高中物理易錯題分析——熱學(xué) 【內(nèi)容與方法】 本單元內(nèi)容包括兩部分，一是微觀分子動力學(xué)理論部分，二是宏觀氣體狀態(tài)變化規(guī)律。分子動力學(xué)理論部分包括分子動力學(xué)理論的基本觀點、分子熱運動的動能、分子間相互作用的勢能和物體的內(nèi)能，以及分子間相互作用力的變化規(guī)律和變化規(guī)律物體的內(nèi)能。能量轉(zhuǎn)換和守恒定律等基本定律；氣體狀態(tài)變化規(guī)律包括與熱力學(xué)溫度、理想氣體和氣態(tài)參數(shù)有關(guān)的概念，以及理想氣體的等溫、等容、等壓過程的特征和規(guī)律（包括公式和圖解等兩種描述方法）。本單元涉及的基本方法是理想化模型法，將微觀分子的形狀視為分子動力學(xué)理論中的理想球體，這是通過阿伏加德羅常數(shù)估算微觀量的基礎(chǔ)；在氣體狀態(tài)變化規(guī)律中，將實際氣體視為沒有實際分子體積、沒有相互作用力的理想氣體，從而可以在允許的誤差范圍內(nèi)大大簡化氣體狀態(tài)變化規(guī)律。 【例題分析】在應(yīng)用本單元知識的過程中，初學(xué)者常犯的錯誤主要體現(xiàn)在：對更抽象的分子熱運動動能、分子相互作用勢能、分子相互作用勢能理解不夠。分子間相互作用力的變化規(guī)則。 ，導(dǎo)致這些微觀量和規(guī)律與物體的宏觀溫度和體積之間無法建立正確的關(guān)系。對于宏觀氣體狀態(tài)的分析，學(xué)生的問題通常體現(xiàn)在氣體壓力分析計算困難，導(dǎo)致氣體狀態(tài)定律應(yīng)用出現(xiàn)錯誤；此外，該單元涉及使用圖像方法來描述氣體。國家法律發(fā)生變化。關(guān)于pV、pT、VT圖的理解，有些同學(xué)只關(guān)注圖像的形狀，不能很好地理解圖像上的點、線、斜率等物理意義。因此，從圖像分析氣體溫度變化（內(nèi)能變化）和體積變化（做功）時會產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致利用圖像分析氣體內(nèi)能變化等問題出現(xiàn)困難。
例1 下列說法中，正確的是[]A。溫度低的物體內(nèi)能小 B. 溫度低的物體分子運動的平均速度小 C. 隨著加速物體的速度增大，物體分子的平均動能增大。 D.當外界對物體做功時，物體的內(nèi)能并不一定會增加【錯誤解法分析】錯誤解法1：因為溫度低，動能小，所以內(nèi)能小，故應(yīng)選A。低溫物體分子的平均動能較小。所以速度也很小。故應(yīng)選B。錯誤解釋三：從加速運動定律我們知道，物體的速度是由初速度、加速度和時間決定的。隨著時間的推移，速度一定會越來越快。根據(jù)動能公式，第一個錯誤答案是沒有充分考慮內(nèi)能。它是物體中所有分子的動能和勢能的總和。溫度低僅僅意味著物體分子的平均動能小，但并不意味著勢能也一定小。即所有分子的動能和勢能之和不一定小，所以選項A是錯誤的。事實上，由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不同，而動能不僅與速度有關(guān)，還與分子質(zhì)量有關(guān)，僅從一方面考慮問題不夠全面，所以選項B的錯誤答案也是錯誤的。第三個錯誤答案的原因是混淆了微觀分子的不規(guī)則運動和宏觀物體的運動的區(qū)別。分子的平均動能只是分子不規(guī)則運動的動能。當物體加速時，物體中的所有分子都參與物體整體的、有規(guī)律的運動。這時，雖然物體的整體運動越來越快，但這并不意味著分子的運動越來越快。經(jīng)常鍛煉的強度會加強。本質(zhì)上，分子不規(guī)則運動的強度只與物體的溫度有關(guān)，與物體的宏觀運動無關(guān)。
