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专题17 热学
目录
01 热学···············································································2
考向一 分子动理论与固体 液体的性质···································································2
考向二 气体实验定律 理想气体状态方程······························································3
考向三 热力学定律与气体实验定律相结合·····························································19
考向四 热力学图像问题·····················································································25
1
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01 热学
考向一 分子动理论与固体 液体的性质
1．（2023·北京·高考真题）夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低。与白天相比，夜间轮胎内的
气体（ ）
A．分子的平均动能更小
B．单位体积内分子的个数更少
C．所有分子的运动速率都更小
D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大
【答案】A
【详解】AC．夜间气温低，分子的平均动能更小，但不是所有分子的运动速率都更小，故A 正确、C 错误；
BD．由于汽车轮胎内的气体压强变低，轮胎会略微被压瘪，则单位体积内分子的个数更多，分子对轮胎内
壁单位面积的平均作用力更小，BD 错误。
故选A。
2．（2021·重庆·高考真题）图1 和图2 中曲线
分别描述了某物理量随分之间的距离变化的规律，
为平衡位置。现有如下物理量：①分子势能，②分子间引力，③分子间斥力，④分子间引力和斥力的合
力，则曲线
对应的物理量分别是（ ）
A．①③②
B．②④③
C．④①③
D．①④③
【答案】D
【详解】根据分子处于平衡位置（即分子之间距离为
）时分子势能最小可知，曲线I 为分子势能随分子
之间距离r 变化的图像；根据分子处于平衡位置（即分子之间距离为
）时分子力为零，可知曲线Ⅱ为分
子力随分子之间距离r 变化的图像；根据分子之间斥力随分子之间距离的增大而减小较引力变化快，可知
曲线Ⅲ为分子斥力随分子之间距离r 变化的图像。
D 正确，故选D。
3．（2024·陕西渭南·统考一模）（多选）对一定量的气体，下列说法正确的是（ ）
A．气体的体积是所有气体分子的体积之和
2
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B．气体的内能是分子热运动的动能和分子间的势能之和
C．气体的温度升高时，其分子平均动能一定会增加
D．当气体膨胀时，气体分子之间的势能减少，因而气体的内能减少
E．气体对器壁的压强是由大量分子对器壁的碰撞产生的
【答案】BCE
【详解】A．气体分子间空隙很大，气体的体积大于所有气体分子的体积之和，故A 错误；B．气体的内
能是分子热运动的动能和分子间的势能之和，故B 正确；C．气体的温度升高时，其分子平均动能一定会
增加，故C 正确；D．当气体膨胀时，气体分子之间的势能增大，内能变化无法判断，故D 错误；E．气
体的压强产生的机理是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的，故E 正确。
故选BCE。
4．（2024·青海·校联考一模）（多选）关于热学中的一些基本概念，下列说法正确的是（ ）
A．气体、液体、固体之间都可以发生扩散现象
B．
的水变成
的冰时，分子势能减小
C．内能是物体中所有分子的势能与所有分子热运动所具有的动能的总和
D．同温度的氧气和氮气，因为分子的质量不相等，所以它们的分子平均动能不相等
E．温度越低，分子运动越剧烈，布朗运动越明显
【答案】ABC
【详解】A．气体、液体、固体之间都可以发生扩散现象，故A 正确；B．0℃的水变成0℃的冰时，向外
放出热量，所以内能减小。又由于温度是分子的平均动能的标志，温度不变，则分子的平均动能不变。物
体的内能是由分子动能与分子势能组成，内能减小，分子动能不变，所以分子势能减小，故B 正确；C．
内能是物体中所有分子的势能与所有分子热运动所具有的动能的总和，故C 正确；D．温度是分子的平均
动能的标志，温度相同，分子平均动能相等，故D 错误；E．温度越高，分子运动越剧烈，布朗运动越明
显，故E 错误。
故选ABC。
考向二 气体实验定律 理想气体状态方程
5．（2023·河北·高考真题）如图，某实验小组为测量一个葫芦的容积，在葫芦开口处竖直插入一根两端开
口、内部横截面积为
的均匀透明长塑料管，密封好接口，用氮气排空内部气体，并用一小段水柱封
闭氮气。外界温度为
时，气柱长度为
；当外界温度缓慢升高到
时，气柱长度变为
。
已知外界大气压恒为
，水柱长度不计。
（1）求温度变化过程中氮气对外界做的功；
（2）求葫芦的容积；
（3）试估算被封闭氮气分子的个数（保留2 位有效数字）。已知
氮气在
状态下的体
3
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积约为
，阿伏伽德罗常数
取
。
【答案】（1）
；（2）
；（3）
【详解】（1）由于水柱的长度不计，故封闭气体的压强始终等于大气压强。设大气压强为
，塑料管的
横截面积为，初、末态气柱的长度分别为
，气体对外做的功为
。根据功的定义有
解得
（2）设葫芦的容积为
，封闭气体的初、末态温度分别为
，体积分别为
，根据盖—吕萨克定
律有
联立以上各式并代入题给数据得
（3）设在
状态下，
氮气的体积为
、温度为
，封闭气体的体积为
，被封闭氮气
的分子个数为。根据盖一吕萨克定律有
