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秘籍15 热力学定律、气体实验定律、气体图像、理想
气体状态方程
一、热力学定律
1.热力学第一定律的特殊情况
(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。
(2)若过程中不做功，则W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。
(3)若过程的始、末状态物体的内能不变，则W＋Q＝0，即物体吸收的热量全部用来对外做功，
或外界对物体做的功等于物体放出的热量。
2.热力学第一、第二定律的比较
热力学第一定律
热力学第二定律
定律揭示的问题
从能量守恒的角度揭示了功、热
量和内能改变量三者的定量关系
自然界中出现的宏观过程是有方向
性的
机械能和内能的
转化
当摩擦力做功时，机械能可以全
部转化为内能
内能不可能在不引起其他变化的情
况下完全变成机械能
热量的传递
热量可以从高温物体自发传向低
温物体
说明热量不能自发地从低温物体传
向高温物体
两定律的关系
在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的
理论基础
二、气体实验定律
两个重要的推论
（1）查理定律的推论:Δp=
p1
T 1
ΔT
（2）盖-吕萨克定律的推论:ΔV=
V 1
T 1
ΔT
1
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三、理想气体的常见图像
1．一定质量的气体不同图像的比较
类别
特点(其中C 为常量)
举例
pV
pV＝CT，即pV 之积越大的等温线温度越高，线离
原点越远
p
p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高
pT
p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小
VT
V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小
[注意]上表中各个常量“C”意义有所不同。可以根据pV＝nRT 确定各个常量“C”的意义。
四、理想气体状态方程与气体实验定律的关系
p1V 1
T 1
= p2V 2
T 2 {
温度不变: p1V 1= p2V 2：玻意耳定律
体积不变: p1
T 1
= p2
T 2
：查理定律
压强不变: V 1
T 1
= V 2
T 2
：盖—吕萨克定律
【题型一】热力学定律
【典例1】（2024·北京丰台·一模）如图所示，一定质量的理想气体从状态A 等压变化到状态
B，下列说法正确的是（ ）
2
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A．气体一定吸收热量
B．分子的平均动能减小
C．气体的内能可能减少
D．单位体积内的分子数增加
【典例2】在下列叙述中，正确的是（ ）
A．随着科技的发展，今后温度可以达到绝对零度
B．布朗运动就是液体分子的热运动
C．让一定质量的气体吸收热量，其内能可能减小
D．分子间的距离r 存在某一值r0，此位置分子力为零。若r<r0时，减小分子间距，分子势
能将减小
【典例3】①摩擦生热、②弹簧振子振动、③热传递和④气体自由膨胀，上述现象中能表明
物理过程具有单向性的是（ ）
A．①、②和③
B．②、③和④
C．①、②和④
D．①、③和④
1．下列说法正确的是（ ）
A．射线、射线和射线是三种波长不同的电磁波
B．根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中电子的电势能和动能之和不守恒
C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先增大后减小
D．只要对物体进行不断的冷却，就可以把物体的温度降为绝对零度
2．斯特林发动机是独特的热机，它的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。该发
动机工作中经过由两个等容过程和两个等温过程组成的可逆循环，被称之为斯特林循环。如
图所示，一定质量的理想气体，依次经过A→B→C→D→A 循环，对此气体下列说法正确的是
（ ）
3
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A．A 到B 过程，气体放出热量
B．C 到D 过程，温度降低，每个气体分子运动速率都变小
C．D 到A 过程，气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数减少
D．经过如图所示的一个斯特林循环过程，气体从外界吸收热量
3．（2024·山东聊城·一模）下列说法正确的是（ ）
A．某人搬家时将走时准确的摆钟从广州带到北京，摆钟走时变慢了
B．相同温度下液体中悬浮的花粉小颗粒越小，布朗运动越剧烈
C．热量自发地从低温物体传到高温物体是可以实现的
