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第69 讲 气体的性质
一、 考点精讲练
考点01：气体压强的计算（必备知识+1 例+2 变式+能力提升）
考点02：气体实验定律 理想气体状态方程（必备知识+2 例+2 变式+能力提升）
考点03：气体状态变化的图像问题（必备知识+1 例+2 变式+能力提升）
考点04：实验：探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系（必备知识+1 例+1 变式）
二、 巩固提升（精选10 道题）
1.活塞模型
如图所示是最常见的封闭气体的两种方式。
求气体压强的基本方法：先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程。
图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0。由于活塞处于平衡状态，所以p0S＋mg＝
pS，则气体的压强为p＝p0＋mg
S
。
图乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以pS＋mg＝p0S，
则气体压强为p＝p0－mg
S
＝p0－ρ 液gh。
2.连通器模型
如图所示，U 形管竖直放置。同一液体中的相同高度处压强一定相等，所以气体B 和A 的压强关系可由图
中虚线联系起来。
考点一
气体压强的计算
本讲要点
则有pB＋ρgh2＝pA，而pA＝p0＋ρgh1，
所以气体B 的压强为pB＝p0＋ρg(h1－h2)。
【例1】我国“天宫”空间站环控生保系统需精准控制气体状态。如图所示，地面上某储存舱简化成内壁
光滑的汽缸，不计质量的活塞将一定质量的理想气体封闭在缸内。初始状态压强p1=1.0×10
5Pa，体积
V 1=3.0 m
3，温度T 1=300K。用电热丝加热至温度T 2= 400K，气体吸收热量Q =1.5×10
5J。求：
(1)加热后气体的体积；
(2)气体内能的变化量。
【变式1】（2025·河南·高考真题）(多选)如图，一圆柱形汽缸水平固置，其内部被活塞M、P、N 密封成
两部分，活塞P 与汽缸壁均绝热且两者间无摩擦。平衡时，P 左、右两侧理想气体的温度分别为T 1和T 2，
体积分别为V 1和V 2，T 1<T 2,V 1<V 2。则（ ）
A．固定M、N，若两侧气体同时缓慢升高相同温度，P 将右移
B．固定M、N，若两侧气体同时缓慢升高相同温度，P 将左移
C．保持T 1、T 2不变，若M、N 同时缓慢向中间移动相同距离，P 将右移
D．保持T 1、T 2不变，若M、N 同时缓慢向中间移动相同距离，P 将左移
【变式2】小华在家利用如图所示的装置通过简单易行的方法测量一个罐头瓶的体积。横截面积为S 的吸
管与罐头瓶的连接处气密性良好，细管中装有一小段水柱，如图甲所示。清晨时小华测出水柱下端到瓶盖
处的高度（图甲中两虚线间距）为ℎ1，从家中的温度计上读出环境的温度为T 1。中午时再次测出上述两
个物理量分别为ℎ2和T 2，两温度值均已换算成热力学温度。清晨时大气压为p0，瓶中气体可视为理想气
体：
(1)若从清晨到中午大气压的变化可忽略不计，试估算罐头瓶的体积；
(2)若第二天清晨将细管和水柱取走，用适当大小的活塞将瓶口塞住，如图乙所示，此时瓶中气体的质量为
m1，到中午时将活塞拔出，一小段时间后再将瓶口堵住，此时瓶中气体的质量为m2。若中午的大气压变
为k p0
（k <1），求m2
m1
。
【解题能力提升】
1.当容器加速运动时，通常选与气体相关联的液柱、汽缸或活塞为研究对象，并对其进行受力分析，然后
由牛顿第二定律列方程，求出封闭气体的压强。
2.在对系统进行分析时，可针对具体情况选用整体法或隔离法。
1.气体实验定律
内容
表达式
图像
玻意耳定律
一定质量的某种气体，在温度不
变的情况下，压强与体积成反比
p1V1＝p2V2
查理定律
一定质量的某种气体，在体积不
变的情况下，压强与热力学温度
成正比
p1
T 1
＝p2
T 2
拓展：Δp＝
p1
T 1
ΔT
考点二
气体实验定律 理想气体状态方程
盖—吕萨克定律
一定质量的某种气体，在压强不