4
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其中
联立以上各式并代入题给数据得
个
6．（2023·浙江·高考真题）如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积
，质量
的活
塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度300K 的热源接触，平衡时圆筒内气体处于
状态A，其体积
。缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积
。固定活塞，升高
热源温度，气体达到状态C，此时压强
。已知从状态A 到状态C，气体从外界吸收热量
；从状态B 到状态C，气体内能增加
；大气压
。
（1）气体从状态A 到状态B，其分子平均动能________（选填“增大”、“减小”或“不变”），圆筒内
壁单位面积受到的压力________（选填“增大”、“减小”或“不变”）；
（2）求气体在状态C 的温度Tc；
（3）求气体从状态A 到状态B 过程中外界对系统做的功W。
【答案】（1）不变；增大；（2）350K；（3）11J
【详解】（1）圆筒导热良好，则气体从状态A 缓慢推动活塞到状态B，气体温度不变，则气体分子平均
动能不变；气体体积减小，则压强变大，圆筒内壁单位面积受到的压力增大；
（2）状态A 时的压强
温度TA=300K；体积VA=600cm3；
C 态压强
；体积VC=500cm3；
根据
解得TC=350K
（3）从B 到C 气体进行等容变化，则WBC=0，因从B 到C 气体内能增加25J 可知，气体从外界吸热
5
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25J，而气体从A 到C 从外界吸热14J，可知气体从A 到B 气体放热11J，从A 到B 气体内能不变，可知从
A 到B 外界对气体做功11J。
7．（2023·湖北·高考真题）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
积分别为S、
，由体积可忽略的细管在底部连通。两汽缸中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轻质细弹簧相连。初始时，两汽缸内封闭气柱的高度均为H，弹簧长度恰好为原长。
现往右侧活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子，直至右侧活塞下降
，左侧活塞上升
。已知大气压
强为
，重力加速度大小为g，汽缸足够长，汽缸内气体温度始终不变，弹簧始终在弹性限度内。求：
（1）最终汽缸内气体的压强。
（2）弹簧的劲度系数和添加的沙子质量。
【答案】（1）
；（2）
；
【详解】（1）对左右气缸内所封的气体，初态压强p1=p0
体积
末态压强p2，体积
根据玻意耳定律可得
解得
（2）对右边活塞受力分析可知
解得
对左侧活塞受力分析可知
解得
6
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8．（2023·湖南·高考真题）汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为
助力气室和抽气气室等部分构成，连杆
与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆
上施加水
平力推动液压泵实现刹车．助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与
助力气室的压强差实现刹车助力．每次抽气时，
打开，
闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最
下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，
闭合，
打开，抽气
活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从
排出，完成一次抽气过程．已知助力气室容积为
，初始压
强等于外部大气压强
，助力活塞横截面积为，抽气气室的容积为
。假设抽气过程中，助力活塞保持
不动，气体可视为理想气体，温度保持不变。
（1）求第1 次抽气之后助力气室内的压强
；
（2）第次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小
。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）以助力气室内的气体为研究对象，则初态压强p0，体积V0，第一次抽气后，气体体积
根据玻意耳定律
解得
（2）同理第二次抽气
解得
以此类推……
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则当n 次抽气后助力气室内的气体压强
则刹车助力系统为驾驶员省力大小为
9．（2022·河北·高考真题）水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内
一定质量的某种理想气体分为两部分，“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间
密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强
。活塞面积为S，隔板两侧气体体积均为
，各接触面光
滑。连杆的截面积忽略不计。现将整个装置缓慢旋转至竖直方向，稳定后，上部气体的体积为原来的
，
设整个过程温度保持不变，求：
（i）此时上、下部分气体的压强；
（ii）“H”型连杆活塞的质量（重力加速度大小为g）。
【答案】（1）
，
；（2）
【详解】（1）旋转前后，上部分气体发生等温变化，根据玻意尔定律可知
解得旋转后上部分气体压强为
旋转前后，下部分气体发生等温变化，下部分气体体积增大为
，则
解得旋转后下部分气体压强为
（2）对“H”型连杆活塞整体受力分析，活塞的重力
