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专题 17 热学
目录
01 模拟基础练.........................................................................................................2
题型一：分子动理论 固体和液体............................................................................2
题型二：气体实验定律和理想气体状态方程..........................................................5
题型三：热力学定律与气体状态变化的综合..........................................................8
02 重难创新练.......................................................................................................12题型一：分子动理论 固体和液体
1．（2024·全国·模拟预测）尽管分子做无规则运动，速率有大有小，但大量分子的速率却按一定的规律分
布。如图所示，横坐标表示分子的速率区间，纵坐标表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，图中
两条曲线分别表示两种理想气体在同一温度下的分子速率分布情况，则（ ）
A．图中实线对应气体分子平均动能较大的情形
B．图中实线对应气体分子质量较大的情形
C．图中虚线对应气体分子平均速率较小的情形
D．图中两条曲线与横轴所围图形的面积中实线所围图形的面积大于虚线所围图形的面积
2．（2024·全国·模拟预测）江西景德镇陶瓷享誉世界。如图，向陶瓷茶杯倒入半杯热水，盖上杯盖过一段
时间后，发现杯盖拿起来比较费力。下列说法正确的是（ ）
A．杯盖拿起来比较费力的主要原因是杯盖与杯子间的密封性较好，杯盖与杯子间的分子的引力作用
B．杯盖拿起来比较费力的主要原因是杯盖与杯子间的密封性较好，杯子内气体的温度下降、压强减小
C．杯子内的气体温度降低，气体每个分子的动能都减小
D．向杯子中倒入热水后，杯子四周变热的速度一样快，说明陶瓷是各向异性材料
3．（2024·江苏镇江·模拟预测）下列四幅图的有关说法中不正确的是（ ）A．分子间距离为 时，分子间引力和斥力恰好等大，体现为分子力等于0
B．如图所示的布朗运动轨迹图正是液体分子热运动的直接反映
C．食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，这种规则性分布是单晶体物质在某些性质上体现出各向
异性的微观原因
D．牛角点火器中猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，可视做是绝热变化
4．（2024·云南·模拟预测）云南某地昼夜温差较大，若放置在室外的充气船内气体压强不变，夜间充气船
内的气体与白天相比（ ）
A．内能更小
B．体积更大
C．分子的数密度更小
D．分子的平均速率更大
5．（2024·浙江台州·二模）2024年1月底，台州迎来了近十年来最大的一场降雪，大地银装素裹。下列说
法正确的是（ ）
A．毛绒绒的雪花是晶体
B．雪花在空中飘舞做的是布朗运动
C．雪花在风中飘落过程中机械能一直减小D．雪天路滑，汽车在转弯时易侧滑是因为受到离心力的作用
6．（2024·新疆塔城·二模）下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的无规则运动
B．气体的体积是所有气体分子的体积之和
C．20℃的水和20℃的氮气的分子平均动能相同
D．玻璃沿不同方向的导热性能相同说明玻璃内部分子在空间上周期性排列
7．（2024·山西运城·二模）如图所示为我国航天员王亚平在空间站中演示“水球气泡实验”时的情景，她