变的情况下，其体积与热力学温
度成正比
V 1
T 1
＝V 2
T 2
拓展：ΔV＝
V 1
T 1
ΔT
请从微观的角度解释气体实验三定律。
(1)玻意耳定律的微观解释：
一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变。体积减小时，分子的数密度增大，气
体的压强增大。
(2)查理定律的微观解释：
一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变，温度升高时，分子的平均动能增大，
气体的压强增大。
(3)盖—吕萨克定律的微观解释：
一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大。只有气体的体积同时增大，使分子的数密
度减小，才能保持压强不变。
2.理想气体状态方程
(1)理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。
①在压强不太大、温度不太低时，实际气体可以看作理想气体。
②理想气体的分子间除碰撞外不考虑其他作用，一定质量的某种理想气体的内能仅由温度决定。
(2)理想气体状态方程：p1V 1
T 1
＝p2V 2
T 2
或pV
T
＝C(质量一定的理想气体)。
(3)克拉伯龙方程：pV＝nRT，其中n 表示物质的量，n＝m
M mol
，R 为常数，对所有气体都相等。
【例2-1】（2025·江西·高考真题）如图所示，一泵水器通过细水管与桶装水相连。按压一次泵水器可将压
强等于大气压强p0、体积为V 0的空气压入水桶中。在设计泵水器时应计算出V 0的临界值V 0c，当V 0=V 0c
时，在液面最低的情况下仅按压一次泵水器恰能出水。设桶身的高度和横截面积分别为H、S，颈部高度
为l，按压前桶中气体压强为p0。不考虑温度变化和漏气，忽略桶壁厚度及桶颈部、细水管和出水管的体
积。已知水的密度为ρ，重力加速度为g。该临界值V 0c等于（ ）
A．ρgS
p0
H
2
B．ρgS
p0
H ( H +l)
C．p0−ρg( H +l)
p0
SH
D．p0+ ρg( H +l)
p0
SH
【例2-2】（2025·浙江·高考真题）“拔火罐”是我国传统医学的一种疗法。治疗时，医生将开口面积为S
的玻璃罐加热，使罐内空气温度升至t1，然后迅速将玻璃罐倒扣在患者皮肤上（状态1）。待罐内空气自
然冷却至室温t2，玻璃罐便紧贴在皮肤上（状态2）。从状态1 到状态2 过程中罐内气体向外界放出热量
7.35J。已知S =1.6×10
−3 m
2，t1=77° C，t2=27° C。忽略皮肤的形变，大气压强p0=1.05×10
5Pa。求：
(1)状态2 时罐内气体的压强；
(2)状态1 到状态2 罐内气体内能的变化；
(3)状态2 时皮肤受到的吸力大小。
【变式2-1】（2024·贵州·高考真题）制作水火箭是青少年科技活动的常见项目之一。某研究小组为了探究
水火箭在充气与喷水过程中气体的热学规律，把水火箭的塑料容器竖直固定，其中A、C 分别是塑料容器
的充气口、喷水口，B 是气压计，如图（a）所示。在室温环境下，容器内装入一定质量的水，此时容器内
的气体体积为V 0，压强为p0，现缓慢充气后压强变为4 p0，不计容器的容积变化。
(1)设充气过程中气体温度不变，求充入的气体在该室温环境下压强为p0时的体积。
(2)打开喷水口阀门，喷出一部分水后关闭阀门，容器内气体从状态M 变化到状态N，其压强p 与体积V 的
变化关系如图（b）中实线所示，已知气体在状态N 时的体积为V 1，压强为p1。求气体在状态N 与状态M
时的热力学温度之比。
(3)图（b）中虚线M N
′是容器内气体在绝热（既不吸热也不放热）条件下压强p 与体积V 的变化关系图线，
试判断气体在图（b）中沿实线从M 到N 的过程是吸热还是放热。（不需要说明理由）
【变式2-2】（2025·浙江湖州·一模）如图所示，某探究小组设计了一测量大气压的实验装置。容器A 上端
连有一直管，直管上的阀门K 控制气体进出，A 的右端与内部气体体积不能忽略的玻璃弯管相连。弯管的
下端连接容器B，与容器B 下端相连的玻璃直管底部由橡皮管相连，其中右边直管C 上端开口，且可以上
