重视基础知识 突出核心素养
——2022年高考全国甲卷第33题评析

■湖北省汉川市第一高级中学 刘林华

2022年高考全国甲卷理科综合中的物理试题联系时事热点,重视书本与现实的联系,注重考查物理基本知识,体现了高考“立德树人、服务选才、引导教学”的核心功能。其中第33 题重点考查了物理观念和科学思维,既呈现了课本知识,又锻炼了科学思维。

一、高考真题赏析

题目：(1)一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如图1的p-T图像中从a到b的线段所示。在此过程中_____。

图1

A.气体一直对外做功

B.气体的内能一直增加

C.气体一直从外界吸热

D.气体吸收的热量等于其对外做的功

E.气体吸收的热量等于其内能的增加量

(2)如图2所示,容积均为V0、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中;两汽缸的底部通过细管连通,汽缸A的顶部通过开口C与外界相通;汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分,其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为。环境压强保持不变,不计活塞的质量和体积,忽略摩擦。

图2

(ⅰ)将环境温度缓慢升高,求汽缸B中的活塞刚到达汽缸底部时的温度。

(ⅱ)将环境温度缓慢升高至2T0,然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体,求汽缸A中的活塞到达汽缸底部后,汽缸B内第Ⅳ部分气体的压强。

解析：(1)根据p-T图像可知,理想气体从状态a到状态b做等容变化,气体不做功(W=0),选项A 错误。理想气体的内能由温度决定,从状态a到状态b,温度一直在升高,气体的内能一直增加(ΔU＞0),选项B 正确。根据热力学第一定律ΔU=Q+W和对A、B两选项的分析得ΔU=Q＞0,即选项C、E 正确,D 错误。答案为BCE。

(2)(ⅰ)因为活塞的质量不计,汽缸B中的活塞刚到达汽缸底部时pⅠ=pⅡ=pⅢ=pⅣ=p0,所以将环境温度缓慢升高,汽缸内的气体做等压变化,对汽缸B内第Ⅳ部分气体应用盖-吕萨克定律得其中V1=V0-,解得。

(ⅱ)设当汽缸A中的活塞到达汽缸底部时第Ⅲ部分气体的压强为p,因为活塞的质量不计,所以此时汽缸B内第Ⅳ部分气体的压强也等于p。设此时第Ⅳ部分气体的体积为V,则第Ⅱ、Ⅲ两部分气体被压缩的体积为V0-V,对第Ⅳ部分气体应用理想气体状态方程得,对第Ⅱ、Ⅲ两部分气体应用理想气体状态方程得,解得。

二、试题评析

1.考点集中,注重基础。

2022年高考全国甲卷理科综合中的第33题的题型仍为常规的多选题(五选三)+计算题,考查的知识点集中在《气体》和《热力学定律》,涉及《分子动理论》中的内能,没有考查《物态和物态变化》。试题难度适中,突出了“回归课本”的高考改革指导思想,有力地支持了“双减”政策的实施。

2.突显物理观念,重视科学思维。

2022年高考全国甲卷理科综合中的第33题(1)问突出考查物理观念,要求考生从相互作用、能量等角度去思考问题和解决问题,只要能够运用基本的公式从能量角度分析,就可以选出正确答案;(2)问突出对科学思维的考查,从解答过程可以看出(ⅰ)(ⅱ)两小问均仅用一个物理定律即可解决,难点是如何运用物理思维去审题,弄清各部分气体的压强、体积和温度的关系。

三、拓展延伸

拓展：如图3所示,A、B为两个横截面积均为S的圆筒形导热汽缸,两汽缸内分别有一个轻质活塞a、b,两汽缸底部用带有阀门K1的细管连通,汽缸A的体积为V0,上部装有阀门K2。打开阀门K2,向汽缸A中压入压强为80p0(p0为大气压强)的压缩空气后关闭阀门K2,打开阀门K1,使之与大气连通,调整活塞b的位置,当汽缸B中的气体体积为V0时关闭阀门K1。用水平外力F向左缓慢推动活塞b,当汽缸B中的气体体积为时,保持活塞b静止不动。不计活塞的厚度和细管的体积,不计活塞与汽缸壁之间的摩擦,以及环境温度的变化,所有气体均视为理想气体。

图3

(1)求活塞b保持静止时,水平外力F的大小。

(2)若活塞b刚好被推到汽缸B的最左侧时保持静止,求此时外力F的大小。

解析：(1)假设此时活塞a未动,即汽缸B中的气体未进入汽缸A。选汽缸B中的气体为研究对象,根据玻意耳定律得p0V0=,解得p1=10p0＜80p0,假设成立。选活塞b为研究对象,根据平衡条件得p0S+F=p1S,解得F=9p0S。

(2)当活塞b刚好被推到汽缸B最左端时,设活塞a下方气体的体积为V,压强为p2,根据玻意耳定律得p0V0=p2V。选活塞a上方气体为研究对象,设其压强为p3,根据玻意耳定律得80p0V0=p3(V0-V)。选活塞a为研究对象,根据平衡条件得p2S=p3S。选活塞b为研究对象,根据平衡条件得F'=p2S-p0S。联立以上各式解得F'=80p0S。

点评:本题的难度高于2022年高考全国甲卷理科综合中第33 题的(2)问。本题(1)问在压缩汽缸B中封闭气体时要讨论活塞a是否会移动,从而确定汽缸B中封闭气体体积的大小;(2)问与第33题(2)问(ⅱ)小问的解法一致,需要通过对活塞a的受力分析,找到活塞a上下两部分气体压强的大小关系,并分别对这两部分气体运用气体实验定律,解方程组得出最终答案。需要注意的是研究对象的合理选取。

四、备考建议

1.回归课本,聚集主干知识,重视物理观念训练。

高三阶段的复习不能演变成题海战术。适当的练习有助于知识的巩固,但不能本末倒置。物理学习更多的是以物理观念为基础,建立物理模型,培养物理学科核心素养。这就要求同学们必须重视课本,回归课本,自主构建主干知识网络,以实现物理知识系统的条理化。

2.举一反三,注重变式题训练,加强科学思维培养。

物理题目千变万化,如果不能做到认真归纳和举一反三,那么同学们的学习必定会变得异常烦琐。同学们在熟练掌握课本知识的前提下,应该通过典型问题的训练,完成一类问题的分析、归纳与迁移,培养物理科学思维,从而达到事半功倍的学习效果。