往水球中注入一个气泡，气泡静止在水球中，水球悬在空中，关于该实验，下列说法正确的是（ ）
A．由于完全失重，气泡中气体压强为零
B．水与气泡界面处，水分子作用力表现为斥力
C．水与气泡界面处，气体分子会进入水中，水分子会进入气泡中
D．若空间站中的温度升高，则气泡会在水球中上升
8．（2024·江苏·二模）如图所示，两端开口的细玻璃管竖直插入水中，由于毛细现象管中水会沿管上升一
段高度。如果沿虚线处将玻璃管上方截去，则稳定后的现象是（ ）
A． B．
C． D．题型二：气体实验定律和理想气体状态方程
9．（2024·河南新乡·一模）如图所示，开口向上的汽缸内盛有一定深度的水银，一粗细均匀、长度
且下端开口的细玻璃管竖直漂浮在水银中。平衡时，玻璃管露出水银面的高度和进入玻璃管中的
水银柱长度均为 ，轻质活塞到水银面的高度 ，水银面上方的气体压强 。
现施加外力使活塞缓慢向下移动，当玻璃管内气体的压强 时，玻璃管上端恰好与水银面齐平，
活塞与汽缸壁间的摩擦不计且密封性良好，玻璃管的横截面积远小于汽缸的横截面积，整个过程中各部分
气体的温度保持不变，求：
(1)此时玻璃管中的水银柱长度 ；
(2)整个过程中活塞向下移动的距离 。
10．（2024·山东济南·模拟预测）如图所示，左右两管足够长的U形管左管封闭，右管内径为左管内径的
倍，管内水银在左管内封闭了一段长为26cm、温度为280K的空气柱，右管一轻活塞恰处在与左管水
银面平齐的位置且封闭了一定质量的气体，左右两管水银面高度差为36cm，大气压强为76cmHg。现将活
塞缓慢下推，并保持左右管内气体的温度不变。当左管空气柱长度变为20cm时，求：(1)左管内气体的压强；
(2)活塞下移的距离。
11．（2024·全国·模拟预测）某物理实验小组设计了一个能测量温度的装置，如图为该装置的原理图。导
热汽缸的下端固定，上端开口，并用活塞封闭一定质量的空气，活塞横截面积 ，活塞上固定一绝
缘轻杆，轻杆上端固定一匝数 匝的矩形线圈，线圈处于竖直平面内，线圈上、下两边水平且长度
均为 ，线圈、轻杆和活塞总质量 。线圈上边处于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小
，方向垂直于纸面向外。初始时线圈内没有通入电流，汽缸所在环境温度 。已知外界大
气压强 ，且始终保持不变，重力加速度 取 。变化过程中活塞始终不会从汽缸脱落，
线圈上边始终在磁场内，下边始终在磁场外，封闭的空气可视为理想气体，不计活塞与汽缸壁间的摩擦。
(1)求初始时汽缸内气体的压强 ；
(2)当将汽缸放置于待测环境内时，活塞向上运动，在线圈内通入顺时针方向的大小可调的电流，当活塞重
新稳定在初始位置时，电流 ，求待测环境的温度 。
12．（2024·全国·模拟预测）小明自制了一个自动火情报警装置，其原理如图所示。一导热性能良好的汽
缸固定在水平面上，汽缸开口向上，用质量m = 1 kg、横截面积为5 cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，
活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动。当外界的温度为27°C时，活塞下表面距汽缸底部的距离h = 18 cm，活塞
1上表面距固定的力传感器的距离h = 2 cm。当出现火情且环境温度上升至127°C时，触发报警器工作。已
知外界大气的压强p = 1 × 105 Pa且始终保持不变，重力加速度g取10 m/s2。求：
0
(1)活塞刚接触力传感器时气体的温度。（结果保留整数）
(2)环境温度为127°C时力传感器的示数。
13．（2024·广西·高考真题）如图甲，圆柱形管内封装一定质量的理想气体，水平固定放置，横截面积
的活塞与一光滑轻杆相连，活塞与管壁之间无摩擦。静止时活塞位于圆管的b处，此时封闭气
体的长度 。推动轻杆先使活塞从b处缓慢移动到离圆柱形管最右侧距离为 的a处，再使封
闭气体缓慢膨胀，直至活塞回到b处。设活塞从a处向左移动的距离为x，封闭气体对活塞的压力大小为
F，膨胀过程 曲线如图乙。大气压强 。
（1）求活塞位于b处时，封闭气体对活塞的压力大小；
（2）推导活塞从a处到b处封闭气体经历了等温变化；
