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专题16 热学
考试时间 ：2024 年X 月X 日 命题人： 审题人：
本试题卷分选择题和非选择题两部分，共10 页，满分100 分，考试时间90 分钟。
考生注意：
1. 答题前，请务必将自己的姓名、准考证号用黑色字迹的签字笔或钢笔分别填写在试题卷和答题纸规
定的位置上。
2. 答题时，请按照答题纸上 “注意事项”的要求，在答题纸相应的位置上规范作答，在本试题卷上
的作答一律无效。
3. 非选择题的答案必须使用黑色字迹的签字笔或钢笔写在答题纸上相应的区域内，作图时先使用2B
铅笔，确定后必须使用黑色字迹的签字笔或钢笔描黑。
4. 可能用到的相关参数：重力加速度g 均取10m/s2。
第I 卷（选择题部分）
一、单项选择题（本题共12 小题，每小题5 分，共60 分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题
目要求的,不选、多选、错选均不得分）
1．（2024·全国·模拟预测）孔明灯俗称许愿灯，祈天灯，古代多用于军事通讯，而现代人多用于祈福。在
灯底部的支架上绑上一块沾有煤油的粗布，点燃后灯内的热空气膨胀，放手后，整个灯冉冉升空，当底部
的煤油烧完后又会自动下降。关于孔明灯，下列说法正确的是（ ）
A．点燃后，孔明灯所受浮力增大从而升空
B．点燃后，灯内气体的温度升高，内能增大
C．点燃后升空过程中，灯内气体分子间的平均撞击力增大
D．点燃后升空过程中，灯内气体的压强不变
【答案】C
【详解】A．孔明灯是利用热空气上升的原理制成的，点燃后，灯内空气受热体积膨胀，因而空气的密度
变小，比同体积的冷空气轻，而浮力不变，从而升空，A 错误；B．点燃后，灯内气体的温度升高，灯内
1
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空气受热后体积膨胀，灯内气体质量减少，减少量不能确定，因此内能的变化不能确定，B 错误；C．点
燃后升空过程中，由于灯内气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，分子间的平均撞击力增大，C 正
确；D．点燃后升空过程中，在灯底部冷空气向上的压力大于灯内热空气向下的压力，因此灯内气体的压
强减小，D 错误。
故选C。
2．（2024·辽宁沈阳·统考一模）2021 年2 月21 日~4 月2 日，“深海一号”钻井平台搭载“蛟龙”号潜艇
赴西北太平洋深渊区开展7000 米级作业。若开始下潜时，“蛟龙”号潜艇内气体温度为
、压强为
，当下潜到某一深度时，艇内温度降到
。潜艇内气体视为理想气体，体积和质量不变，下
列关于艇内气体的说法，正确的是（ ）
A．
时，压强约为
B．
时，压强约为
C．下潜过程中，内能增加
D．下潜过程中，吸收热量
【答案】B
【详解】AB．依题意，潜艇内气体体积保持不变，由查理定律可得
，其中
，解得
，故A 错误；B 正确；CD．由热
力学第一定律，可得
，依题意，下潜过程中，气体温度降低，内能减小，即
，又因为
气体体积不变，即
，解得
，即下潜过程中，放出热量。故CD 错误。
故选B。
3．（2024·云南昆明·统考一模）升降椅简化结构如图所示，座椅和圆柱形导热汽缸固定在一起，汽缸内封
闭了一定质量的理想气体。若封闭气体不泄漏且环境温度恒定，人坐上座椅到最终气体状态稳定的过程中，
下列说法正确的是（ ）
2
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A．封闭气体的内能增加
B．封闭气体对外界做正功
C．封闭气体向外界放出了热量
D．封闭气体的分子平均动能增大
【答案】C
【详解】A．环境温度恒定，因此整个过程中汽缸内的气体发生的是等温变化，温度不变。理想气体的内
能与温度有关，因此封闭气体的内能不变，故A 错误；B．人坐上座椅到最终气体状态稳定的过程中，汽
缸内气体被压缩，体积变小，因此外界对封闭气体做功，故B 错误；C．根据热力学第一定律
，
气体内能不变
，外界对封闭气体做功
，因此
，即封闭气体向外界放出热量，故C 正确；
D．汽缸内气体发生的是等温变化，温度不变，温度是衡量分子平均动能的标准，因此封闭气体的分子平
均动能不变，故D 错误；
故选C。