【正確答案】因為物體內(nèi)能的變化與兩個因素有關(guān)，即做功和傳熱。內(nèi)能是否變化必須從這兩方面綜合考慮。如果轉(zhuǎn)化為物體內(nèi)能的功等于或小于物體放出的熱量，則物體的內(nèi)能保持不變或減少。也就是說，當外界確實對物體做功時，物體的內(nèi)能并不一定會增加。選項D正確。實施例2 如圖7-1所示，將橫截面積為S的圓柱形容器垂直放置。金屬圓板A 上表面水平，下表面傾斜。下表面與水平面之間的角度為θ。圓板的質(zhì)量為M。忽略圓板A與容器內(nèi)壁之間的摩擦力，若大氣壓力為P0，則圓為 圓板封閉在容器內(nèi)的氣體的壓力p為等于[ ] 【錯誤解分析】 錯誤解一：由于圓板下表面傾斜，重力產(chǎn)生的壓力等于 錯誤解三：大氣壓力p0可以向各個方向傳遞貝語網(wǎng)校，所以氣體壓力應(yīng)包括 p0。重力產(chǎn)生的壓力應(yīng)垂直于接觸面的方向。因此，重力產(chǎn)生的壓力應(yīng)該是重力的分量Mg/cosθ，而不是Mg。第一個誤區(qū)是對壓力概念的理解不正確。錯誤解2雖然注意到重力分量Mg/cosθ產(chǎn)生壓力，但沒有考慮到錯誤解3在分解重力時是錯誤的。重力的一個分量應(yīng)該是 Mg/cosθ 而不是 Mgcosθ，因為另一個分量是 斜板的垂直面必須是垂直的，如圖 7-2 所示。因此，【正確答案】以金屬圓板A為對象，分析其應(yīng)力。從受力圖7-3可知，圓板A上垂直向下的力包括重力Mg和大氣壓力p0S。垂直向上的力為 Mg。正確答案應(yīng)該是D。
【總結(jié)】正如本題“解析解答”中所做的那樣，確定活塞封閉氣體壓力的一般方法是：以活塞為研究對象；分析活塞的受力；總結(jié)活塞的運動（通常是靜止狀態(tài)），列出活塞的受力方程（通常是力平衡方程）；通過求解該方程，可以確定氣體的壓力。實施例3 如圖7-4所示，在圓柱形導(dǎo)熱氣缸內(nèi)，用活塞密封部分空氣。活塞與缸壁密封且光滑。活塞上懸掛著一個彈簧秤，懸掛著整個氣缸。在天花板上。當外界溫度升高（大氣壓不變）時，[]A.彈簧刻度的指示變大。 B、彈簧刻度指示變小。 C、彈簧刻度指示不變。 D、條件不充分，無法判斷 【錯誤解分析】 錯誤解：對活塞進行受力分析，如圖7-5所示。由活塞平衡條件可知：F=mg+p0S-pS。當外界溫度升高時，氣體壓力增大，因此彈簧秤的繼電器F會變小，故答案應(yīng)為B。主要原因是對氣體壓力變化的判斷沒有仔細詳細分析，而是直觀地認為隨著溫度升高，壓力升高。 【正確答案】活塞受力分析不正確，F(xiàn)=mg+p0S-pS。現(xiàn)在我們需要討論氣體壓力的變化。以圓柱體為應(yīng)力分析對象，如圖7-6所示。由于M、S、P0都是不變量，所以當氣體溫度改變時高中物理易錯，氣體的壓力不改變。在此過程中氣體等壓膨脹。由此可見，彈簧秤的示值不變，正確答案為C。
【摘要】從這個問題的分析可以看出，在分析問題時，研究對象的選擇對于解決問題的方向起著至關(guān)重要的作用。本題如果要分析氣體壓力的變化，選擇氣缸作為研究對象比選擇活塞要方便得多。另外，如果本題僅分析彈簧秤示值的變化，則選擇整個氣缸和活塞作為研究對象更為方便。在氣缸加熱過程中，氣缸、氣體和活塞所受的重力保持不變，因此彈簧秤對它們的拉力不會改變。會發(fā)生變化，因此彈簧秤上的讀數(shù)保持不變。例4 假設(shè)一個氫氣球可以自由膨脹，以保持氣球內(nèi)外壓力相等。隨著氣球繼續(xù)上升，大氣壓隨高度降低，氣球會繼續(xù)膨脹。如果氫氣和大氣都可以視為理想氣體，并且可以忽略大氣的溫度、平均摩爾質(zhì)量、重力和速度隨高度的變化，那么氫氣球在上升過程中所受到的浮力為（填入“變大”或“變小”“沒有變化”）【錯誤分析】錯誤一：因為氣球上升時體積膨脹，所以浮力變大。誤區(qū)二：因為高空空氣稀薄，由于浮力的大小與氣球推開大氣的重力相等，所以當氣球上升到高空時，密度ρ減小，體積V減小。第一個解和第二個解都是單一的，不綜合考慮會導(dǎo)致誤解。 【正確答案】以氫氣為研究對象，設(shè)近地面和高空的壓力和體積h為p1。 、p2、V1 和 V2 分別。由于溫度不變，由波義耳定律可知：p1V1=p2V2 以大氣為研究對象，近地面和高空的壓力和大氣密度h分別為ρ1和ρ2（對應(yīng)氫氣）p1和p2 因為大氣的密度。和壓力都與高度有關(guān)。假設(shè)氫氣球在近地面和高空的浮力h分別為F1和F2。則F1=ρ1·g·V1F2=ρ2·gV2，所以正確答案是浮力不變。
