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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..........................................................7
题型三：热力学定律与气体状态变化的综合........................................................13
02 重难创新练.......................................................................................................19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
【答案】B
【详解】A．理想气体的分子平均动能由温度决定，两种理想气体在同一温度下，分子平均动能相等，故
A错误；
BC．由题图可知虚线对应的气体分子平均速率较大，实线对应的气体分子平均速率小，而两种气体分子平
均动能相同，所以实线对应气体分子质量较大的情形，故B正确，C错误；
D．各速率区间的分子数占总分子数的百分比随分子速率区间变化的关系图线与横轴所围图形的面积都相
等，故D错误。
故选B。
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
【答案】B
【详解】AB．杯盖拿起来比较费力的原因是杯子内部的气体温度降低，导致气体的压强减小，杯子外部压
强大于杯子内部的压强，所以将杯盖拿起来比较费力，故A错误，B正确；
C．杯子内的气体温度降低，气体分子的平均动能减小，并不是每个分子的动能都减小，故C错误；
D．向杯子中倒入热水后，杯子四周变热的速度一样快，说明该陶瓷在传热性能上是各向同性材料，故D
错误。故选B。
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
【答案】B
【详解】A．当分子间距离为 时，分子间存在的引力和斥力大小相等，所以分子力整体的效果为0，故A
正确，不符合题意；
B．图中记录的是布朗微粒每隔一定时间所处位置的连线图，并不是运动轨迹图，由图可以看出悬浮微粒在做无规则运动，不能直接观察到液体分子的无规则运动，故B错误，符合题意；
C．食盐晶体中的钠、氨离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，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，故C正确，不符合题意；
D．猛推木质推杆，外界对气体做正功，密闭的气体温度升高，气体内能增大，压强变大，可视做是绝热
变化，故D正确，不符合题意。故选B。
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
【答案】A
【详解】A．夜间充气船内的气体与白天相比温度较低，分子的平均动能更小，则内能更小，A正确；
B．充气船内气体压强不变，质量不变，夜间温度低，由盖−吕萨克定律 可知，体积更小，B错误；
C．由于气体的质量不变，体积变小，则分子的数密度应更大，C错误；
D．夜间温度低，分子的平均动能更小，则分子的平均速率更小，D错误。
故选A。
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
【答案】A
【详解】A．雪花是水蒸气凝华时形成的晶体，A正确；
B．雪花形状太大，不是悬浮在气体中的固体小颗粒，不是布朗运动，B错误；
C．雪花在风中飘落的过程，风的作用力可能对雪花做正功，机械能可能增大，C错误；
D．雪天路滑，汽车在转弯时易侧滑是因为摩擦力不足以提供向心力，D错误；
故选A。
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
【答案】C
【详解】A．布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，间接反映了液体分子的无规则运动，布朗运动并不是液
体分子的无规则运动，故A错误；
B．气体的体积是所有气体分子所占据的空间体积之和，其远远大于所有气体分子的体积之和，故B错误；
C．温度决定了分子的平均动能大小，可知，20℃的水和20℃的氮气的分子平均动能相同，故C正确；
D．玻璃沿不同方向的导热性能相同，表明玻璃沿不同方向的导热性能具有各向同性，说明玻璃内部分子
在空间上不是周期性排列，故D错误。
故选C。
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
【答案】C
【详解】A．气体压强时分子不停的运动与器壁撞击的结果，与重力无关，气泡中气体压强不为零，故A
错误；
B．水与气泡界面处，分子间的距离大于平衡时的距离，水分子作用力表现为引力，即水的表面张力，故
B错误；
C．由于分子是永不停息地做无规则运动的，因此水与气泡界面处，气体分子会进入水中，水分子会进入
气泡中，达到动态平衡，故C正确；
D．若空间站中的温度升高，气泡的体积会增大，由于完全失重，没有因水的重力产生的压强，即宏观效
果的浮力，故气泡不会在水球中上升，故D错误。
故选C。