下移动。测量开始时，打开K，缓慢调节C，使左侧水银面到达位置1，关闭K，缓慢调节C，使左侧水银
面到达位置2，此时两管水银面的高度差ℎ1=19cm；随后打开K，放入体积为V 0的物体，缓慢调节C 使左
侧水银面到达位置1，关闭K，缓慢调节C，使左侧水银面到达位置2，此时两管水银面的高度差
ℎ2=20cm。已知V 0=50cm
3，容器B 体积V B=250cm
3，容器内的气体可视为理想气体，环境温度27℃
保持不变。整个装置导热性能良好。忽略橡皮管变化的影响。
(1)放入物体关闭阀门K，左侧水银面从位置1 到位置2 过程中，外界对气体做功28J，求气体放出的热量
Q；
(2)求大气压强P0；
(3)物体仍置于容器A 内，若使该容器内气体的温度缓慢升高，通过缓慢竖直调节C，使左侧水银面仍处于
位置2，求温度升高到37℃时，在原先基础上，C 管需要调节的高度Δℎ。
【解题能力提升】
应用气体实验定律或理想气体状态方程解题的基本思路
四种图像的比较
类别
特点(其中C 为常量)
举例
p－V
pV＝CT，即pV 之积越大的等温线温度越高，线离原点越远
p－1
V
p＝CT 1
V ，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高
p－T
p＝C
V T，斜率k＝C
V ，即斜率越大，体积越小
V－T
V＝C
p T，斜率k＝C
p ，即斜率越大，压强越小
【例3】（2025·全国卷·高考真题）（多选）如图，一定量的理想气体先后处于V −T图上a、b、c三个
状态，三个状态下气体的压强分别为pa、pb、pc，则（ ）
考点三
气体状态变化的图像问题
A．pa= pb
B．pa= pc
C．pa> pb
D．pa< pc
【变式3-1】（2025·甘肃·高考真题）（多选）如图，一定量的理想气体从状态A 经等容过程到达状态B，
然后经等温过程到达状态C。已知质量一定的某种理想气体的内能只与温度有关，且随温度升高而增大。
下列说法正确的是（ ）
A．A→B 过程为吸热过程
B．B→C 过程为吸热过程
C．状态A 压强比状态B 的小
D．状态A 内能比状态C 的小
【变式3-2】（2024·广西·高考真题）如图甲，圆柱形管内封装一定质量的理想气体，水平固定放置，横截
面积S =500 mm
2的活塞与一光滑轻杆相连，活塞与管壁之间无摩擦。静止时活塞位于圆管的b 处，此时封
闭气体的长度l0=200mm。推动轻杆先使活塞从b 处缓慢移动到离圆柱形管最右侧距离为5mm的a 处，再使
封闭气体缓慢膨胀，直至活塞回到b 处。设活塞从a 处向左移动的距离为x，封闭气体对活塞的压力大小
为F，膨胀过程F −
1
5+ x
曲线如图乙。大气压强p0=1×10
5Pa。
（1）求活塞位于b 处时，封闭气体对活塞的压力大小；
（2）推导活塞从a 处到b 处封闭气体经历了等温变化；
（3）画出封闭气体等温变化的p−V 图像，并通过计算标出a、b 处坐标值。
【解题能力提升】
处理气体状态变化的图像问题的技巧
1.图像上的某一条直线段或曲线段对应气体状态变化的一个过程，首先要看此过程属于等温、等容还是等
压变化，然后用相应规律求解。
2.在V－T 图像(或p－T 图像)中，比较两个状态的压强(或体积)时，可直接根据气体实验定律确定两个状
态参量的关系，也可根据某点与原点连线斜率的大小确定，斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压
强(或体积)越大。
1.实验器材：铁架台、注射器、橡胶套、压力表等(如图所示)。
2.实验数据的获取
空气的压强p 可以从仪器上方的压力表读出，空气柱的长度l 可以在玻璃管侧的刻度尺上读出，空气柱的
长度l 与横截面积S 的乘积就是它的体积V。
把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据。
考点四
实验：探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
3.实验数据的处理
在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p－V 图像中呈现为双曲线的一支，如图甲所示。处理实验数