D．一定质量的理想气体保持压强不变，温度升高，单位时间内撞击器壁单位面积上的分
子数减少
【题型二】 气体实验定律
【典例1】（2024·河北唐山·一模）如图所示，上端封闭下端开口的玻璃管在外力F 的作用下，
静止在水中，管内封闭一定质量的理想气体。调整F 的大小，使玻璃管缓慢向下移动一小段
距离，下列说法正确的是（ ）
A．气体的体积变大
B．外力F 变小
C．管中水面与管外水面高度差不变D．气体的压强变大
【典例2】（2024·四川南充·二模）如图甲为某种转椅的结构示意图，其升降部分由M、N 两
筒组成，两筒间密闭了一定质量的理想气体。图乙为气体分子速率分布曲线，初始时刻筒内
气体所对应的曲线为b、人坐上椅子后M 迅速向下滑动，设此过程筒内气体不与外界发生热
交换，则此过程中（ ）
A．密闭气体压强增大，分子平均动能增大
B．外界对气体做功，气体分子的密集程度保持不变
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C．密闭气体内能增大，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数增加
D．密闭气体的分子速率分布曲线可能会变成a 曲线
E．密闭气体的分子速率分布曲线可能会变成c 曲线
【典例3】（2024·湖北·二模）某物理兴趣小组受“蛟龙号”载人潜水器的启发，设计了一个
测定水深的深度计。如图，导热性能良好的汽缸Ⅰ、Ⅱ内径相同，长度均为L，内部分别有
轻质薄活塞A、B，活塞密封性良好且可无摩擦左右滑动，汽缸Ⅰ左端开口。外界大气压强为
，汽缸Ⅰ内通过活塞A 封有压强为
的气体，汽缸Ⅱ内通过活塞B 封有压强为
的气体，
一细管连通两汽缸，初始状态A、B 均位于汽缸最左端。该装置放入水下后，通过A 向右移动
的距离可测定水的深度。已知
相当于h 高的水柱产生的压强，不计水温变化，装置的内径
远小于水的深度，被封闭气体视为理想气体。
（1）当A 向右移动
时，求该深度计所处位置水的深度；
（2）求该深度计能测量的最大水深。
1．（2024·河北·模拟预测）某同学制作了一个简易的大气压强测量计。如图所示，用胶塞封
闭体积为
的广口瓶。U 形玻璃管倒插入广口瓶，用胶管与直玻璃管连接，内部充有一定水。
测量时首先打开胶塞再重新封闭，调整胶管使U 形管水面与直玻璃管水面相平，并记录U 形
管左侧水面位置k。现用容积为
的注射器注入与大气压强相等的气体，上下调整直玻璃管，
使U 形管左侧水面仍在k 位置，测出直玻璃管液面p 到k 位置的高度差为
，已知水的密度
为
，重力加速度为g，不计U 形管的体积，则大气压强为（ ）
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A．
B．
C．
D．
2．（2024·河南周口·二模）如图，容积为
的汽缸竖直放置，导热良好，右上端有一阀门连
接抽气孔。汽缸内有一活塞，初始时位于汽缸底部高度处，下方密封有一定质量、温度为
的理想气体。现将活塞上方缓慢抽至真空并关闭阀门，然后缓慢加热活塞下方气体。已知
大气压强为
，活塞产生的压强为
，活塞体积不计，忽略活塞与汽缸之间摩擦。则在加
热过程中（ ）
A．开始时，活塞下方体积为
B．温度从
升至
，气体对外做功为
C．温度升至
时，气体压强为
D．温度升至
时，气体压强为
3．（23-24 高三下·黑龙江·阶段练习）如图甲所示，型活塞固定在水平面上，一定质量的理
想气体被封闭在导热性能良好的、质量为
的汽缸中，活塞截面积为
，活塞与汽缸内
壁无摩擦且不漏气，大气压强为
。重力加速度取
，改变环境温度，缸内气体
体积随温度变化如图乙所示，求：
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（1）从状态A 变化到状态
，气体温度升高多少；
（2）在状态
时，活塞对卡口的作用力多大。
【题型三】 气体图像
【典例1】（2024·新疆乌鲁木齐·二模）一空心弹力球内充有一定质量的理想气体，若用手指
将弹力球迅速捏瘪后又恢复原状的过程可视为绝热过程，球内气体的压强、体积和温度分别
用p、V 和T 表示，下列关于该过程的图像可能正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【典例2】（2024·湖北·二模）如图为一定质量的理想气体经历a→b→c 过程的压强p 随摄氏
温度t 变化的图像，其中ab 平行于 t 轴，cb 的延长线过坐标原点。下列判断正确的是
（ ）
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A．a→b 过程，所有气体分子的运动速率都减小
B．a→b 过程，单位时间撞击单位面积器壁的分子数增加
C．b→c 过程，气体体积保持不变，从外界吸热，内能增加
D．b→c 过程，气体膨胀对外界做功，从外界吸热，内能增加
【典例3】（2024·内蒙古包头·二模）一定质量的理想气体从状态a 开始，经历三个过程ab、
bc、ca 回到原状态a、其p﹣V 图像如图所示。ab、bc、ca 皆为直线，ca 平行于p 轴，bc 平行