竖直向下，上部分气体对活塞的作用力竖直向上，
下部分气体对活塞的作用力竖直向下，大气压力上下部分抵消，根据平衡条件可知
解得活塞的质量为
10．（2022·山东·高考真题）某些鱼类通过调节体内鱼鳔的体积实现浮沉。如图所示，鱼鳔结构可简化为
通过阀门相连的A、B 两个密闭气室，A 室壁厚、可认为体积恒定，B 室壁簿，体积可变；两室内气体视
为理想气体，可通过阀门进行交换。质量为M 的鱼静止在水面下H 处。B 室内气体体积为V，质量为m；
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设B 室内气体压强与鱼体外压强相等、鱼体积的变化与B 室气体体积的变化相等，鱼的质量不变，鱼鳔内
气体温度不变。水的密度为ρ，重力加速度为g。大气压强为p0，求：
（1）鱼通过增加B 室体积获得大小为a 的加速度、需从A 室充入B 室的气体质量m；
（2）鱼静止于水面下H1处时，B 室内气体质量m1。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）由题知开始时鱼静止在H 处，设此时鱼的体积为
，有
且此时B 室内气体体积为V，质量为m，则
鱼通过增加B 室体积获得大小为a 的加速度，则有
联立解得需从A 室充入B 室的气体质量
（2）B 室内气体压强与鱼体外压强相等，则鱼静止在H 处和水面下H1 处时，B 室内的压强分别为
，
由于鱼静止时，浮力等于重力，则鱼的体积不变，由于题可知，鱼体积的变化与B 室气体体积的变化相等，
则鱼在水下静止时，B 室内气体体积不变，由题知开始时鱼静止在H 处时，B 室内气体体积为V，质量为
m，由于鱼鳔内气体温度不变，若
，则在H 处时，B 室内气体需要增加，设吸入的气体体积为
ΔV，根据玻意耳定律有
则此时B 室内气体质量
若
，则在H 处时，B 室内气体需要减少，设释放的气体体积为ΔV，根据玻意耳定律有
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则此时B 室内气体质量
11．（2022·全国·高考真题）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：汽缸内的两活塞将缸内气
体分成I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第II、Ⅲ部分的体积分别为
和
、环境压强保持不变，不计活塞
的质量和体积，忽略摩擦。
（1）将环境温度缓慢升高，求B 汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度；
（2）将环境温度缓慢改变至
，然后用气泵从开口C 向汽缸内缓慢注入气体，求A 汽缸中的活塞到达汽
缸底部后，B 汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）因两活塞的质量不计，则当环境温度升高时，Ⅳ内的气体压强总等于大气压强，则该气体
进行等压变化，则当B 中的活塞刚到达汽缸底部时，由盖吕萨克定律可得
解得
（2）设当A 中的活塞到达汽缸底部时Ⅲ中气体的压强为p，则此时Ⅳ内的气体压强也等于p，设此时Ⅳ内
的气体的体积为V，则Ⅱ、Ⅲ两部分气体被压缩的体积为V0-V，则对气体Ⅳ
对Ⅱ、Ⅲ两部分气体
联立解得
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12．（2022·全国·高考真题）如图，一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成，汽缸中活塞Ⅰ和
活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体，两活塞用一轻质弹簧连接，汽缸连接处有小卡销，活塞Ⅱ不能通过
连接处。活塞Ⅰ、Ⅱ的质量分别为
、m，面积分别为
、S，弹簧原长为l。初始时系统处于平衡状态，
此时弹簧的伸长量为
，活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸连接处的距离相等，两活塞间气体的温度为
。已知活塞外
大气压强为
，忽略活塞与缸壁间的摩擦，汽缸无漏气，不计弹簧的体积。（重力加速度常量g）
（1）求弹簧的劲度系数；
（2）缓慢加热两活塞间的气体，求当活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，活塞间气体的压强和温度。
【答案】（1）
；（2）
，
【详解】（1）设封闭气体的压强为
，对两活塞和弹簧的整体受力分析，由平衡条件有
解得
对活塞Ⅰ由平衡条件有
解得弹簧的劲度系数为
（2）缓慢加热两活塞间的气体使得活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，对两活塞和弹簧的整体由平衡条件可
知，气体的压强不变依然为
即封闭气体发生等压过程，初末状态的体积分别为
，
由气体的压强不变，则弹簧的弹力也不变，故有
11
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有等压方程可知
解得
13．（2021·辽宁·高考真题）如图（a）所示，“系留气球”是一种用缆绳固定于地面、高度可控的氦气球，
作为一种长期留空平台，具有广泛用途。图（b）为某一“系留气球”的简化模型图；主、副气囊通过无
漏气、无摩擦的活塞分隔，主气囊内封闭有一定质量的氦气（可视为理想气体），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，弹簧处于原长状态。
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，活塞与右挡板刚好
接触，氦气体积变为地面时的1.5 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
p0=1.0×105Pa、温度T0=300K，弹簧始终处于弹性限度内，活塞厚度忽略不计。
（1）设气球升空过程中氦气温度不变，求目标高度处的大气压强p；
