高中物理易错题分析——热学 【内容与方法】 本单元内容包括两部分，一是微观分子动力学理论部分，二是宏观气体状态变化规律。分子动力学理论部分包括分子动力学理论的基本观点、分子热运动的动能、分子间相互作用的势能和物体的内能，以及分子间相互作用力的变化规律和变化规律物体的内能。能量转换和守恒定律等基本定律；气体状态变化规律包括与热力学温度、理想气体和气态参数有关的概念，以及理想气体的等温、等容、等压过程的特征和规律（包括公式和图解等两种描述方法）。本单元涉及的基本方法是理想化模型法，将微观分子的形状视为分子动力学理论中的理想球体，这是通过阿伏加德罗常数估算微观量的基础；在气体状态变化规律中，将实际气体视为没有实际分子体积、没有相互作用力的理想气体，从而可以在允许的误差范围内大大简化气体状态变化规律。 【例题分析】在应用本单元知识的过程中，初学者常犯的错误主要体现在：对更抽象的分子热运动动能、分子相互作用势能、分子相互作用势能理解不够。分子间相互作用力的变化规则。 ，导致这些微观量和规律与物体的宏观温度和体积之间无法建立正确的关系。对于宏观气体状态的分析，学生的问题通常体现在气体压力分析计算困难，导致气体状态定律应用出现错误；此外，该单元涉及使用图像方法来描述气体。国家法律发生变化。关于pV、pT、VT图的理解，有些同学只关注图像的形状，不能很好地理解图像上的点、线、斜率等物理意义。因此，从图像分析气体温度变化（内能变化）和体积变化（做功）时会产生误差，导致利用图像分析气体内能变化等问题出现困难。
例1 下列说法中，正确的是[]A。温度低的物体内能小 B. 温度低的物体分子运动的平均速度小 C. 随着加速物体的速度增大，物体分子的平均动能增大。 D.当外界对物体做功时，物体的内能并不一定会增加【错误解法分析】错误解法1：因为温度低，动能小，所以内能小，故应选A。低温物体分子的平均动能较小。所以速度也很小。故应选B。错误解释三：从加速运动定律我们知道，物体的速度是由初速度、加速度和时间决定的。随着时间的推移，速度一定会越来越快。根据动能公式，第一个错误答案是没有充分考虑内能。它是物体中所有分子的动能和势能的总和。温度低仅仅意味着物体分子的平均动能小，但并不意味着势能也一定小。即所有分子的动能和势能之和不一定小，所以选项A是错误的。事实上，由于不同物质的分子质量不同，而动能不仅与速度有关，还与分子质量有关，仅从一方面考虑问题不够全面，所以选项B的错误答案也是错误的。第三个错误答案的原因是混淆了微观分子的不规则运动和宏观物体的运动的区别。分子的平均动能只是分子不规则运动的动能。当物体加速时，物体中的所有分子都参与物体整体的、有规律的运动。这时，虽然物体的整体运动越来越快，但这并不意味着分子的运动越来越快。经常锻炼的强度会加强。本质上，分子不规则运动的强度只与物体的温度有关，与物体的宏观运动无关。
【正确答案】因为物体内能的变化与两个因素有关，即做功和传热。内能是否变化必须从这两方面综合考虑。如果转化为物体内能的功等于或小于物体放出的热量，则物体的内能保持不变或减少。也就是说，当外界确实对物体做功时，物体的内能并不一定会增加。选项D正确。实施例2 如图7-1所示，将横截面积为S的圆柱形容器垂直放置。金属圆板A 上表面水平，下表面倾斜。下表面与水平面之间的角度为θ。圆板的质量为M。忽略圆板A与容器内壁之间的摩擦力，若大气压力为P0，则圆为 圆板封闭在容器内的气体的压力p为等于[ ] 【错误解分析】 错误解一：由于圆板下表面倾斜，重力产生的压力等于 错误解三：大气压力p0可以向各个方向传递贝语网校，所以气体压力应包括 p0。