【總結(jié)】如上所述，解決變革問題需要一一考慮各種變革因素，不能只看一方面而忽視另一方面。這個問題也可以用克拉佩龍方程來求解：在高度h處：氫的克拉佩龍方程，置換空氣的克拉佩龍方程，因為p、V、R和T都相同，所以同時①②我們得到： 我們知道，空氣和氫氣的摩爾質(zhì)量是恒定的，本題氣球中氫氣的質(zhì)量也是恒定的，所以排開的空氣的質(zhì)量不隨高度h的變化而變化，又因為重力加速度也是恒定的（從問題中我們知道），因此，氣球所施加的浮力保持不變。使用克拉佩龍方程來處理浮力和解決質(zhì)量問題通常很方便。例5：容積V=20L的鋼瓶充滿氧氣后，壓力p=30atm。打開鋼瓶閥門，將氧氣分配到體積V'=5L的小瓶中。如果小瓶已被抽空，則分配到小瓶中的氧氣壓力為P'=2atm。如果包裝過程中不漏氣，且溫度保持不變，則最多可灌裝的瓶子數(shù)量為：[]A。 4 瓶 B. 50 瓶 C. 56個瓶子 D. 60個瓶子 【錯解分析】 錯誤解：假設(shè)最多可充氣的瓶子數(shù)為n，利用波義耳定律可得：pV=np'V'，所以答案應(yīng)該是D。在上面的答案中，相信鋼瓶中的所有氣體都已被充入小瓶中。事實上，當鋼瓶內(nèi)的氣體壓力隨著灌裝過程的進行而降低時，當鋼瓶內(nèi)的氣體壓力下降到2個大氣壓時，小瓶就無法繼續(xù)灌裝。充氣至2個大氣壓，即充完最后一瓶氣后，氣瓶內(nèi)仍有一整瓶氣體，壓力為2個大氣壓。
【正確答案】設(shè)最多可灌裝的瓶子數(shù)為n。根據(jù)波義耳定律，我們得到：pV=p'V+np'V'。解為：n=56（瓶）。所以本題正確答案是C。 【總結(jié)】在解決物理問題時，我們不僅要用數(shù)學(xué)方法來處理，還要考慮物理問題的實際情況。任何物理問題的數(shù)學(xué)結(jié)果都必須受到物理事實的限制。因此，學(xué)習(xí)時不要把物理問題變成純數(shù)學(xué)很重要。實施例6 將內(nèi)徑均勻的U形細玻璃管一端封閉，如圖7-7所示。 AB段長30mm，BC段長10mm，CD段長40mm，DE段充水銀，DE=560mm，AD段充空氣。外部大氣壓為p0=1.01325×105Pa=。現(xiàn)在將400mm長的玻璃管從E處快速向上切開，平衡后管內(nèi)空氣柱的長度是多少？ 【錯解分析】 錯解：當從底部切去400mm時，空氣柱的壓力發(fā)生變化，壓力增大，在等溫條件下，體積減小，根據(jù)波義耳定律。初始狀態(tài)：p1=(760-560)= V1=(300+100+400)S=800S(mm) 3 最終狀態(tài)：p2=(760-160)=600(mmHg) V2=？解：L2=267mm，即空氣柱的長度為267mm。上面的回答似乎沒有什么問題。事實上，如果你想一想，你就會發(fā)現(xiàn)這個答案是不合理的。因為求解結(jié)果是空氣柱的長度為267mm，而AB段的總長度為300mm，這意味著水銀柱可能進入AB管，如果水銀進入水平BC管，則壓力為不再 (760-160) = ，因此高中物理易錯，答案是錯誤的。
【正確答案】首先，你需要確定剩余的水銀柱被切斷后會留在哪里。 (1)是否會停留在正確的垂直管道中。從前面的分析就可以看出，這是不可能的。 （2）垂直CE管內(nèi)是否會殘留部分汞柱，即如圖7-8所示？根據(jù)波義耳定律，200×800S=(760-x)[300+100-(160-x)]=(760-x)(240+x) 解為：x1==560mm。這兩個答案都與設(shè)置不一致，所以這種情況也是不可能的。 (3)水銀柱是否充滿BC管，如圖7-9所示。由波義耳定律可知：200×800S=(760+60)·L2·S。 L2=195mm的解顯然與實際結(jié)果不符。如果真的出現(xiàn)上述情況，由幾何關(guān)系很容易得知L2=240mm。可見，這種情況是不可能的。 (4)假設(shè)汞柱的一部分進入BA管，一部分留在BC管中，如圖7-10所示。由波義耳定律可知