（2）气球在目标高度处驻留期间，设该处大气压强不变。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
。求气球驻留处的大气温度T。
【答案】(1) 5.0×104Pa；(2) 266K
【详解】（1）汽囊中的温度不变，则发生的是等温变化，设气囊内的气体在目标位置的压强为
，由玻
意耳定律
解得
由目标处的内外压强差可得
解得
（2）有胡克定律
可知弹簧的压缩量变为原来的
，则活塞受到弹簧的压力也变为原来的
，即
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设此时气囊内气体的压强为
，对活塞压强平衡可得
由理想气体状态方程可得
其中
解得
14．（2021·全国·高考真题）如图，一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管A、B、C 粗细均匀，A、B
两管的上端封闭，C 管上端开口，三管的下端在同一水平面内且相互连通。A、B 两管的长度分别为
，
。将水银从C 管缓慢注入，直至B、C 两管内水银柱的高度差
。已知外界大
气压为
。求A、B 两管内水银柱的高度差。
【答案】
【详解】对B 管中的气体，水银还未上升产生高度差时，初态为压强
，体积为
，末态压
强为
，设水银柱离下端同一水平面的高度为
，体积为
，由水银柱的平衡条件有
B 管气体发生等温压缩，有
联立解得
对A 管中的气体，初态为压强
，体积为
，末态压强为
，设水银柱离下端同一水平面的
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高度为
，则气体体积为
，由水银柱的平衡条件有
A 管气体发生等温压缩，有
联立可得
解得
或
则两水银柱的高度差为
15．（2021·全国·高考真题）如图，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分为
A、B 两部分；初始时，A、B 的体积均为V，压强均等于大气压p0，隔板上装有压力传感器和控制装置，
当隔板两边压强差超过0.5p0时隔板就会滑动，否则隔板停止运动。气体温度始终保持不变。向右缓慢推动
活塞，使B 的体积减小为
。
（i）求A 的体积和B 的压强；
（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时A 的体积和B 的压强。
【答案】（i）
，
；（ⅱ）
，
【详解】（i）对B 气体分析，等温变化，根据玻意耳定律有
解得
对A 气体分析，根据玻意耳定律有
联立解得
（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，假设隔板不动，则A 的体积为
，由玻意耳定律可得
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则A 此情况下的压强为
则隔板一定会向左运动，设稳定后气体A 的体积为
、压强为
，气体B 的体积为
、 压强为
，
根据等温变化有
，
，
联立解得
（舍去），
16．（2021·湖南·高考真题）小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置，如图所示。导热
汽缸开口向上并固定在桌面上，用质量
、截面积
的活塞封闭一定质量的理想气体，活
塞与汽缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点
上，左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用
相同细绳竖直悬挂一个质量
的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为
时，
测得环境温度
。设外界大气压强
，重力加速度
。
（1）当电子天平示数为
时，环境温度
为多少？
（2）该装置可测量的最高环境温度
为多少？
【答案】（1）297K；（2）309K
【详解】（1）由电子天平示数为600.0g 时，则细绳对铁块拉力为
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又：铁块和活塞对细绳的拉力相等，则汽缸内气体压强等于大气压强
①
当电子天平示数为400.0g 时，设此时汽缸内气体压强为p2，对
受力分析有
②
由题意可知，汽缸内气体体积不变，则压强与温度成正比：
③
联立①②③式解得
（2）环境温度越高，汽缸内气体压强越大，活塞对细绳的拉力越小，则电子秤示数越大，由于细绳对铁
块的拉力最大为0，即电子天平的示数恰好为1200g 时，此时对应的环境温度为装置可以测量最高环境温
度。设此时汽缸内气体压强为p3，对
受力分析有
④
又由汽缸内气体体积不变，则压强与温度成正比
⑤
联立①④⑤式解得
17．（2024·广东·统考一模）现在很多小汽车配备了胎压检测传感器，可以测出实时轮胎气压，一汽车在
27℃（300K）时显示轮胎气压为210kPa（
），所在地突然经历了“一天入冬”的天气变化，
气温从27℃骤降到
（270K），（已知一定质量的理想气体满足
）
（1）该汽车胎压值低于190kPa 会作出报警提示，忽略轮胎体积变化，请结合计算判断降温后胎压检测是
否会报警？
（2）降温前（温度为300K）由于装载货物，轮胎内气体体积变为原来的
（气体温度不变，没有漏气），
求此时轮胎内气体的压强。
【答案】（1）会，见解析；（2）
【详解】（1）根据题意，降温前轮胎内气体压强为
，气体体积为
，温度为
，降温后轮胎内气体压
强为
，气体体积为
，温度为
，则有
其中
，
，
降温前后气体的体积不变，则有
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解得
可知，胎压检测会报警。
（2）根据题意，设装货之前气体体积为
，装货之后气体的压强为
，气体体积为
，由于温度不变，
由玻意耳定律有
解得
18．（2024·吉林白山·统考一模）如图是模拟汽车上常用的一种减震装置—气体弹簧的简化模型结构图。
直立圆柱形密闭气缸导热良好，面积为