重力产生的压力应垂直于接触面的方向。因此，重力产生的压力应该是重力的分量Mg/cosθ，而不是Mg。第一个误区是对压力概念的理解不正确。错误解2虽然注意到重力分量Mg/cosθ产生压力，但没有考虑到错误解3在分解重力时是错误的。重力的一个分量应该是 Mg/cosθ 而不是 Mgcosθ，因为另一个分量是 斜板的垂直面必须是垂直的，如图 7-2 所示。因此，【正确答案】以金属圆板A为对象，分析其应力。从受力图7-3可知，圆板A上垂直向下的力包括重力Mg和大气压力p0S。垂直向上的力为 Mg。正确答案应该是D。
【总结】正如本题“解析解答”中所做的那样，确定活塞封闭气体压力的一般方法是：以活塞为研究对象；分析活塞的受力；总结活塞的运动（通常是静止状态），列出活塞的受力方程（通常是力平衡方程）；通过求解该方程，可以确定气体的压力。实施例3 如图7-4所示，在圆柱形导热气缸内，用活塞密封部分空气。活塞与缸壁密封且光滑。活塞上悬挂着一个弹簧秤，悬挂着整个气缸。在天花板上。当外界温度升高（大气压不变）时，[]A.弹簧刻度的指示变大。 B、弹簧刻度指示变小。 C、弹簧刻度指示不变。 D、条件不充分，无法判断 【错误解分析】 错误解：对活塞进行受力分析，如图7-5所示。由活塞平衡条件可知：F=mg+p0S-pS。当外界温度升高时，气体压力增大，因此弹簧秤的继电器F会变小，故答案应为B。主要原因是对气体压力变化的判断没有仔细详细分析，而是直观地认为随着温度升高，压力升高。 【正确答案】活塞受力分析不正确，F=mg+p0S-pS。现在我们需要讨论气体压力的变化。以圆柱体为应力分析对象，如图7-6所示。由于M、S、P0都是不变量，所以当气体温度改变时高中物理易错，气体的压力不改变。在此过程中气体等压膨胀。由此可见，弹簧秤的示值不变，正确答案为C。
【摘要】从这个问题的分析可以看出，在分析问题时，研究对象的选择对于解决问题的方向起着至关重要的作用。本题如果要分析气体压力的变化，选择气缸作为研究对象比选择活塞要方便得多。另外，如果本题仅分析弹簧秤示值的变化，则选择整个气缸和活塞作为研究对象更为方便。在气缸加热过程中，气缸、气体和活塞所受的重力保持不变，因此弹簧秤对它们的拉力不会改变。会发生变化，因此弹簧秤上的读数保持不变。例4 假设一个氢气球可以自由膨胀，以保持气球内外压力相等。随着气球继续上升，大气压随高度降低，气球会继续膨胀。如果氢气和大气都可以视为理想气体，并且可以忽略大气的温度、平均摩尔质量、重力和速度随高度的变化，那么氢气球在上升过程中所受到的浮力为（填入“变大”或“变小”“没有变化”）【错误分析】错误一：因为气球上升时体积膨胀，所以浮力变大。误区二：因为高空空气稀薄，由于浮力的大小与气球推开大气的重力相等，所以当气球上升到高空时，密度ρ减小，体积V减小。第一个解和第二个解都是单一的，不综合考虑会导致误解。 【正确答案】以氢气为研究对象，设近地面和高空的压力和体积h为p1。 、p2、V1 和 V2 分别。由于温度不变，由波义耳定律可知：p1V1=p2V2 以大气为研究对象，近地面和高空的压力和大气密度h分别为ρ1和ρ2（对应氢气）p1和p2 因为大气的密度。和压力都与高度有关。假设氢气球在近地面和高空的浮力h分别为F1和F2。则F1=ρ1·g·V1F2=ρ2·gV2，所以正确答案是浮力不变。
