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专题03 热学版块大题综合山东
一、解答题
1．（2023·山东·高三专题练习）单级水火箭可以简化为如图（a）所示的下方开口的容
器。容器中气体体积
，压强
，下方水的深度
。单向气阀
（不计质量）是一个只能朝一个方向通入气体的装置，它外部为橡胶材质，将其紧紧
塞在容器口位置可将水堵住还能向容器内进行充气。单向气阀与容器口摩擦力的最大
值
。现用打气筒通过单向气阀向容器内一次次的充入压强
，
的气体。当容器内的气体压强到达一定值时单向气阀和容器中的水被一起喷
出，水火箭可以获得一定的速度发射。已知重力加速度
，容器口的横截面
积
，水的密度
。假设容器中的气体为理想气体，充气和
喷水时忽略温度的变化。
（1）求水火箭刚好喷水时容器内气体压强p；
（2）求水火箭刚好喷水时的充气次数；
（3）水火箭喷水过程中，容器内气体的
图像如图（b）所示，试估算容器内气体
从状态a 到状态b 从外部吸收的热量。
2．（2023·山东潍坊·统考模拟预测）肺活量是常用来衡量人体心肺功能的重要指标。
肺活量是指在标准大气压
下人一次尽力吸气后，再尽力呼出的气体体积总量。
1
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某同学在学习气体实验定律后，设计了一个吹气球实验来粗测自己肺活量。首先他测
量了自己的体温为37℃．环境温度为27℃，然后该同学尽最大努力吸气，通过气球口
尽力向气球内吹气，吹气后的气球可近似看成球形，过一段时间稳定后测得气球的直
径
，气球稳定的过程中，气球向外界散失了2.8J 的热量。已知气球橡胶薄膜
产生的附加压强
，其中
为薄膜的等效表面张力系数，R 为气球充气后的半径。
如下图为该气球的等效表面张力系数
随气球半径R 的变化曲线。吹气前气球内部的
空气可忽略不计，空气可看作理想气体，大气压强
，
。
求：
（1）该同学通过查阅资料得知理想气体内能大致可以用公式
来计算，气球稳
定的过程中外界对气球做了多少功？
（2）该同学的肺活量为多少毫升？
3．（2023·山东济宁·济宁市育才中学校考模拟预测）下图是一种汽车空气减震器的模
型，其主要构造是导热性良好的气缸和活塞，活塞面积为
，活塞通过连杆与
车轮轴连接。将装有减震装置的轮子模拟静止在斜坡上的汽车，固定在倾角为
的斜
面上，连杆与斜面垂直，初始时气缸内密闭理想气体的体积为
，压强为
，环境温度为
，气缸与活塞间的摩擦忽略不计，大气压强始
终为
。现于气缸顶部固定一个物体A，稳定时气缸内气体体积缩小了
，该过程气体温度保持不变。重力加速度取
。则
（1）放上A 物体待其稳定后，气缸对气体做功
，判断该过程气缸内气体是吸热还
是放热？热量的大小为多少？
2
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（2）求气缸和物体A 的总质量M；
（3）由于环境温度变化，气缸内气体体积逐渐恢复到
。求体积恢复后的环境
温度。
4．（2023·山东·高三专题练习）压力锅是一种常见的厨房锅具，其工作原理是通过增
大锅内的气压来提升液体沸点，以达到高温烹煮食物的目的。如图为某压力锅的结构
简图，压力阀相当于质量稍大、壁较厚的金属杯，其内径稍大于排气孔的外径。使用
时锁紧密封锅盖，并将压力阀扣在锅盖上的排气孔上，然后开始加热烹煮，当锅内气
体压强增大到一定程度时，压力阀被顶起，排气孔向外排出气体。某次使用时首先放
入食材（包括一定体积的水），加热前锅内温度为27℃，压强与外界大气压强均为
。已知该压力锅的压力阀的质量为
，排气孔内部的横截面积为
，不计压力阀和排气孔外壁间的摩擦，打开锅盖前锅内气体视为理想气体，
气体的总量及体积均认为不变，重力加速度
。
（1）加热过程锅内气体温度最高可达到多少摄氏度？
（2）食物煮熟后取走压力阀泄压，泄压前、后锅内气体保持第（1）问中的温度不变，
求泄压前、后锅内气体密度的比值。
5．（2023·山东·高三专题练习）某位游客自驾游西藏，海拔到达4000m 时，大气压强
3
