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热点 17 热学
［分值：50分］
1~4题每题5分，5~9题每题6分，共50分
1.(2024·广东汕头市一模)半导体掺杂对于半导体工业有着举足轻重的作用，其中一种技术是将掺杂源物质
与硅晶体在高温(800到1250摄氏度)状态下接触，掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，温
度越高掺杂效果越显著，下列说法正确的是( )
A.这种渗透过程是自发可逆的
B.硅晶体具有光学上的各向同性
C.这种渗透过程是分子的扩散现象
D.温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，所有分子的热运动速率都增加
答案 C
解析 掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，所以这种渗透过程是分子的扩散现象，该过程
为自发过程，其逆过程不能自发进行，故A错误，C正确；由于硅晶体的晶格结构，硅晶体具有光学上的
各向异性，故B错误；温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，分子热运动的平均速率增大，并不是所
有分子的热运动速率都增加，故D错误。
2.(2024·北京卷·3)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数
不变，外界大气压不变。在上浮过程中气泡内气体( )
A.内能变大 B.压强变大
C.体积不变 D.从水中吸热
答案 D
解析 上浮过程气泡内气体的温度不变，内能不变，故A错误；气泡内气体压强p=p +ρ gh，故上浮过程
0 水
气泡内气体的压强减小，故B错误；由玻意耳定律pV=C知，气体的体积变大，故C错误；上浮过程气体
体积变大，气体对外做功，理想气体温度不变，则内能不变，由热力学第一定律ΔU=Q+W知，气体从水
中吸热，故D正确。
3.(多选)(2024·天津市重点学校联考)下列有关热学问题中说法正确的是( )A.图甲是理想气体分子速率的分布规律，气体在①状态下的分子平均动能小于②状态下的分子平均动能
B.图乙是分子势能E 与分子间距r的关系示意图，在r>r 时分子力表现为引力
p 1
C.图丙为压力锅示意图，在关火后打开压力阀开始放气的瞬间，锅内气体对外界做功，内能减少
D.图丁为一定质量的理想气体分别在T 、T 温度下发生的等温变化，由图可知T <T
1 2 1 2
答案 CD
解析 图甲是理想气体分子速率的分布规律，气体在①状态下分子速率占总分子数的百分比的极大值的速
率较大，即①状态温度较高，则气体在①状态下分子平均动能大于②状态下的分子平均动能，故A错误；
图乙是分子势能E 与分子间距r的关系示意图，在r=r 时分子力表现为零，可知在r >r>r 时分子力表现为
p 2 2 1
斥力，故B错误；图丙为压力锅示意图，在关火后打开压力阀开始放气的瞬间，锅内气体体积变大，对外
界做功，因来不及与外界进行热交换，则气体的内能减少，故C正确；图丁为一定质量的理想气体分别在
T 、T 温度下发生的等温变化，由图可知距离原点越远的曲线上pV乘积越大，可知温度越高，即T <T ，
1 2 1 2
故D正确。
4.(2024·安徽合肥市二模)我国在春节和元宵节都有挂灯笼的习俗。如图所示，现代制作的灯笼大多用铁丝
做骨架，外层蒙以纸或纱类等透明物，内部装有白炽灯。夜晚点亮的白炽灯，既起到照明作用，又能营造
出喜庆的节日氛围。若灯未点亮前，灯笼内的温度为T ，空气密度为ρ ，灯点亮一段时间后，灯笼内的温
1 1
度升至T ，空气密度为ρ 。不计灯笼体积的变化，T 与T 的单位均为开尔文。若大气压强不变，则ρ 与ρ
2 2 1 2 1 2
之比为( )
T -T T T T
2 1 1 1 2
A. B. C. D.
T T -T T T
1 2 1 2 1
答案 D
V
1
解析 设灯笼体积为V ，灯未点亮前灯笼内空气质量为m，大气压强不变，根据盖—吕萨克定律可得 =
1 T
1
V ρ V T
2 1 2 2
，又m=ρ V =ρ V ，可得 = = ，故选D。
T 1 1 2 2 ρ V T
2 2 1 1
5.(2023·重庆卷·4)密封于汽缸中的理想气体，从状态a依次经过ab、bc和cd三个热力学过程达到状态d。
若该气体的体积V随热力学温度T变化的V-T图像如图所示，则对应的气体压强p随T变化的p-T图像正
确的是( )答案 C
解析 由V-T图像可知，理想气体ab过程做等压变化，bc过程做等温变化，cd过程做等容变化。根据理
pV
想气体状态方程，有 =C，可知bc过程理想气体的体积增大，则压强减小，故选C。
T
6.(2024·河北沧州市模拟)肺活量是衡量人体呼吸功能的一个重要指标，是指人能够呼出的气体在标准大气
压p 下的最大体积。一同学设计了如图所示的装置测量自己的肺活量，竖直放置的汽缸中有一与汽缸壁接
0
触良好的活塞，活塞上方放有重物，活塞由于卡槽作用在汽缸中静止不动，插销K处于打开状态，汽缸中