（3）画出封闭气体等温变化的 图像，并通过计算标出a、b处坐标值。14．（2024·浙江·一模）在一个电梯的轿厢中，一质量M=10kg，内部横截面积S=100cm2的气缸由一个质
量m=10kg的活塞封闭了一定质量的理想气体。初始时（如图甲），气缸静置在轿厢底部，气柱高度
h=16cm。若用绳子连接活塞将气缸悬挂在电梯的顶部（如图乙），电梯以加速度a=2m/s2匀加速上升。已
1
知大气压强p=1.0×105Pa，轿厢内温度不变，气缸导热性能良好且不计活塞与气缸壁间的摩擦。
0
(1)在加速状态下，待气柱稳定时，与初始时相比，封闭气体的分子平均动能 ，单位体积内的分子数 ；
(两空均选填“增加”、“减少”或“不变”)
(2)求图甲静止状态下，气缸内气体的压强p；
1
(3)求图乙加速状态下，气柱的最终高度h。
2
15．（2024·湖南·高考真题）一个充有空气的薄壁气球，气球内气体压强为p、体积为V。气球内空气可视
为理想气体。
（1）若将气球内气体等温膨胀至大气压强p，求此时气体的体积V（用p、p和V表示）；
0 0 0
（2）小赞同学想测量该气球内气体体积V的大小，但身边仅有一个电子天平。将气球置于电子天平上，
示数为m = 8.66 × 10−3kg（此时须考虑空气浮力对该示数的影响）。小赞同学查阅资料发现，此时气球内
气体压强p和体积V还满足：(p−p)(V−V ) = C，其中p = 1.0 × 105Pa为大气压强，V = 0.5 × 10−3m3为
0 B0 0 B0
气球无张力时的最大容积，C = 18J为常数。已知该气球自身质量为m = 8.40 × 10−3kg，外界空气密度为
0
ρ = 1.3kg/m3，求气球内气体体积V的大小。
0
16．（2024·山东·模拟预测）家用高压氧舱是让患者在密闭的加压装置中吸入高压力、高浓度氧治疗疾病
的装置，其功效主要为缓解机体缺氧、改善机体循环等。图示为家用高压氧舱，其舱内气体温度为7℃时压强为1.4atm。现将舱内气体温度升高到27℃，已知 （n为气体分子数、R为常量），所有气体
均视为理想气体，舱的容积固定，混合气体中某种气体的压强和它单独占有整个容器时所产生的压强相同。
（1）为保持舱内气体压强为1.4atm，求释放出气体的质量与舱内剩余气体的质量之比。
（2）已知在（1）问条件下，释放气体结束时，舱内氧气分子含量为20%，只向舱内充入氧气，并保持温
度恒定，求舱内氧气分子含量为30%时舱内的气压。
题型三：热力学定律与气体状态变化的综合
17．（2025·广东·模拟预测）卡诺热机是只有两个热源（一个高温热源和一个低温热源）的简单热机，其
循环过程的 图像如图所示，它由两个等温过程（a→b和c→d）和两个绝热过程（b→c和d→a）组成。
若热机的工作物质为理想气体，高温热源温度为 ，低温热源温度为 图像中a、b、c、d各状态
的参量如图所示。求：
(1)气体处于状态c的压强 ；
(2)气体处于状态a的体积 ；
(3)若过程a→b热机从高温热源吸热 ，过程c→d热机向低温热源放热 ，求热机完成一次循环对外做的功W。
18．（2024·广西·模拟预测）在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气
泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如下图所示的
p—V图像，气泡内气体先从压强为P、体积为V、热力学温度为T 的状态A等温膨胀到体积为5V、压强
0 0 0 0
为p 的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V、压强为1.9p、热力学温度为T 的状态C，B到C过程
B 0 0 C
中外界对气体做功为W，已知p、V、T 和W。求：
0 0 0
(1)A、B状态的压强之比：
(2)B、C状态的热力学温度之比；
(3)B到C过程，则此过程中气泡内气体的内能变化了多少。
19．（2024·陕西西安·三模）“拔火罐”是一种中医的传统疗法，某实验小组为了探究“火罐”的“吸
力”，设计了如图所示的实验。圆柱状汽缸（横截面积为S）被固定在铁架台上，轻质活塞通过细线与置