据时，要通过变换，作p－ 1
V
图像或者V－ 1
p
图像，把双曲线变为直线，说明p 和V 成反比，如图乙所示。
这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为一次函数反映的物理规律比较直接，容易得出相关的对实验
研究有用的参数。
4.实验结论
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p 与体积V 成反比，即pV＝C。
【例4】（2025·安徽安庆·模拟预测）如图（a）所示，某一小组用气体压强传感器、标号为25mL 的注射
器等器材探究气体等温变化的规律，主要实验步骤如下：
①测出软管内空气的体积为0.9mL；
②在注射器内用活塞封闭一定量的气体，将注射器、软管、压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接起
来；
③缓慢移动活塞至某一位置，待示数稳定后记录注射器和软管内封闭气体的总体积V 1和由计算机显示的气
体压强p1；
④重复上述步骤③，多次测量并记录；
⑤计算机根据p、V 值，作出p−V 图像。
(1)实验操作中除了保证封闭气体的温度恒定以外，还需要在活塞上均匀涂抹润滑油，主要目的是为了
；
(2)根据记录数据，作出如图（b）所示的p−V 图。对图线进行分析，若在实验误差允许范围内，p1、p2、
V 1、V 2之间满足关系式 ，则说明一定质量的气体在温度不变时压强与体积成反比。图中阴影部分的
物理意义是 。
【变式4】（2024·上海·高考真题）验证气体体积随温度变化关系的实验装置如图所示，用支架将封有一定
质量气体的注射器和温度传感器固定在盛有热水的烧杯中。实验过程中，随着水温的缓慢下降，记录多组
气体温度和体积的数据。
（1）不考虑漏气因素，符合理论预期的图线是
A．
B．
C．
D．
（2）下列有助于减小实验误差的操作是
A．实验前测量并记录环境温度 B．实验前测量并记录大气压强
C．待温度读数完全稳定后才记录数据 D．测量过程中保持水面高于活塞下端
巩固提升
1．一定质量的理想气体，状态从a→b→c的变化过程可用如图所示的V −t图线描述，则下列说法正确
的是（ ）
A．a→b过程气体分子对容器壁单位面积的平均作用力变大
B．b→c过程体积不变，气体从外界吸收热量
C．c→a过程体积减小，压强不变
D．a→b过程气体对外做功大于c→a过程外界对气体做功
2．图示为某同学设计的简易肺活量测量仪器，可导热的气缸竖直放置，活塞下方气缸与外界接通，质量
为m、横截面积为S的光滑活塞位于零刻线时，封闭有一定质量气体的轻质柔性不可伸缩气囊恰充满汽缸
上部分。若该同学深吸一口气后，打开测试口，立即从测试口迅速呼出温度为37℃的气体，气体通过细管
充入气囊和活塞之间，读出体积刻度上的呼出气体体积的最大示数，为ΔV ，可视为此过程中呼出气体温
度不变，立即关闭测试口。已知重力加速度大小为g，外界大气压为p0，忽略摩擦和细管中的空气以及呼
出气体的宏观动能，外界温度恒为27℃。下列判断正确的是（ ）
A．呼气后经足够长时间，体积刻度上的示数小于30
31 ΔV
B．呼气后经足够长时间，体积刻度上的示数为30
31(1−mg
p0 S)ΔV
C．呼出气体在气压为p0
、温度为27℃时的体积为30
31(1−mg
p0 S)ΔV
D．呼出气体在气压为p0、温度为27℃时的体积为30mg
31 p0 S ΔV
3．如图是“筒式二冲程柴油锤”的工作简图。压缩冲程：汽缸锤座压在水泥桩顶上，柱塞从一定高度释
放落入汽缸内，压缩汽缸内的空气，并点燃汽缸内的柴油。做功冲程：柴油被点燃，通过高压气体将水泥
桩压入泥土，同时柱塞被反推到汽缸外。柱塞和汽缸密封良好，则（ ）
A．在压缩冲程，汽缸内气体发生等温变化
B．在压缩冲程，柱塞对汽缸内气体做负功
C．在做功冲程，汽缸内气体压强保持不变
D．在做功冲程，汽缸内气体对柱塞做正功
4．如图所示，某同学在做探究气体的等温变化规律的实验时，在缓慢推动针筒活塞的过程中，由于操作
不当，使气体的温度逐渐升高，则根据实验数据作出的p−1
V
图像可能是（ ）
A．
B．
C．
D．