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为
，环境温度为7°C，该游客出现了高原反应，即刻取出一种便携式加压舱
使用，该加压舱主要由舱体、气源箱组成。已知加压舱刚取出时是折叠状态，只打开
进气口，气源箱将周围环境中的大气以350L/min 的气流量输入到舱体中，充气达到压
强
的工作状态后，进气口和出气口都打开，维持舱内空气新鲜，且气压不
变，温度维持在27°C，病人在舱内的高压环境中吸氧，实现治疗目的。如图所示，充
气后的加压舱舱体可视为长2.1m、底面积0.88
的圆柱体，舱内外气体均可视为理想
气体。
（1）求舱体充气到工作状态的时间；
（2）该游客在舱内治疗一段时间后情况好转，他改设气压
、温度27°C 的
新模式加压舱会自动调节进出口气流量。已知此时外部的环境温度下降为-3°C，加压
舱进气流量为30L/min，舱内环境在10min 内达到新模式，求这段时间放出气体质量与
进入气体质量之比。
6．（2023·山东·高三专题练习）2023 年3 月30 日，我国“神舟十五号”飞行乘组圆满
完成了第三次太空行走任务。航天员出舱活动前要在气闸舱内穿上特制的航天服，航
天服内密封一定质量的气体（视为理想气体），开始时密封气体的体积为
，
压强为
，温度为
。为方便打开舱门，需将气闸舱内气压适当降
低，当气闸舱内气压降低到目标值时，航天服内气体体积变为
，温度变为
。忽略航天员呼吸造成的影响，取
。
（1）求气闸舱内气压降低到目标值时航天服内气体的压强
；
4
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（2）将气闸舱内气压降低到目标值后航天员感觉到航天服内气压偏高，于是他将航天
服内一部分气体缓慢放出，使航天服内气压降到
，此时航天服内气体
体积变为
，求放出的气体与航天服内部留存气体的质量比。（设放出气体过
程中气体温度始终保持不变）
7．（2023·山东·校联考模拟预测）如图，容积均为
、缸壁可导热的A、B 两汽缸放
置在压强为
、温度为
的环境中；两汽缸的底部通过细管连通，A 汽缸的顶部通过
开口C 与外界相通：B 汽缸的顶部有一阀门K，初始处于关闭状态,两个活塞将两个气
缸分成I、II、III、IV 四个部分，其中II、III 部分体积分别为
和
、环境压强保
持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦。用气象从开口C 向的缸内缓慢注气体，
封闭开口C，再将环境温度缓慢升高至2
，A 汽缸中的活塞刚好到达汽缸底部。求：
（1）A 汽缸第Ⅰ部分原有气体与注入气体的质量比；
（2）打开阀门K，稳定时B 汽缸中活塞的位置。
8．（2023·山东·模拟预测）如图所示为一款便携式鼻吸氧气呼吸器的产品参数。罐体
导热性能良好，罐体内氧气可视为理想气体，当罐体内、外无气压差时便不能喷出氧
气。根据该产品参数的信息，忽略气体喷出时温度的变化，求该款氧气呼吸器在大气
压强为0.1MPa，温度为33℃的环境下，以最大流量持续出气的使用时长是多少秒？
产品名称
便携式鼻吸氧气呼吸器
组成部分
产品由呼吸罐体、连接阀、吸入罩、防护帽和氧气等部分
主要性能
氧气纯度≥99.6%
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氧气压力
0.8MPa（15℃）
型号
SFK-3
产品规格
1000mL
最大流量
50mL/s
适用范围
主要适用于缺氧人群吸氧使用
9．（2023 春·山东·高三统考学业考试）如图甲所示，一缸壁导热的汽缸水平放置，用
活塞封闭一定量的理想气体，活塞与汽缸底部用一原长为l、劲度系数为k 的轻质弹簧
连接，当环境温度为
时，弹簧恰处于自然状态。现缓慢将汽缸转动到开口向上竖直
放置，如图乙所示，此时活塞距汽缸底部的距离为
。已知外界大气压强为
，活
塞面积为S，忽略活塞与汽缸壁间的摩擦。求：
（1）活塞质量；
（2）若环境温度缓慢升高，则当弹簧恢复原长时，缸内气体的压强和温度。
10．（2023·山东·高三专题练习）啤酒加工过程中，将标准状况下
的
气