于V 轴。关于理想气体经历的三个过程，下列说法正确的是（ ）
A．ca 过程中，温度升高
B．a、b 两个状态下的气体温度相等
C．ca 过程中，外界一定对气体做功
D．bc 过程中，气体一定向外界放热
E．ab 过程中，气体分子的平均动能先变大后变小
1．（2024·北京延庆·一模）一定质量的理想气体从状态a 开始，经历三个过程，先后到达状
态b 和c，最后回到原状态a，其pT 图像如图所示。下列判断正确的是（ ）
A．从状态a 到状态b 的过程中，气体既不吸热也不放热
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B．从状态b 到状态c 的过程中，气体的内能增加
C．从状态c 到状态a 的过程中，气体的体积不变
D．a、b 和c 三个状态中，状态a 时分子的平均动能一定最大
2．（2024·青海海东·二模）一定质量的某种理想气体，在不同温度下的气体热运动速率的统
计分布图如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．温度升高，图像的极值变大
B．温度升高，图像的极大值点变大
C．气体在状态②时具有的内能较大
D．温度升高时每个分子的动能都增大
E．两图像与横轴围成的面积相等
3．（2024·安徽·一模）如图，是一定质量的理想气体状态变化过程的
图像．气体先由a
状态沿双曲线变化到b 状态，再沿与横轴平行的直线变化到c 状态．最后沿与纵轴平行的直
线回到a 状态．以下说法中错误的是（ ）
A．
过程气体温度不变
B．
过程气体放出热量
C．
过程气体对外界做功，同时吸收热量
D．
过程气体放出热量
【题型四】 理想气体状态方程
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【典例1】（2024·全国·模拟预测）一定质量的理想气体从状态A 变化到状态B，其状态变化
过程的
图像如图所示，AB 为倾斜直线，C 为AB 的中点，下列说法正确的是（ ）
A．从状态A 到状态C 是等温过程
B．从状态A 到状态B 气体的温度一直降低
C．从状态A 到状态C 的过程中气体一定吸热
D．从状态A 到状态B 的过程中气体对外所做的功等于气体吸收的热量
【典例2】（2024·河北保定·一模）一定质量的理想气体，从状态A 开始，经历B、C 两个状
态又回到状态A，压强p 与体积V 的关系图像如图所示，
与横轴平行，等腰
的面积
为
，
的反向延长线经过坐标原点O，已知气体在状态C 的温度为
，再根据图像所提供
的其它已知信息，下列说法正确的是（ ）
A．气体在状态A 的体积为
B．气体在状态B 的压强为
C．气体在状态A 的温度为
D．从状态B 到状态C，外界对气体做的功为
【典例3】（2024·云南昭通·模拟预测）一定质量的理想气体，从A 状态经B、C 变化到D 状
态的变化过程的
图像如图所示，AB 与横轴平行，BC 与纵轴平行，ODC 在同一直线上．
已知气体在A 状态时温度为
，从A 状态至C 状态的过程中气体吸收了
的热量，求：
（1）气体在D 状态时的温度；
（2）从A 状态到C 状态的过程中，气体内能的改变量。
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1．（2024·吉林·一模）如图所示为一定质量的理想气体从状态a→b→c→d→a 过程的
图
像，其中ac 的连线过原点，bc、da 连线与横轴平行，cd 连线与纵轴平行。则下列说法正确的
是（ ）
A．从状态a 到状态b，气体对外做正功
B．从状态b 到状态c，单位时间、单位面积撞击器壁的分子数不变
C．从状态c 到状态d，气体向外放出热量
D．a 到b 气体对外做的功等于c 到d 外界对气体做的功
2．（2024·江西九江·二模）一定质量的理想气体从状态a 开始，经
，
，
三个
过程后回到初始状态a，其
图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．在a→b 过程中，单位时间、单位面积与器壁碰撞的分子数减少
B．在b→c 过程中，气体增加的内能等于从外界吸收的热量
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C．在c→a 过程中，气体既不吸热也不放热
D．气体由a→b 放出的热量大于由b→c 气体吸收的热量
3．（2023·广东·高考真题）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
程可简化为如图所示的
图像，气泡内气体先从压强为
、体积为
、温度为
的状态
等温膨胀到体积为
、压强为
的状态，然后从状态绝热收缩到体积为
、压强为
、
温度为
的状态
到
过程中外界对气体做功为
．已知
和
．求：
（1）
的表达式；
（2）
的表达式；
（3）到
过程，气泡内气体的内能变化了多少？
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