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．
【答案】D
【详解】因开始时液柱在管中上升一定高度且液面呈现凹状，可知液体关于玻璃管是浸润的；如果沿虚线
处将玻璃管上方截去，则稳定后液面仍呈现凹状，且液体不可能向外喷出。
故选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 。
【答案】(1) (2)
【详解】（1）初始状态玻璃管内气体的压强和体积分别为 ，
末状态玻璃管内气体的压强和体积分别为 ， 玻璃管内的气体做等
温变化，由玻意耳定律得 求得
（2）初始状态气缸内气体的压强和体积分别为 ， 末状态气缸内气体的压强和体积分别为 ， 对汽缸内的气体由玻意耳定律得
求得 。
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。
【答案】(1)52cmHg(2)10.8cm
【详解】（1）左管封闭气体的压强为 左管封闭气体变化前后的体积分别
为 ， 由于气体发生等温变化，由玻意耳定律可得 解得
（2）U形管右管内径为左管内径的 倍，则右管横截面积是左管横截面积的2倍，为2S，当左管水银面
上升6cm时，右管水银面下降3cm，所以这时左右两管水银面的高度差为45cm，因此右管内气体的压强
为 原状态右管气体的压强为 设活塞缓慢下推后右管气体的高度
为 ，由玻意耳定律可得 解得 活塞下移的距离是。
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 。
【答案】(1) (2)450K
【详解】（1）以活塞、轻杆及线圈整体为研究对象，根据平衡条件有 解得
（2）根据左手定则可知，线圈受到方向竖直向下的安培力，大小 以活塞、轻杆及线圈整体
为研究对象，设汽缸内空气的压强为 ，根据平衡条件有 解得 活塞重新稳定在初始位置，则气体体积不变，根据查理定律得 解得 。
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。
【答案】(1)333 K或60°C(2)12 N
【详解】（1）设起始状态汽缸内气体压强为p，则 起始温度T = 300 K，体积V
1 1 1
= Sh，其中h = 18 cm，设活塞刚接触力传感器时气体的温度为T，体积V = Sh，其中h = h + h =
1 1 2 2 2 2 1
20 cm，升温过程发生等压变化，由盖—吕萨克定律有 代入数据解得 即60°C。
（2）设环境温度上升至127°C，即T = 400 K时，汽缸内气体压强为p，对封闭气体有 代入数
3 3
据解得 对活塞由平衡条件得 代入数据解得 。
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。
【答案】（1） ；（2）见解析；（3）见解析
【详解】（1）活塞位于b处时，根据平衡条件可知此时气体压强等于大气压强 ，故此时封闭气体对活
塞的压力大小为
（2）根据题意可知 图线为一条过原点的直线，设斜率为k，可得 根据 可得气
体压强为 故可知活塞从a处到b处对封闭气体得故可知该过程中对封闭气体的 值恒定不变，故可知做等
温变化。
（3）分析可知全过程中气体做等温变化，开始在b处时 在b处时气体体积为
在a处时气体体积为 根据玻意耳定律 解得
故封闭气体等温变化的 图像如下
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
【答案】(1) 不变 减少 (2) (3)20cm【详解】（1）[1][2]封闭气体的温度不变，则分子平均动能不变；加速上升时，气缸超重，则气体内部压
强减小，气体体积变大，则单位体积内的分子数减小；
（2）初态静置时，由活塞平衡得 解得
（3）当加速上升时，对气缸建牛顿第二定律方程 解得 由气体等温变化
规律 解得h=20cm
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
【答案】（1） ；（2）
【详解】（1）理想气体做等温变化，根据玻意耳定律有 解得
（2）设气球内气体质量为 ，密度为 ，则等温变化中，气体质量不变，有： 对气球
进行受力分析如图所示
根据气球的受力分析有 结合题中p和V满足的关系为 解得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。
【答案】（1） ；（2）
【详解】（1）升温前，舱内气体压强为 ，温度为 ，升温并释放气体后，舱内气体压
强为 ，温度为 ，假定释放出的气体压强为 时体积为 ，设舱的容积为V，根据盖
吕萨克定律有 释放出气体的质量与舱内剩余气体的质量之比为 解得
（2）对舱内所有气体，有 以舱内除氧气分子以外的气体分子为研究对象，则有
当舱内氧气分子含量为30%时，设充入的氧气分子数为 ，除氧气分子以外的气体分子含量为70%，有
对充气后的所有气体有 解得
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。
【答案】(1) (2) (3)
【详解】（1）过程c→d为等温变化，根据玻意耳定律，有 解得
（2）过程d→a，根据理想气体状态方程可得 解得
（3）过程b→c和d→a为绝热过程，吸热 热机完成一次循环内能不变，即 根据热力学第一定
律可得
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。