5．如图所示，一定质量的理想气体的状态发生连续变化。其中气体在A状态时的温度为17
∘C，A →B过
程压强不变，B→C过程中气体与外界无热量交换。则（ ）
A．气体在C状态的温度为−173
∘C
B．气体在B状态的温度为127
∘C
C．A →B过程气体对外界做功−10 J
D．B→C过程外界对气体做功120 J
6．某同学用注射器和传感器探究一定质量的气体发生等温变化时压强与体积的关系。注射器一端连接压
强传感器，另一端利用活塞封闭一定量的气体，如图1 所示。推动活塞压缩气体，记录多组注射器上的体
积刻度和传感器的压强示数。
(1)为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化，应该（ ）
A．推拉活塞时，要用手握注射器
B．推拉活塞时，要缓慢推拉活塞
C．推拉活塞时，要快速推拉活塞
(2)某同学在一次实验中，计算机屏幕上显示出如图2 所示的p−V 图线（其中实线是实验所得图线，虚线
为一根参考双曲线），仔细观察不难发现，该图线与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是
（选填“活塞处漏气”或“环境温度升高”）；
(3)根据（2）中的判断，为了减小误差，应采取的措施是 ；
(4)调整好器材后，该同学在不同温度下完成实验，得到了如图3 所示的p−V 图线，并在图像中找到了气
体的三个状态A、B、C。
①气体处于A、C状态时温度分别为T 1
和T 2
，则可知T 1
T 2
= ；（用图中字母表示）
②在A →B→C的过程中，密封气体从外界吸收了热量Q （选填“大于”“小于”或“等于”）
气体对活塞做的功W 。
7．“牧童吹笛”铜牛灯，是一件位于巴中市内一历史博物馆展品，这件宋代出土文物，不仅保存了历史
的记忆，更具教育和借鉴的作用。如图为测量该文物体积的一种装置示意图，该装置封闭时总体积为V 0，
其上方有一传感器可直接读出内部气体压强与温度，装置底部与活塞式抽气筒连接，将该文物放于其中封
闭后，传感器显示内部温度为27℃气压为p0，将空气视为理想气体。
(1)若不用抽气筒，当传感器显示温度为7℃时，压强为多少；
(2)现将活塞推杆向右缓慢移动，当气筒的体积为1
10 V 0时，气压传感器显示温度为27℃，压强为8
9 p0，
求该文物的体积。
8．如图，一定质量的理想气体经历从A →B→C的变化过程，在此过程中气体从外界吸收了Q =510J的
热量，气体对外界做了W =96J的功。已知状态A 时气体压强为pA =2.4×10
5Pa、气体内能U A =136J，
求：
(1)状态B 时气体的压强pB；
(2)状态C 时气体的内能U C。
9．如图所示为一超重报警装置示意图，长度L=0.8 m，横截面积S =1×10
−2m
2、导热性能良好的薄壁容
器水平放置，开口向右。一厚度不计的轻质活塞将一定质量的理想气体封闭在容器内，活塞通过水平轻绳
跨过滑轮与重物相连。不挂重物时封闭气体的长度为1
4 L，挂上一质量为m=50kg的重物时活塞右移至预
警传感器处，此时系统刚好发出超重预警且活塞恰好平衡。已知环境温度为t0=27℃，大气压强为
p0=1.0×10
5Pa，重力加速度g=10 m /s
2，不计摩擦阻力。求：
(1)预警传感器离容器底部距离d。
(2)从刚好发出预警开始，若环境温度从t0=27℃缓慢降至t1=17℃，该过程中气体内能减少了
ΔU = 80
3 J，求气体向外界放出的热量Q。
10．如图所示是监测化工厂反应器工作温度的装置。导热良好且容积为V =5.0×10
−3 m
3的容器固定在反
应器中，上方安装一截面积为S =1.5×10
−3 m
2的透明导管，导管上端与大气相通，内有一绝热轻质薄活塞。
初始时，密闭气体温度为T 1=300K，活塞位于下端口A 位置。发生反应时，活塞位置随温度升高缓慢上
升。导管顶部固定一处于原长状态、劲度系数为k =300 N / m的轻弹簧，下端B 距离A 位置的活塞上表面
为l1=0.3 m，当弹簧压缩量达到0.2m时将触发高温报警。容器内气体视为理想气体，大气压强为
p0=1.0×10
5Pa。求：
(1)活塞上升到B时的封闭气体的温度T 2；
(2)当弹簧压缩量达到0.2m时封闭气体的压强。