4．（2023·山东青岛·统考三模）啤酒是青岛这座城市的“专属味道”，如图是青岛市民喜欢的袋装原浆，
某次售卖时，售货员将7°C 冰镇原浆倒入密封袋中快速封口，密封袋内有啤酒和少部分空气且不断有气体
从啤酒中析出，静置一段时间后，发现密封袋鼓胀起来。已知大气压强
，室温为27°C，封
闭气体（视为理想气体）体积从0.2L 增大为0.25L。下列说法正确的是（ ）
A．外界对内部封闭气体做正功
B．静置后内部封闭气体的内能增加
C．静置后内部封闭气体的分子速率都增加
3
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D．根据气体实验定律，可求出静置后内部封闭气体的压强
【答案】B
【详解】A．封闭气体体积增大，气体对外界做正功，则外界对内部封闭气体做负功，故A 错误；
B．静置一段时间后，封闭气体温度升高，则气体的内能增加，故B 正确；C．温度升高，气体分子运动的
平均速率增加，但具体到某一个气体分子，其速率有可能减小，故C 错误；D．根据题意，不断有气体从
啤酒中析出，即气体的物质的量在不断增多，则根据气体实验定律，不能求出静置后内部封闭气体的压强，
故D 错误。
故选B。
5．（2023·江苏·模拟预测）如图所示，向一个空的铝制饮料罐中插入一根内部粗细均匀透明吸管，接口用
蜡密封，在吸管内引入一小段油柱长度可以忽略，如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。
当温度由
变为
时，油柱从离接口
处缓慢移到离接口
的位置。下列说法正确的是（ ）
A．单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增加
B．饮料罐内气体的压强变小
C．罐内气体对外做的功大于气体从外界吸收的热量
D．若给吸管标上温度刻度值，刻度是均匀的
【答案】D
【详解】B．油柱总是处于平衡状态，即饮料罐内气体的压强总是等于外界大气压强，故B 错误；A．温
度升高，压强不变，气体体积膨胀，单位体积内的分子数减少了，所以单位时间内碰撞单位面积器壁的分
子数也减少了，故A 错误；C．罐内气体膨胀对外做功，即
；罐内气体吸收热量内能增大，即
；
由热力学第一定律
，可知
，即罐内气体对外做的功小于气体从外界吸收的热量，故C
错误；D．设吸管横截面积为，饮料罐体积为
，油柱离接口距离为
，由理想气体状态方程可得
，整理可得
，即
与
是一次函数关系，所以给吸管标上温度刻度值时，
刻度是均匀的，故D 正确。
故选D。
4
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6．（2024·浙江·校联考模拟预测）如图所示，在2021 年的“天宫课堂”中，王亚平往水球中注入一个气
泡，气泡静止在水球中，此时（ ）
A．气泡受到浮力
B．气泡内气体在界面处对水产生压力
C．水与气泡界面处水分子间作用力表现为斥力
D．完全失重状态的水球内的水分子不会进入气泡中
【答案】B
【详解】A．由于在失重状态下，气泡不会受到浮力，故A 错误；B．由于在失重状态下，气泡内气体在
界面处存在压力差，所以对水产生压力，故B 正确；C．水与气泡界面处，水分子较为稀疏，水分子间作
用力表现为引力，故C 错误；D．完全失重状态的水球内的水分子也会因热运动进入气泡中，故D 错误。
故选B。
7．（2024·山东·模拟预测）中医拔罐疗法在中国有着悠久的历史，早在成书于西汉时期的帛书《五十二病
方》中就有类似于后世的火罐疗法。其方法是以罐为工具，将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完
时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上，造成局部瘀血，以达到通经活络、
行气活血、消肿止痛、祛风散寒等作用的疗法。在将火罐压在皮肤上的很短时间内，以下说法正确的是（
）
A．火罐“吸”在皮肤上的主要原因是火罐内的气体体积不变，温度降低，压强减小
B．火罐“吸”在皮肤上的主要原因是火罐内的气体体积不变，温度升高，压强增大
C．火罐内的气体吸收热量，内能增大
D．火罐内气体分子单位时间内撞击火罐底部的次数增加
【答案】A
【详解】AB．在刚开始的很短时间内，火罐内部气体体积不变，由于火罐导热性良好，所以火罐内气体温
度迅速降低，根据