于地面上的重物m相连，将一团燃烧的轻质酒精棉球从缸顶的开关K处扔到汽缸内，酒精棉球熄灭时密闭
开关K，此时活塞下的细线刚好拉直且拉力为零，而这时活塞距缸底为L。由于气缸传热良好，随后重物
会被缓慢
吸起，最后重物稳定在距地面 处。已知环境温度为 不变， 为大气压强，气缸内的气体
可看做理想气体，求：(1)酒精棉球熄灭时的温度T与环境温度 的比值；
(2)若从酒精棉球熄灭到最终稳定的过程中气体放出的热量为Q，求气体内能的变化。
20．（2024·福建·模拟预测）导热性能良好、内壁光滑的汽缸开口竖直向上放置，其上端口装有固定卡环，
如图1所示。质量 、横截面积 的活塞将一定质量的理想气体封闭在缸内。现缓慢
升高环境温度，气体从状态A变化到状态C的 图像如图2所示，已知大气压强 ，重力
加速度 。求：
（1）状态C时气体的压强；
（2）气体从A到C的过程中吸收的热量为 ，则此过程气体内能的变化量。
21．（2024·陕西渭南·二模）如图所示为一超重报警装置示意图，高为L、横截面积为S、质量为m、导热
性能良好的薄壁容器竖直倒置悬挂，容器内有一厚度不计、质量为m的活塞，稳定时正好封闭一段长度为
的理想气柱。活塞可通过轻绳连接受监测重物，当活塞下降至位于离容器底部 位置的预警传感器处
时，系统可发出超重预警。已知初始时环境热力学温度为 ，大气压强为 ，重力加速度为g，不计摩擦
阻力。
（1）求刚好触发超重预警时所挂重物的质量M；
（2）在（1）条件下，若外界温度缓慢降低1%，气体内能减少 ，求气体向外界放出的热量Q。22．（2024·广西贵港·模拟预测）如图所示，一导热性能良好的球形容器内部空间不规则，某兴趣小组为
了测量它的容积，在容器上插入一根两端开口的长玻璃管，接口用蜡密封。玻璃管内部横截面积为
S=0.5cm2，管内一长为h=15cm的静止水银柱封闭着长度为l=40cm的空气柱，此时外界温度为t=27℃。
1 1
现将容器包括水银柱下方的玻璃管整体浸在温度恒为t=77℃的热水中，水银柱缓慢上升，当水银柱重新静
2
止时下方空气柱长度变为l=100cm。实验过程中大气压强p 不变，p=1.0×105Pa（又写作75cmHg）。
2 0 0
（0℃对应的热力学温度为273K，忽略水银柱与玻璃管壁之间的阻力且水银柱始终未从玻璃管口溢出）
（1）求容器的容积为多少；
（2）若该实验过程中管内气体从外界吸热Q=6J，求此过程中管内气体的内能变化量。
23．（2024·河北衡水·三模）一医用氧气瓶内有压强为p、温度为T、体积为V的氧气，该氧气瓶内氧气可
1
以通过调压阀分装到氧气袋中以方便使用。设每次分装时，氧气袋内无气体，分装结束后，每个氧气袋的
体积为V，压强为p。
1 1
（1）若分装气体之前，氧气瓶由于受到日照，氧气温度会升高，当氧气瓶内气体的压强大于1.5p时，氧
气瓶有可能发生爆炸。
①求氧气能升高到的最高温度；
②已知氧气内能与温度间的关系为U=kT（k为常数且已知），当氧气升高到最高温度时，求氧气从外界吸
收的热量；
（2）若分装过程中瓶中和袋中的氧气温度始终保持T 不变，求分装3个氧气袋后，氧气瓶内所剩余氧气
1的压强。
24．（2024·江西·一模）如图所示，导热良好的汽缸固定在倾角为 斜面上，面积为 、质量
为 的活塞与汽缸壁无摩擦，汽缸内封闭一定质量的理想气体，整体处于静止状态。最初时气体处
于状态A，温度 ，体积 。先用外力缓慢拉动活塞使气体达到状态B，体积变为
之后固定活塞，降低气体温度达到 ，气体达到状态C。已知大气压为
，气体的内能满足 ， ，重力加速度g取 ，从状态A到状态C的整
个过程气体吸收总热量 ，求：
（1）气体在状态B的压强
（2）气体在状态C的压强 及外力做的功W
25．（2024·广西柳州·一模）随着国产新能源汽车的飞速发展，现在高端的国产新能源汽车也配备如图1
所示的空气悬架系统，该系统可以简化成一个带活塞的导热气缸，如图2所示，活塞通过轻质金属杆固连到车轮轮轴上。一辆质量为 （不含4个车轮和活塞）的汽车静止在水平地面时，每个气缸
内气体体积为 ，活塞面积 ，初始时环境温度为27℃，大气压强为
（气缸内气体可看成理想气体，g取 ）