体通过密闭装置压入啤酒中，并将啤酒瓶严密封装，封装过程无气体泄漏。在该啤酒
瓶中，下方为溶有
的啤酒，上方为纯
气体。在
，溶于啤酒中的
的质
量为
，上方气体状态
的质量为
，压强为
。当温度升
高到某温度时，啤酒中溶解的
的质量有所减少，变为
，瓶中气体
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的压强上升到
。已知：
，啤酒的体积不因溶入
而变
化，且不考虑容器体积和啤酒体积随温度的变化。又知对同种气体，在体积不变的情
况下
与m 成正比，
的摩尔质量
，标准状态下气体的摩尔体积
，绝对零度为
。求：
（1）在
时，酒瓶内上方气体状态
的质量
；
（2）升温后啤酒上方气体的摄氏温度t（结果保留三位有效数字）。
11．（2023·山东·高三专题练习）如图是泡茶常用的茶杯，某次茶艺展示中往杯中倒入
适量热水，水温为
，盖上杯盖，杯内气体与茶水温度始终相同。已知室温为
27°C，杯盖的质量
，杯身与茶水的总质量为
，杯盖的面积约为
，大气压强
，忽略汽化、液化现象，杯中气体可视为理想气
体，重力加速度
，求：
（1）若杯盖和杯身间气密性很好，请估算向上提杯盖恰好带起整个杯身时的水温；
（2）实际的杯盖和杯身间有间隙，当水温降到室温时，从外界进入茶杯的气体质量与
原有气体质量的比值。
12．（2023·山东·高三专题练习）汽车胎压是指汽车轮胎内部的气压，是汽车行车安全
及动力性能一个重要指标。如图所示，是一辆家用轿车在一次出行过程中仪表盘上显
示的两次胎压值，其中图（a）表示刚出发时的显示值，图（b）表示到达目的地时的
显示值，出发前胎内温度与环境温度相同。（
可近似等于1 个标准大气压，车胎
内气体可视为理想气体且忽略体积变化）轿车仪表盘胎压实时监测
（1）此次出行过程中轿车的左前轮胎内气体温度升高了多少摄氏度；
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（2）如果出发时就使轮胎气压恢复到正常胎压
，需要充入一定量的同种气体，
求左前轮胎内充入气体质量和该车胎内原有气体质量之比（忽略充气过程中轮胎体积
和温度的变化）。
13．（2023·山东·高三专题练习）图1 是很多机械结构中都会用到的气弹簧装置．其简
化模型如图2 所示，装有氮气的封闭气缸竖直固定在水平地面上，一光滑活塞将气缸
分成A、B 两部分，活塞上有一个透气的小孔将气缸中两部分气体连通在一起，活塞上
固定一个圈柱形的连杆．已知活塞与连杆的总质量为m，活塞横截面积为S，连杆横截
面积为
．初始时刻活塞停在气缸内某处，此时A 部分气体高
，B 部分气体高
．已知大气压强为
，重力加速度为g，气体可看作理想气体，汽缸与连杆之间无
摩擦且密封良好，气体温度始终保持不变．
（1）求初始时刻缸内气体压强
；
（2）若对连杆施加向下的压力，使得活塞缓慢向下移动距离
，求此时缸内气体压
强
．
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14．（2023·山东·高三专题练习）舱外航天服有一定的伸缩性，能封闭一定的气体，提
供人体生存的气压。2021 年11 月8 日，王亚平身穿我国自主研发的舱外航天服“走
出”太空舱，成为我国第一位在太空“漫步”的女性。王亚平先在节点舱（出舱前的
气闸舱）穿上舱外航天服，若航天服内密闭气体的体积为
，压强
，温度
。然后把节点舱的气压不断降低，到能打开舱门时，航
天服内气体体积膨胀到
，温度为
，压强为
（未知）。为便于舱外
活动，宇航员出舱前将一部分气体缓慢放出，使航天服内的气体体积仍变为
，气压
降到
，假设释放气体过程中温度不变。求：
（1）压强
；
（2）航天服需要放出的气体与原来航天服内气体的质量之比
。
15．（2023·山东·模拟预测）如图所示，平直木板与水平地面上的铰链相连，一段水银
柱把一定质量的气体封闭在玻璃管内，把玻璃管固定在木板上，在竖直平面内缓慢的
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转动木板，木板与水平地面之间的夹角为
，可得气体的压强p 与