可知，气体压强减小，在外界大气压的作用下火罐“吸”在皮肤上，故A 正确，
B 错误；C．因气体的体积不变，则
，而温度迅速降低，则气体内能减小
，根据热力学第一定
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律
，可得
，即气体向外放热，故C 错误；D．因气体的体积不变，则单位体积内的分子
数不变，而气体的温度降低，则分子的平均动能减小，每个分子的平均速率变小，则火罐内气体分子单位
时间内撞击火罐底部的次数变少，故D 错误。
故选A。
8．（2024·全国·校联考一模）如图所示，上端均封闭的连通管道A、B 中封闭着液面相平的水银柱，连通
管道下部有阀门K。A、B 内的气柱长度不相同，且
，初始状态两气柱温度相同。下列说法正确的
是（ ）
A．A、B 气体温度同时缓慢升高
，则A 的液面将高于B
B．A、B 气体温度同时缓慢降低
，则A 的液面将高于B
C．打开阀门缓慢放出少量水银柱后，A 的液面将高于B
D．打开阀门缓慢放出少量水银柱后，A 的液面将低于B
【答案】C
【详解】AB．A、B 气体温度同时缓慢升高或降低
，假设液面不移动，两部分气体为等容变化，根据
，
可得
，两部分气体
、
、
相同，故压强的变化量相同，所以A、B 液面仍相平，故AB 错误；
CD．打开阀门K 缓慢放出少量水银柱后，假设两边液面下降后仍相平，根据等温变化的规律可得
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，可得压强为
，故初态气柱长的
更大，因
，则
，所以A
的液面高于B，故C 正确，D 错误。
故选C。
9．（2024·福建宁德·福建省宁德第一中学校考一模）现利用固定在潜水器体外的一个密闭气缸做验证性实
验：如图，气缸内封闭一定质量的理想气体，轻质导热活塞可自由移动。在潜水器缓慢下潜的过程中，海
水温度逐渐降低，则此过程中理论上被封闭的气体（ ）
A．单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多
B．压强与潜水器下潜的深度成正比
C．体积与潜水器下潜的深度成反比
D．分子的平均动能变大
【答案】A
【详解】A．在潜水器缓慢下潜的过程中，温度降低，分子运动的平均速率减小，由于压强增大，则单位
时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多，故A 正确；B．气体压强为
，压强与潜水器下
潜的深度成一次函数关系，不成正比关系，故B 错误；C．根据理想气体状态方程有
，结合上述解
得
，可知体积与潜水器下潜的深度不成反比，故C 错误；D．温度降低，气体分子的平
均动能减小，故D 错误。
故选A。
10．（2023·吉林长春·统考一模）排球比赛中球内标准气压为
。某次比赛时环
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境大气压强为
，一排球内气体压强为
，球内气体体积为5L。为使该排球内的气
压达到比赛用的标准气压，需用充气筒给排球充气，已知充气筒每次能将环境中0.23L 的空气充入排球，
充气过程中排球体积和气体温度的变化均可忽略不计，气体视为理想气体，则需要充气的次数至少为（
）
A．9 次
B．7 次
C．5 次
D．4 次
【答案】C
【详解】设至少充n 次才能使球内气体的压强达到p=
，赛前球内气体压强为
=
，
体积为V0=5L，每次冲入气体的压强为p2=
，体积为V=0.23L；根据一定质量理想气体状态方
程“分态式”可得
，代入数据解得n≈4.35 次，所以赛前至少充气的次数为5 次。
故选C。
11．（2023·云南保山·统考三模）一绝热容器内封闭一定质量的理想气体，气体分子的速率分布如图所示，
横坐标表示速率v，纵坐标表示某一速率区间的分子数占总分子数的百分比N，经过一段时间分子的速率
分布图由状态①变为②，图线1 下方的面积为S1，图线2 下方的面积为S2。则由图可知（ ）
A．
B．气体的压强变大
C．气体的内能不变
D．气体对外界做功
【答案】B
【详解】A．由于横坐标表示速率v，纵坐标表示某一速率区间的分子数占总分子数的百分比N，则图线，
下方的面积均为1，即有
，故A 错误；C．由图像可知，由状态①变为②，分子速率大的分子数
占总分子数的百分比在增加，说明气体温度升高，对于一定质量的理想气体，不计分子势能，则温度升高，