(1)若环境温度缓慢升高到33℃，大气压强保持不变，求每个气缸内气体的体积；
(2)若环境温度保持27℃不变，质量m＝60kg的驾驶员上车，待缸内气体稳定后，求每个气缸内气体的体
积。
26．（24-25高三上·贵州贵阳·开学考试）如图所示，一个导热良好的圆柱形气缸开口向上竖直放置于水平
面上，缸内有一形状不规则的文物，且封闭有一定质量的理想气体.初始时刻，气体的温度为7℃，质量为
m、横截面积为S的活塞到气缸底部的距离为h.现环境温度缓慢升高到27℃时，活塞离气缸底部的距离变
为H，此过程中缸内气体吸收的热量为Q。已知大气压恒为 ，重力加速度大小为g，热力学温度T与摄
氏温度t之间的数量关系为 ，活塞与气缸壁密封良好且不计摩擦，忽略文物热胀冷缩的影响。
求：
(1)气缸内放置的文物的体积；
(2)该过程中气体增加的内能。27．（2024·新疆·一模）某种“系留气球”如图甲所示，图乙是气球的简化模型图。主、副气囊通过不漏
气、无摩擦的活塞分隔开，主气囊内封闭有一定质量的理想气体（密度较小），副气囊与大气连通。轻弹
簧右端固定，左端与活塞连接。当气球在地面达到平衡时，活塞与左挡板刚好接触，弹簧处于原长。在气
球升空过程中，大气压强逐渐减小，弹簧被缓慢压缩。当气球上升至目标高度时，活塞刚好与右挡板接触，
理想气体的体积变为初始时的1.6倍，此时活塞两侧气体压强差为地面大气压强的 。已知地面大气压强
p=1×105Pa，热力学温度T=300K，弹簧始终处于弹性限度内，活塞厚度忽略不计。若气球升空过程中理
0 0
想气体温度不变。
(1)求目标高度处的大气压强p；
(2)气球在目标高度处长时间驻留，气球内、外温度达到平衡时，弹簧压缩量为左、右挡板间距离的 ，已
知该处大气压强不变，求气球驻留处的大气热力学温度T。（结果保留三位有效数字）
2
28．（2024·河南·模拟预测）如图为传统制作爆米花所用的压力锅，制作时先把玉米放入锅中，用锅盖封
闭，然后放在火上加热，当压强达到一定值时突然打开锅盖，渗入玉米内的高压空气使玉米膨化而成为喷
香可口的爆米花。已知压力锅装入一定量的玉米粒后气体容积为 ，锅内初始热力学温度为310K，大气
压强为 ，当锅内压强达到 时，就可以打开盖子，制成爆米花了。设在加热过程中放入锅内的玉米体
积不发生变化，不考虑少量气体进入玉米内引起的锅内空气密度的变化。
（1）当锅内空气压强达到 时，求锅内空气的热力学温度 ；
（2）若打开盖子前、后瞬间锅内气体温度不变，求打开盖子前后瞬间锅内气体密度的比值。29．（2024·山东聊城·三模）近年来越来越多的汽车搭载了“空气悬挂”结构，相比“弹簧悬挂”更加舒
适，可调节范围更广，其构造可以简化为下图所示模型。汽缸上部与汽车底盘相连，活塞通过连杆与车轮
轴连接，活塞与汽缸之间的距离为h，两者之间还连接一弹簧，弹簧一端与活塞粘连在一起，弹簧另一端
与汽缸不粘连，可以将汽车对汽缸的作用等效为质量为M的物块压在汽缸的上方。在某一温度下当汽车空
载时M＝150kg，静止在水平路面上时 ，弹簧恰好处于原长状态。已知活塞的横截面积为
，弹簧的劲度系数 ，不计弹簧体积、缸体的重力以及活塞与缸体之间的摩擦力，
气体的温度始终不变，外界大气压恒为 ， ， ，g取 ，计算：
（1）保持阀门关闭，将汽车移至倾角为 的斜面，空载时汽缸与活塞之间的距离 ；
（2）某次汽车停在水平路面上装载后等效为 ，此时气泵会自动给汽缸充入适量空气，使活塞
和汽缸之间的距离回到 ，充入的气体与原气体的质量之比 。
30．（2024·湖北武汉·二模）2022年9月1日航天员陈冬、刘洋首次在太空站执行出舱活动任务。当航天
员执行出舱任务前，需先进行泄压，即将乘员气闸舱内的大部分气体抽到密封舱内后，才能打开出舱舱门。
若泄压前，乘员气闸舱内的气体压强为p，体积为 ；密封舱内气体的压强为p， 体积为0.5V， 承压
0 0 0
后的压强为2.4p。泄压过程中， 两舱内温度保持291K不变， 舱内气体可视为理想气体，求
0
（1）泄压后打开舱门前，乘员气闸舱内的压强为多少；
（2）若太空中稀薄气体压强近似为0.001p，温度为97K，打开舱门一段时间后，乘员气闸舱内的温度和
0
压强都与太空的相同，则舱内的气体有百分之几释放到了太空中？