的活塞通过连杆与车轮轴连接。初始时重力忽略不计
的气缸内密闭一段长度为
，压强等于大气压强
的理想气体。气缸与活塞间的摩擦
忽略不计。车辆载重时相当于在气缸顶部增加一个物体A，稳定时汽车重量由减震装置支撑，且封闭气体
被压缩了
，气体温度保持不变。
（1）求物体A 的重力大小；
（2）为使气缸升到原位置，求需向气缸内充入与气缸温度相同大气的体积。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）设稳定时气缸内气体压强为
，根据玻意耳定律有
解得
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则物体A 的重力大小为
（2）设充入的气体体积为V，则有
解得
19．（2024·青海·校联考一模）医院用的氧气瓶（导热性良好）如图所示，氧气瓶通过细管和右边封闭的
均匀玻璃直管（导热性良好，且其容积相对氧气瓶的容积可以忽略不计）相连，玻璃直管内用一很薄的水
银片（质量和厚度不计）在玻璃管下方封闭了一段空气柱
，开始时瓶内氧气的压强为10 个标准大气压，
封闭的空气柱
的长度为
，随着氧气的使用，一段时间后发现水银片上升了
（未到达玻璃管顶
部），使用过程中环境的热力学温度变成了原来的
，已知一个标准大气压为
，氧气与空气均视
为理想气体。求：
（1）此时氧气瓶内的压强；
（2）此时瓶内剩余氧气的质量占原来氧气总质量的百分比。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）对封闭的空气柱
初始时
，
，热力学温度为
末态时
，热力学温度
设玻璃管的横截面积为，因此有
解得
（2）设氧气瓶的容积为
，设剩下的氧气被压缩到10 个标准大气压、热力学温度为
状态下的体积为
，
则有
18
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解得
因此瓶内剩余氧气的质量占原来氧气总质量的百分比为
20．（2024·四川内江·统考一模）如图，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
和横截面积为S=36cm2的活塞，活塞通过连杆与车轮轴连接。将装有此减震装置的汽车，固定在倾角为
37°的斜面上，连杆与斜面垂直，初始时气缸内密闭有体积为V1=800cm3，压强为P1=1.2×105Pa 的理想气体，
环境温度为T1=300K，气缸与活塞间的摩擦忽略不计，大气压强始终为p0=1.0×105Pa。现在气缸顶部固定一
个物体A，稳定时气缸内气体体积缩小了200cm3，该过程中气体温度保持不气缸变。重力加速度取
g=10m/s2。求：
（1）气缸和物体A 的总质量；
（2）由于环境温度的变化，气缸内气体的体积逐渐恢复到了610cm3，体积恢复后的环境温度。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）放上A 物体待其稳定后气体体积
根据等温变化有
对气缸根据受力平衡有
由以上各式解得
（2）根据等压变化可得
解得
考向三 热力学定律与气体实验定律相结合
21．（2023·山东·高考真题）（多选）一定质量的理想气体，初始温度为
，压强为
。经等容
过程，该气体吸收
的热量后温度上升
；若经等压过程，需要吸收
的热量才能使气体温度上
升
。下列说法正确的是（ ）
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A．初始状态下，气体的体积为
B．等压过程中，气体对外做功
C．等压过程中，气体体积增加了原体积的
D．两个过程中，气体的内能增加量都为
【答案】AD
【详解】C．令理想气体的初始状态的压强，体积和温度分别为
，等容过程为状态
二
，等压过程为状态三
，由理想气体状态方程可得
，解得
，体积增加了原来的
，C 错误；D．等容过程中气体做功为
零，由热力学第一定律
，两个过程的初末温度相同即内能变化相同，因此内能增加都为
，D 正确；AB．等压过程内能增加了
，吸收热量为
，由热力学第一定律可知气体对外做功
为
，即做功的大小为
，解得
，A 正确B 错误；
故选AD。
22．（2022·山东·高考真题）如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初
始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动
过程中，缸内气体（ ）
A．内能增加，外界对气体做正功
B．内能减小，所有分子热运动速率都减小
C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
【答案】C
【详解】初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则
有
，汽缸在缓慢转动的过程中，汽缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿汽缸壁的分力，
故汽缸内气体缓慢的将活塞往外推，最后汽缸水平，缸内气压等于大气压。AB．汽缸、活塞都是绝热的，
故缸内气体与外界没有发生热传递，汽缸内气体压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一
定律
得：气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所
有分子热运动的速率都减小，AB 错误；CD．气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平
20
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均速率减小，故速率大的分子数占总分子数的比例减小，C 正确，D 错误。
故选C。
23．（2022·湖南·高考真题）（多选）利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离
装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后