之间的关系图
像如图乙所示，当
时，气体的压强是大气压强的2 倍，
时气体的长度为
，温度为T，
。
（1）求
图像横轴的截距（用负数来表示）以及大气压强；（用a、b 来表示）
（2）若
时气体温度为1.2T，则气体的长度为多少？（用L 来表示）
16．（2023·山东·高三专题练习）如图所示为某打气装置示意图。其中A 是容积为V
的需要充气的容器，B 是内壁光滑的气筒，容积也为V，左端用可移动的活塞密封，活
塞横截面积为S，右端通过单向进气阀n 与A 连通（当B 内气体压强大于A 内气体压
强时，n 打开，反之关闭），B 底部通过单向进气阀m 与外界连通（当B 内气体压强
小于外界大气压时，m 打开，反之关闭）。活塞缓慢左移从外界抽取气体，抽气结束
时活塞位于气筒B 的最左侧；给活塞施加水平向右的推力，让活塞缓慢向右移动，当
外力无法推动活塞时结束打气过程。已知外界大气压强为p0，初始时A 内充满压强为
p0的气体，容器A、B 导热良好，给活塞水平推力的最大值为6.5p0S，忽略容器间连接
处的气体体积，环境温度保持不变。求：
（1）第一次打气结束时，A 内气体的压强；
（2）第七次打气结束时，B 内活塞右侧气体的体积。
17．（2023·山东·高三专题练习）一个气缸固定在倾角θ=30°的斜面上，内部横截面积
S=20cm2，底端装有阀门A。用质量m=1kg 的活塞B 和不计质量的活塞C，封闭I、II
两部分空气，初始时AB、BC 之间的距离均为L=10cm。向下压活塞C，使其缓慢移动
d=2cm，要保持B 静止不动，需通过阀门A 向里充入空气，求所充入空气的质量与AB
之间原有空气质量之比。封闭的空气可视为理想气体，活塞与气缸间的摩擦忽略不计，
且不漏气，整个过程温度不变，外界大气压强p0=1×105Pa，重力加速度g=10m/s2.。
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18．（2023·山东·模拟预测）如图所示为一款便携式鼻吸氧气呼吸器的产品参数。罐体
导热性能良好，罐体内氧气可视为理想气体，当罐体内、外无气压差时便不能喷出氧
气。根据该产品参数的信息，忽略气体喷出时温度的变化，求该款氧气呼吸器在大气
压强为0.1MPa，温度为33℃的环境下，以最大流量持续出气的使用时长是多少秒？
19．（2023·山东·模拟预测）已知大气压强
为76cmHg。装置如图所示，圆柱形气缸
内的活塞把气缸分隔成A，B 两部分，A 为真空，用细管将B 与U 形管相连，细管与U
形管内气体体积可忽略不计，气体可视为理想气体。开始时，U 形管中左边水银面比
右边高6cm，气缸中气体温度
为27℃。
（1）将活塞移到气缸左端，保持气体温度不变，稳定后U 形管中左边水银面比右边高
62cm。求开始时气缸中A、B 两部分体积之比；
（2）再将活塞从左端缓缓向右推动，并在推动过程中随时调节气缸B 内气体的温度，
使气体压强随活塞移动的距离均匀增大，且最后当活塞回到原处时气体的压强和温度
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都恢复到最初的状态，求此过程中气体的最高温度
；
20．（2023·山东·模拟预测）一个体积为
的简易潜水艇模型如图所示。当储水舱里的
气体体积为
，压强为
时，潜水艇有
浸没在海水中。当地大气压强为
，海水
的密度为
，假设各深度处海水温度相同，潜水艇在吸入或排出海水过程中，海水深
度对潜水艇的压强变化忽略不计。
（1）当潜水艇用空气压缩泵缓慢排出储水舱上方的部分气体时，可以吸入一定量的海
水，使潜艇恰好全部浸没在海水里并处于静止状态。此时，储水舱上方气体的压强为
，求储水舱剩余气体的质量与与原有气体的质量之比；
（2）当潜水艇静止潜在深度处时（潜水艇全部浸入海水后，储水舱内气体的变化忽
略不计），用空气压缩泵向储水舱注入一定量的压强为
的气体后，打开阀门排出部
分海水使潜水艇向上浮。要使舱内的海水排出的体积为
，求打开阀门前，储水舱内
气体的压强。
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