气体的内能一定增大，故C 错误；D．由于气体在绝热容器内，与外界没有热交换，即
，根据上述可
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知气体的内能增大，根据
，可知外界对气体做功，故D 错误；B．外界对气体做功，气体体积
减小，而气体温度升高，根据理想气体状态方程
，可知气体压强增大，故B 正确。
故选B。
12．（2024·山东潍坊·校考模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体从状态A 开始，经历AB、BC、
CD、DA 四个过程回到原状态A，其中AB、CD 为等压过程，BC、DA 为等温过程，状态C、D 的压强和体
积未知，下列说法正确的是（ ）
A．在过程BC 中气体和外界没有发生热传递
B．气体在状态A 的内能大于在状态D 的内能
C．气体从状态A 变化到状态B 对外做功40J
D．在过程CD 中外界对气体做的功等于在过程AB 中气体对外界做的功
【答案】D
【详解】A．在过程BC 中，体积增大，气体对外做功，但由于温度不变，内能保持不变，所以气体从外
界吸热，故A 错误；B．DA 为等温过程，温度不变，所以气体在状态A 的内能等于在状态D 的内能，故
B 错误；C．体从状态A 变化到状态B 为等压过程，体积增大，气体对外做功，即
，故C 错误；D．由于AB、CD 为等压过程，BC、DA 为等温过
程，所以过程CD 中外界对气体做的功等于在过程AB 中气体对外界做的功，故D 正确。
故选D。
二、多项选择题（本题共2 小题,每小题5 分,共10 分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目
要求的。全部选对的得5 分,选对但不全的得3 分,有选错的得0 分）
13．（2024·陕西安康·校联考模拟预测）（多选）关于以下几幅图，下列说法正确的是（ ）
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A．图1 实验表明，大量的豆粒对秤盘的频繁碰撞对秤盘产生了一个持续的均匀的压力，气体压强就是
这样产生的
B．图2 中，
对应曲线为同一气体在温度较高时的速率分布图
C．图3 是布朗运动产生原因的示意图，可以看出，微粒越大，液体分子沿各方向撞击它的数量越多，
布朗运动越明显
D．图4 中，若抽掉绝热容器中间的隔板，气体的温度不变
E．图5 中，液体表面层分子间相互作用表现为引力，正是因为引力才使得水黾可以停在水面上
【答案】ADE
【详解】A．大量气体分子的撞击表现为连续的和均匀的，则器壁单位面积上受到的压力就是气体的压强，
A 正确；B．温度越高，分子平均动能越大，故
对应曲线为同一气体在温度较高时的速率分布图，B 错
误；C．微粒越大，液体分子沿各方向撞击它的数量越多，微粒不平衡性越不明显，布朗运动越不明显，C
错误；D．若抽掉绝热容器中间的隔板，由于右侧是真空，左侧气体自由膨胀，不做功，容器绝热，没有
热量传递，根据热力学第一定律，可知气体温度不变，D 正确；E．液体表面层分子间相互作用表现为引
力，即水黾可以停在水面是因为水表面张力和重力平衡，E 正确。
故选ADE。
14．（2024·山东潍坊·寿光市第一中学校考模拟预测）（多选）新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷
壶示意图如图所示。闭合阀门K，向下压压杆A 可向瓶内储气室充气，多次充气后按下按柄B 打开阀门
K，消毒液会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度均保持不
变，则下列说法正确的是（ ）
A．充气过程中储气室内气体分子数增多且分子运动剧烈程度增加
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B．喷液过程中，储气室内气体对外界做功并吸收热量
C．充气过程中，储气室内气体内能不变
D．喷液过程中，储气室内气体分子对器壁单位面积的平均作用力减小
【答案】BD
【详解】A．气体分子运动剧烈程度仅由温度决定，充气过程中，储气室内气体质量增大，气体分子数增
多，但温度不变，所以气体分子运动剧烈程度不变，故A 项错误；B．喷液过程中，气体膨胀，气体对外