以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子
热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板
碰撞后反向，从A 端流出，边缘部位气流从B 端流出。下列说法正确的是（ ）
A．A 端为冷端，B 端为热端
B．A 端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B 端流出的
C．A 端流出的气体内能一定大于B 端流出的
D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律
E．该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律
【答案】ABE
【详解】A. 依题意，中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板相作用后反弹，从A 端流出，而边缘部
分热运动速率较高的气体从B 端流出；同种气体分子平均热运动速率较大、其对应的温度也就较高，所以
A 端为冷端、B 端为热端，故A 正确；B．依题意，A 端流出的气体分子热运动速率较小，B 端流出的气体
分子热运动速率较大，所以从A 端流出的气体分子热运动平均速度小于从B 端流出的，故B 正确；C．A
端流出的气体分子热运动速率较小，B 端流出的气体分子热运动速率较大，则从A 端流出的气体分子平均
动能小于从B 端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关；依题意，不能得出从A 端流出的
气体内能一定大于从B 端流出的气体内能，故C 错误；DE．该装置将冷热不均气体的进行分离，喷嘴处
有高压，即通过外界做功而实现的，并非是自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的从A 端出、
较高的从B 端出，也符合能量守恒定律，故D 错误，E 正确。
故选ABE。
24．（2021·湖南·高考真题）（多选）如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截
面积分别为
和
）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞
从
下降高度到
位置时，活塞上细沙的总质量为
。在此过程中，用外力
作用在右端活塞上，使活
塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强
保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为
。
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下列说法正确的是（ ）
A．整个过程，外力
做功大于0，小于
B．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变
C．整个过程，理想气体的内能增大
D．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于
E．左端活塞到达
位置时，外力
等于
【答案】BDE
【详解】A. 根据做功的两个必要因素有力和在力的方向上有位移，由于活塞
没有移动，可知整个过程，
外力F 做功等于0，A 错误；BC. 根据汽缸导热且环境温度没有变，可知汽缸内的温度也保持不变，则整
个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，内能不变，B 正确，C 错误；D. 由内能不变可知理想气体向
外界释放的热量等于外界对理想气体做的功：
，D 正确；E. 左端活塞到达 B 位置时，
根据压强平衡可得：
，即：
，E 正确。
故选BDE。
25．（2021·江苏·高考真题）如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在汽缸中，活塞的面积为S，与汽缸
底部相距L，汽缸和活塞绝热性能良好，气体的压强、温度与外界大气相同，分别为
和
。现接通电热
丝加热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向右移动距离L 后停止，活塞与汽缸间的滑动摩擦为f，最大静摩
擦力等于滑动摩擦力，整个过程中气体吸收的热量为Q，求该过程中
（1）内能的增加量
；
（2）最终温度T。
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【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）活塞移动时受力平衡
气体对外界做功
根据热力学第一定律
解得
（2）活塞发生移动前，等容过程
活塞向右移动了L，等压过程
且
解得
26．（2021·河北·高考真题）两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B，汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全
相同的理想气体，如图1 所示，现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若A 中细沙的质量大于B 中细沙的质量，
重新平衡后，汽缸A 内气体的内能 （填“大于”“小于”或“等于”）汽缸B 内气体的内能，图2
为重新平衡后A、B 汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线 （填图像中曲线标号）表示汽缸B 中
气体分子的速率分布规律。
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【答案】 大于 ①
【详解】[1]对活塞分析有
因为A 中细沙的质量大于B 中细沙的质量，故稳定后有
；所以在达到平衡过程中外界对气体做功
有
则根据
