是笔者在热学备考中的一个尝试,远没有命题专家们目光的那种独到,但我相信生活中考热学是一种信号,是一种方向,这种尝试将是有益的。

参考文献:

[1]顾祖恩.教学情境设计[M].上海:上海科技教育出版社,2013.

[2]吴国勇.自制教具与创新实验永无止境[J].中学物理,2013,31(4):36-38.

夏良英.渗透物理观念发掘教学资源——从热学命题特点谈热学备考策略[J].中学物理(高中版),2019,37(12):55-57.