【总结】如上所述，解决变革问题需要一一考虑各种变革因素，不能只看一方面而忽视另一方面。这个问题也可以用克拉佩龙方程来求解：在高度h处：氢的克拉佩龙方程，置换空气的克拉佩龙方程，因为p、V、R和T都相同，所以同时①②我们得到： 我们知道，空气和氢气的摩尔质量是恒定的，本题气球中氢气的质量也是恒定的，所以排开的空气的质量不随高度h的变化而变化，又因为重力加速度也是恒定的（从问题中我们知道），因此，气球所施加的浮力保持不变。使用克拉佩龙方程来处理浮力和解决质量问题通常很方便。例5：容积V=20L的钢瓶充满氧气后，压力p=30atm。打开钢瓶阀门，将氧气分配到体积V'=5L的小瓶中。如果小瓶已被抽空，则分配到小瓶中的氧气压力为P'=2atm。如果包装过程中不漏气，且温度保持不变，则最多可灌装的瓶子数量为：[]A。 4 瓶 B. 50 瓶 C. 56个瓶子 D. 60个瓶子 【错解分析】 错误解：假设最多可充气的瓶子数为n，利用波义耳定律可得：pV=np'V'，所以答案应该是D。在上面的答案中，相信钢瓶中的所有气体都已被充入小瓶中。事实上，当钢瓶内的气体压力随着灌装过程的进行而降低时，当钢瓶内的气体压力下降到2个大气压时，小瓶就无法继续灌装。充气至2个大气压，即充完最后一瓶气后，气瓶内仍有一整瓶气体，压力为2个大气压。
【正确答案】设最多可灌装的瓶子数为n。根据波义耳定律，我们得到：pV=p'V+np'V'。解为：n=56（瓶）。所以本题正确答案是C。 【总结】在解决物理问题时，我们不仅要用数学方法来处理，还要考虑物理问题的实际情况。任何物理问题的数学结果都必须受到物理事实的限制。因此，学习时不要把物理问题变成纯数学很重要。实施例6 将内径均匀的U形细玻璃管一端封闭，如图7-7所示。 AB段长30mm，BC段长10mm，CD段长40mm，DE段充水银，DE=560mm，AD段充空气。外部大气压为p0=1.01325×105Pa=。现在将400mm长的玻璃管从E处快速向上切开，平衡后管内空气柱的长度是多少？ 【错解分析】 错解：当从底部切去400mm时，空气柱的压力发生变化，压力增大，在等温条件下，体积减小，根据波义耳定律。初始状态：p1=(760-560)= V1=(300+100+400)S=800S(mm) 3 最终状态：p2=(760-160)=600(mmHg) V2=？解：L2=267mm，即空气柱的长度为267mm。上面的回答似乎没有什么问题。事实上，如果你想一想，你就会发现这个答案是不合理的。因为求解结果是空气柱的长度为267mm，而AB段的总长度为300mm，这意味着水银柱可能进入AB管，如果水银进入水平BC管，则压力为不再 (760-160) = ，因此高中物理易错，答案是错误的。
【正确答案】首先，你需要确定剩余的水银柱被切断后会留在哪里。 (1)是否会停留在正确的垂直管道中。从前面的分析就可以看出，这是不可能的。 （2）垂直CE管内是否会残留部分汞柱，即如图7-8所示？根据波义耳定律，200×800S=(760-x)[300+100-(160-x)]=(760-x)(240+x) 解为：x1==560mm。这两个答案都与设置不一致，所以这种情况也是不可能的。 (3)水银柱是否充满BC管，如图7-9所示。由波义耳定律可知：200×800S=(760+60)·L2·S。 L2=195mm的解显然与实际结果不符。如果真的出现上述情况，由几何关系很容易得知L2=240mm。可见，这种情况是不可能的。 (4)假设汞柱的一部分进入BA管，一部分留在BC管中，如图7-10所示。由波义耳定律可知