因为汽缸和活塞都是绝热的，故有
即重新平衡后A 汽缸内的气体内能大于B 汽缸内的气体内能；
[2]由图中曲线可知曲线②中分子速率大的分子数占总分子数百分比较大，即曲线②的温度较高，所以由前
面分析可知B 汽缸温度较低，故曲线①表示汽缸B 中气体分子的速率分布。
27．（2024·四川绵阳·统考二模）（多选）对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（ ）
A．若气体内能增大，则分子的平均动能增大
B．若气体不与外界进行热传递，可以在减小体积的同时，降低温度
C．若气体发生等温膨胀，则气体对外界做功和吸收的热量数值相等
D．若气体的温度升高，体积不变，则单位时间内气体对容器壁冲量增大
E．若气体先等压膨胀再等温压缩，内能可能不变
【答案】ACD
【详解】A．一定质量的理想气体，若气体内能增大，气体温度升高，则分子的平均动能增大，故A 正确；
B．若气体不与外界进行热传递，则
，减小气体的体积，则
，由热力学第一定律
，
可知
，则气体温度升高，故B 错误；C．若气体发生等温膨胀，则
，
，由热力学第一
定律
，可知气体对外界做功和吸收的热量数值相等，故C 正确；D．若气体温度升高，体积不
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变，根据理想气体状态方程
，压强增加；分子数密度不变，分子热运动的平均动能增加，气体对
容器壁的平均作用力增大，故单位时间内气体对容器壁的冲量增大，故D 正确；
E．等压膨胀过程，由盖—吕萨克定律
得，气体温度升高，则气体内能增大；等温压缩过程，温度
不变，气体内能不变，则气体初始状态的内能一定小于末状态的内能，故E 错误。
故选ACD。
28．（2024·上海黄浦·统考一模）航天员从天和核心舱的节点舱出舱，顺利完成了舱外操作。节点舱具有
气闸舱功能，航天员出舱前先要减压，从太空返回航天器后要升压。其简化示意图如图，相通的舱A、B
间装有阀门K，A 中充满理想气体，B 内为真空，若整个系统与外界没有热交换。打开K 后，A 中的气体
进入B，气体的内能( )。最终达到平衡后，气体分子单位时间内撞击单位面积舱壁的分子数( )
A．增大 B．减小 C．不变
【答案】 C B
【详解】[1]气体自由膨胀，没有对外做功，同时没有热交换，根据热力学第一定律可知
气体内能不变。
[2]根据理想气体状态方程可知
当T 不变、V 增大时，P 减小，故气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数将减少。
考向四 热力学图像问题
29．（2023·重庆·高考真题）密封于气缸中的理想气体，从状态依次经过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（ ）
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A．
B．
C．
D．
【答案】C
【详解】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
理想气体状态方程，有
可知bc 过程理想气体的体积增大，则压强减小。
故选C。
30．（2023·辽宁·高考真题）“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存
能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p-T 图像如图所示。
该过程对应的p-V 图像可能是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【详解】根据
，可得
，从a 到b，气体压强不变，温度升高，则体积变大；从b 到c，气体
压强减小，温度降低，因c 点与原点连线的斜率小于b 点与原点连线的斜率，c 态的体积大于b 态体积。
故选B。
31．（2022·北京·高考真题）如图所示，一定质量的理想气体从状态a 开始，沿图示路径先后到达状态b
和c。下列说法正确的是（ ）
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A．从a 到b，气体温度保持不变
B．从a 到b，气体对外界做功
C．从b 到c，气体内能减小
D．从b 到c，气体从外界吸热
【答案】D
【详解】AB．一定质量的理想气体从状态a 开始，沿题图路径到达状态b 过程中气体发生等容变化，压强
减小，根据查理定律
，可知气体温度降低，再根据热力学第一定律U = Q＋W，由于气体不做功，
内能减小，则气体放热，AB 错误；CD．一定质量的理想气体从状态b 沿题图路径到达状态c 过程中气体
发生等压变化，体积增大，根据
，可知气体温度升高，内能增大，再根据热力学第一定律U = Q＋
W，可知b 到c 过程吸热，且吸收的热量大于功值，C 错误、D 正确。
故选D。
32．（2022·江苏·高考真题）如图所示，一定质量的理想气体分别经历
和
两个过程，其中
为等温过程，状态b、c 的体积相同，则（ ）
A．状态a 的内能大于状态b
B．状态a 的温度高于状态c
C．
过程中气体吸收热量
D．
过程中外界对气体做正功
【答案】C
【详解】A．由于a→b 的过程为等温过程，即状态a 和状态b 温度相同，分子平均动能相同，对于理想气
体状态a 的内能等于状态b 的内能，故A 错误；B．由于状态b 和状态c 体积相同，且
，根据理想
气体状态方程
，可知
，又因为
，故
，故B 错误；CD．因为a→c 过程气体
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体积增大，气体对外界做正功；而气体温度升高，内能增加，根据
，可知气体吸收热量；故C
正确，D 错误；
故选C。
33．（2022·辽宁·高考真题）一定质量的理想气体从状态a 变化到状态b，其体积V 和热力学温度T 变化图
像如图所示，此过程中该系统（ ）
A．对外界做正功B．压强保持不变
C．向外界放热
D．内能减少
【答案】A
【详解】A．理想气体从状态a 变化到状态b，体积增大，理想气体对外界做正功，A 正确；B．由题图可