活塞下方空间的体积为V ，该同学用尽全力向细吹嘴吹气后，关闭插销K，最终活塞下方空间的体积变为
0
3 1
V ，已知外界大气压强为p ，活塞的面积为S，活塞及上方重物的总重力G= p S，汽缸的导热性能良好，
2 0 0 2 0
则该同学的肺活量为( )
3 5 3
A. V B.V C. V D. V
4 0 0 4 0 2 0
答案 C
解析 设该同学呼出的气体在标准大气压p 下的体积为V，把该同学呼出的气体和活塞下方汽缸中原有的
0
3 G 3 5
气体作为研究对象，有p V +p V=p· V ，其中p=p + = p ，解得V= V ，故选C。
0 0 0 2 0 0 S 2 0 4 0
7.(2024·辽宁葫芦岛市一模)某科研小组设计一款超重报警装置，其结构原理图如图所示，主体是导热性能
良好的薄壁密闭容器，厚度和质量不计的活塞通过竖直轻杆连接轻质平台。平台上未放重物时，内部封闭理想气体气柱长度L=0.2 m；当活塞进入预警区域时，系统会发出超重预警。横截面积S=0.01 m2，底部的
预警区域深度h=0.1 m，平台上轻放质量为m的重物稳定时，活塞刚好触动报警装置。已知环境温度不变，
大气压强p =1.0×105 Pa，g=10 m/s2，不计摩擦阻力，下列说法正确的是( )
0
A.重物的质量m=200 kg
B.重物的质量m=1 000 kg
C.放上重物至活塞最终稳定的过程中，密闭气体对外界放出的热量为100 J
D.放上重物至活塞最终稳定的过程中，密闭气体对外界放出的热量为200 J
答案 D
mg
解析 最终稳定时，封闭气体温度不变，则p LS=p hS，又因为p =p + ，求得m=100 kg，故A、B错误；
0 1 1 0 S
设外界大气压力和重物对封闭气体做功为W，则W=(mg+p S)(L-h)，代入数据求得W=200 J，封闭气体内能
0
不变，根据热力学第一定律可得ΔU=W+Q，解得Q=-200 J，则气体对外界放出的热量为200 J，故C错误，
D正确。
8.(2024·山西晋中市二模)气压传动是指以压缩空气为工作介质来进行传递能量和信号，从而实现生产自动
化。如图所示为某气压传动装置的原理示意图，面积为2S的轻质活塞A，通过压缩气体顶起面积为S的轻
质活塞B和上方管道内高h的液柱(液体的密度为ρ，重力加速度为g)，开始活塞A静止，无推力，现用力
缓慢向右推动活塞A，最终活塞B和液体上升的高度为L。已知大气压强为p ，不计摩擦和忽略细弯管中
0
的气体体积，汽缸中理想气体的温度始终不变，下列说法正确的是( )
A.推动活塞A的过程中，对封闭气体做功，故气体内能增加
B.整个过程中，活塞A对汽缸内气体做的功小于气体向外界放出的热量
C.最终汽缸内气体的压强大小为p =p -ρgh
2 0
p L L
D.横截面积为2S的汽缸内气体的长度L'= 0 -
p +ρgh 2
0
答案 D解析 整个过程中，温度不变，内能不变，故活塞A对封闭气体做的功等于气体对外放出的热量与活塞B
对封闭气体做的负功之和，故A、B错误；
最终汽缸内封闭气体的压强大小为p =p +ρgh，故C错误；
2 0
对汽缸内封闭气体，由等温变化，可得
p L·2S=(p +ρgh)(L'·2S+LS)
0 0
可得横截面积为2S汽缸内气体长度
p L L
0
L'= - ，故D正确。
p +ρgh 2
0
9.(2024·江西鹰潭市二模)制作“吸管潜水艇”是深受小朋友喜爱的科学实验，如图甲所示，将吸管对折后
用回形针固定，然后管口竖直向下插入装有水的矿泉水瓶中，使吸管顶部露出水面，最后用盖子封紧矿泉
水瓶(如图乙)。实验时，用力按压瓶身，“潜水艇”就会沉入水底，松开手后，“潜水艇”又浮出水面。
设水面上方的封闭气体体积为V ，压强为p ，吸管内封闭气体的体积为V，“吸管潜水艇”的总质量为
0 0
m，水的密度恒为ρ，气体温度始终保持不变，所有气体视为理想气体。缓慢挤压瓶身时，瓶内封闭气体
吸热还是放热？挤压瓶身使“潜水艇”恰好悬浮在水中时(如图丙)，水面上方的气体体积减小了多少？(不
考虑吸管厚度和回形针的体积，吸管内外液面高度差产生的压强远小于大气压，即管内外气压始终相等)下
列选项正确的是( )
m m
A.吸热，2V (1- ) B.放热，V (1- )
0 ρV 0 ρV
m m
C.吸热，V (1- ) D.放热，2V (1- )
0 ρV 0 ρV
答案 B
解析 气体温度保持不变，则瓶内封闭气体发生等温变化，故内能保持不变，即ΔU=0，挤压瓶身时，水
面上方气体体积减小，外界对气体做功，即W>0，根据热力学第一定律ΔU=Q+W，则Q<0，即气体对外放
热。设“潜水艇”悬浮时，吸管内部封闭气体的压强为p ，体积为V ，根据平衡条件得 ρgV =mg，解得
1 1 1
m p Vρ
V = ，对吸管内的气体，根据玻意耳定律p V=p V ，解得p = 0 ，设水面上方的气体体积减小ΔV，对
1 ρ 0 1 1 1 m
m
水面上方的气体，根据玻意耳定律p V =p (V -ΔV)，解得ΔV=V (1- )，故选B。
0 0 1 0 0 ρV
