解决热学U型管问题的 “三步曲”

周胜

摘  要：从全国卷热学考题出发，分析了学生在解决关于热学U型管问题时容易出现的错误，提出解决此类常见问题的“三步曲”。

关键词：高考;热学;U型管模型

在2019年高考考试大纲关于选修3-3热学的考点中，只有气体实验定律为II级要求，即要求考生能够理解并运用气体实验定律解决相关实际问题。在2019年高考中，全国三套试卷中的选考第33题第2小问，完全遵循考试大纲的要求，分别从不同角度考查了学生对气体实验定律的运用。全国卷I以实际生产、生活中用于材料加工的热等静压设备为背景，要求学生根据题意建立恰当的气体变化模型，运用气体实验定律解决相应问题。全国卷II则以连通的气缸活塞为模型背景，学生在平时的考试或者练习中也见过此类模型，因此并不陌生。通过对活塞的受力分析和对气体的变化过程分析，可以解决相关问题。全国卷III以玻璃管模型对学生的能力以及学科素养进行考查，这一模型学生也比较熟悉，通过分析玻璃管中封闭气体倒置前后的压强变化，利用玻意耳定律可以解决细管的长度问题，加热封闭气体，气体压强不变，利用盖-吕萨克定律可以求出密封气体的最终温度。

1    原题呈现

（2019年全国卷III） 如图1，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段高度为2.0 cm的水银柱，水银柱下密封了一定量的理想气体，水银柱上表面到管口的距离为2.0 cm。若将细管倒置，水银柱下表面恰好位于管口处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同，已知大气压强为76 cmHg，环境温度为296 K。……