做功，即
，但气体内能不变，即
，根据热力学第一定律
，可知
，则气体一
定从外界吸收热量，故B 项正确；C．气体内能由分子动能和分子势能组成，气体温度不变，所以气体的
平均分子动能不变，充气过程中，储气室内气体质量增大，气体分子数增多，气体分子势能增加，所以气
体内能增加，故C 项错误；D．喷液过程中，气体体积膨胀，由于温度不变，根据玻意耳定律
，可
知气体压强减小，由
，可知，即储气室内气体分子对器壁单位面积的平均作用力减小，故D 项正确。
故选BD。
第II 卷（非选择题）
三、计算题（本题包括3 小题，10 分+10 分+10 分共30 分，解答过程请写出必要的文字说明和必需的物理
演算过程，只写出最终结果的不得分）
27．（2024·广东佛山·统考一模）如图所示，常用碗的底部都有一个凹陷空间，当碗底沾有少量水放到平
整桌面时，会把少量空气密封在碗底部凹陷处。此时往碗中倒入热水时，碗会被密封的气体顶离桌面发生
侧向漂移。设室温
，碗底气体初始压强
与环境压强相同。试解答下列问题：
（1）请判断往碗中倒入热水后，碗底的气体内能和压强如何变化；
（2）若碗底凹陷处空气与桌面接触的面积为
，碗和热水总质量为
。则倒入热水后被密
封的气体温度升到多高时，才能使碗恰好被顶离桌面？忽略碗底与桌面间水的粘滞力，重力加速度
取
。
11
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【答案】（1）见解析；（2）33°C
【详解】（1）往碗中倒入热水后，碗底的气体温度升高，内能增大，分子平均动能增大，体积不变，则
压强变大。
（2）碗恰好被顶离桌面
解得
根据等容变化
其中
，解得
31．（2024·四川成都·统考模拟预测）如图（a），竖直圆柱形汽缸导热性良好，用横截面积为S 的活塞封
闭一定量的理想气体，活塞质量为
，此时活塞静止，距缸底高度为H。在活塞上放置质量为
（未
知）的物块静止后，活塞距缸底高度为
，如图（b）所示。不计活塞与汽缸间的摩擦，已知大气
压强为
，外界温度为27℃，重力加速度为g，汽缸始终保持竖直。
（i）求物块质量
；
（ii）活塞上仍放质量为
物块，为使得活塞回到距缸底为H 的高度，求密封气体的热力学温度T 应缓慢
上升为多少；若此过程中气体内能增加了
，求该过程中缸内气体从外界吸收的热量Q。
12
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【答案】（i）
；（ii）
【详解】（i）以被密封气体为研究对象，初态，由力的平衡条件有
活塞从位置H 到位置
，气体发生等温变化，由玻意耳定律可知
解得
末态，由力的平衡条件有
解得
（ii）活塞从
位置回到H 位置的过程，气体发生等压变化，由盖—吕萨克定律有
解得
外界对气体做功为
由热力学第一定律可有
解得
28．（2024·河北·校联考模拟预测）如图所示，竖直放置在水平桌面上的左右两汽缸粗细均匀，内壁光滑，
横截面的直径分别为d、2d，由体积可忽略的细管在底部连通。两汽缸与外界导热良好，各有一轻质活塞
将一定质量的理想气体封闭，左侧汽缸底部与活塞用一轻质细弹簧相连。初始温度为T0时，两汽缸内封闭
气柱的高度均为H，弹簧长度恰好为原长。环境温度升高后，左右侧活塞高度差变为
。已知大气压强
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为p0，弹簧始终在弹性限度内。
（1）求汽缸内气体的温度T；
（2）若汽缸内气体温度保持T 不变，右侧活塞在外力作用下恢复到原来位置，左侧活塞上升
的高度，
求弹簧的劲度系数k。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）对左右气缸内封闭的气体，初状态有
末状态有
由盖—吕萨克定律可得
联立解得，汽缸内气体的温度为
（2）若汽缸内气体温度保持T 不变，右侧活塞在外力作用下恢复到原来位置，左侧活塞上升
的高度，
对左右气缸内封闭气体，初状态有
末状态有
由玻意耳定律得
14
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联立可得
对左侧气缸活塞受力分析，由平衡条件
由胡克定律得
即弹簧的劲度系数为
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