知V = V0 + kT，根据理想气体的状态方程有
，联立有
，可看出T 增大，p 增大，B 错误；
D．理想气体从状态a 变化到状态b，温度升高，内能增大，D 错误；C．理想气体从状态a 变化到状态b，
由选项AD 可知，理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知气体向外界吸收热量，
C 错误。
故选A。
34．（2022·湖北·高考真题）一定质量的理想气体由状态a 变为状态c，其过程如p—V 图中a→c 直线段所
示，状态b 对应该线段的中点。下列说法正确的是（ ）
A．a→b 是等温过程
B．a→b 过程中气体吸热
C．a→c 过程中状态b 的温度最低
D．a→c 过程中外界对气体做正功
【答案】B
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【详解】AB．根据理想气体的状态方程
，可知a→b 气体温度升高，内能增加，且体积增大气体对
外界做功，则W < 0，由热力学第一定律U = W + Q，可知a→b 过程中气体吸热，A 错误、B 正确；C．
根据理想气体的状态方程
，可知，p—V 图像的坐标值的乘积反映温度，a 状态和c 状态的坐标值
的乘积相等，而中间状态的坐标值乘积更大，a→c 过程的温度先升高后降低，且状态b 的温度最高，C 错
误；
D．a→c 过程气体体积增大，外界对气体做负功，D 错误。
故选B。
35．（2022·全国·高考真题）（多选）一定量的理想气体从状态a 变化到状态b，其过程如
图上从a
到b 的线段所示。在此过程中（ ）
A．气体一直对外做功
B．气体的内能一直增加
C．气体一直从外界吸热
D．气体吸收的热量等于其对外做的功
E．气体吸收的热量等于其内能的增加量
【答案】BCE
【详解】A．因从a 到b 的p—T 图像过原点，由
可知从a 到b 气体的体积不变，则从a 到b 气体不
对外做功，选项A 错误；B．因从a 到b 气体温度升高，可知气体内能增加，选项B 正确；CDE．因
W=0，∆U>0，根据热力学第一定律∆U=W+Q，可知，气体一直从外界吸热，且气体吸收的热量等于内能
增加量，选项CE 正确，D 错误。
故选BCE。
36．（2023·福建·高考真题）一定质量的理想气体经历了A→B→C→D→A 的循环过程后回到状态A，其
图如图所示。完成一次循环，气体内能 （填“增加”“减少”或“不变”），气体对外界
（填“做正功”“做负功”或“不做功”），气体 （填“吸热”“放热”“不吸热”或“不放
热”）。
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【答案】 不变 做正功 吸热
【详解】[1]完成一次循环，回到初始状态，理想气体温度不变，而一定质量的气体的内能仅由温度决定，
所以整个过程气体的内能不变；
[2][3]对p-V 图像来说，图像与坐标轴所围图形的面积表示气体做功情况，其中从A→B→C 的过程气体的
体积减小是外界对气体做功的过程，从C→D→A 的过程气体的体积增大，是气体对外做功的过程，且从
C→D→A 的过程图像与坐标轴所围的面积大于从A→B→C 的过程图像与坐标轴所围的面积，即气体对外
做的功大于外界对气体做的功，则整个过程中表现为气体对外界做正功；根据热力学第一定律
因为
，可知因W＜0
则Q＞0
所以气体从外界吸收热量。
37．（2021·全国·高考真题）如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积-温度（V-t）图上
的两条直线I 和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；t0为它们的延长线与横轴交点的横坐
标，t0是它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0=-273.15℃；a、b 为直线I 上的一点。由图可知，气体在状
态a 和b 的压强之比
= ；气体在状态b 和c 的压强之比
= 。
【答案】 1
【详解】[1]根据盖吕萨克定律有
整理得
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由于体积-温度（V-t）图像可知，直线I 为等压线，则a、b 两点压强相等，则有
[2]设
时，当气体体积为
其压强为
，当气体体积为
其压强为
，根据等温变化，则有
由于直线I 和Ⅱ各为两条等压线，则有
，
联立解得
38．（2024·广东惠州·统考二模）如图所示，一定质量的理想气体从状态a 变化到状态b，其过程如p-V 图
中从a 到b 的直线所示，在此过程中（ ）
A．气体温度一直下降
B．气体的内能先增大后减小
C．外界对气体一直做正功
D．气体吸收的热量一部分用于对外做功
【答案】D
【详解】AB．由图知，气体的pV 乘积一直增大，根据
，可知，气体的温度一直升高，内能一直
增加，故AB 错误；CD．气体的体积增大，则气体一直对外做功，气体的内能一直增加，根据热力学第一
定律
，可知，气体一直从外界吸热，吸收的热量用于对外功和增加内能，故C 错误，D 正确。
故选D。
39．（2024·陕西宝鸡·统考模拟预测）如图，一定质量的理想气体经历了A→B→C 的状态变化过程，在此
过程中气体的内能增加了135J，气体从外界吸收了45J 的热量，已知状态A 时气体的体积VA=600cm3。求：
（1）状态C 时气体的体积
；
（2）状态A 时气体的压强
。
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【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）一定质量的理想气体经历A→B 的状态变化过程中，等容变化，所以
在B→C 的变化中，根据
求得
（2）一定质量的理想气体经历了A→B→C 的状态变化过程，根据热力学第一定律可得
求得
在B→C 的变化中，等压变化
求得
在A→B 的状态变化过程中
代入数据求得
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