【答案】(1) (2) (3)
【详解】（1）由题可知，根据玻意耳定律可得 解得
（2）根据理想气体状态方程可知 解得
（3）根据热力学第一定律可知 其中 ，故气体内能增加
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。
【答案】(1) (2)
【详解】（1）开关K密闭时，气体压强为 ，重物稳定在距地面 处时，根据 可得气体
压强为 根据理想气体状态方程 得
（2）外界对气体做功为 气体放出的热量为Q，根据 得
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。【答案】（1） ；（2）
【详解】（1）A状态气体压强为 由B变化到C，由等容变化 由V-T图中，AB连线过
原点，可知 联立，解得
（2）从A到B为等压过程，外界对气体做功为 根据热力学第一定律 联立，
解得
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。【答案】（1） ；（2）
【详解】（1）轻绳未连重物时，对活塞，受到重力和内外气体压力作用，根据平衡条件得：
解得 刚好触发超重预警时，对活塞受力分析得 解得
由玻意耳定律得 其中 ， 解得
（2）由盖-吕萨克定律得 解得 此过程外界对气体做的功 由以
上两式可得 由热力学第一定律有 解得
。
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。
【答案】（1）160cm3；（2）2.4J【详解】（1）设容器的容积为V， ， ，由盖-吕萨克定律可得 解得
（2）因为气体膨胀对外做功，而内能增加，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量容器内气体压
强为 气体对外做功为 由热力学第一定
律 所以内能的变化为
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。
【答案】（1）① ；② ；（2）
【详解】（1）①由等容变化可知 解得 ②根据可知 其中 则
（2）剩余气体的压强为p，由理想气体状态方程可得 解得
224．（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
【答案】（1） ；（2） ，
【详解】（1）以活塞为研究对象，根据共点力平衡条件有 解得 以气体为
研究对象，从状态A到状态B，T不变，则 解得 。
（2）以气体为研究对象，从状态B到状态C，V不变，则 解得 以气体为研究对
象，从状态A到状态C，则有 根据热力学第一定律有 解得 以
活塞为研究对象，根据动能定理有 其中 解得 。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。
【答案】(1) (2)
【详解】（1）汽车质量不变，则气缸内气体压强不变，属于等压变化，有 解得
（2）初始时，设每个气缸的压强为 ，则有 解得 驾驶员上车后，设每个气
缸内压强为 ，则有 解得 驾驶员上车过程属于等温变化，有解得 。
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。
【答案】(1) (2)
【详解】（1）设气缸内放置的文物体积为 ，初态 ， 末态
， 气体做等压变化 解得气缸内放置的文物的体积 。
（2）气体的压强为 外界对气体做功为
根据热力学第一定律，该过程中气体增加的内能
为 。
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
【答案】(1) (2)
【详解】（1）气球中的温度不变，则发生的是等温变化，设气球内的气体在目标高度处的压强为p，由
1
玻意耳定律有 解得 由题意可知，目标处的内、外压强差为 解得
（2）由胡克定律 可知，弹簧的压缩量变为原来的 ，则活塞受到弹簧的弹力也变为原来的 ，即
设此时气球内气体的压强为p，活塞两侧压强相等，有 由理想气体状
2
态方程有 其中 解得
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。
【答案】（1） ；（2）4
【详解】（1）当锅内空气压强达到 时，根据查理定律有 解得
（2）设打开盖子后瞬间，原来锅内总气体的体积为 ，根据玻意耳定律有 设打开盖子后气体
密度为 ，由于打开盖子前后瞬间气体质量一定，则有 解得
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 。【答案】（1） ；（2）
【详解】（1）选择汽缸受力分析，静止在水平路面时： 解得 停在斜面上时
解得 由玻意尔定律得 解得
（2）充气前后温度不变 ， ， 解得
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？
【答案】（1）0.3p；（2）99%
0
【详解】（1）将密封舱和气闸舱内的气体看作一个系统，泄压过程为等温变化，由玻意耳定律得
解得p=0.3p
0（2） 泄压后， 气闸舱开舱门前p=0.3p，体积为V， T=291K打开舱门后p'=0.001p，T'=97K由理想气
0 0 0
体状态方程得 解得V'=100V 气闸舱内剩余气体的体积为 V，即舱内 99%的气体释放到了太空
0 0
中。
