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重难18 热学（热力学定律、气体实验定律、气体图像、理
想气体状态方程、液柱模型、活塞气缸模型）
高考指导方向标
近三年考查趋
势分析
近三年高考中，本专题考查频率较高，通常以选择题和计算题形式出现，分值约6-12
分。命题注重将热学基本规律与实际物理过程相结合，重点考查对气体实验定律、理想
气体状态方程、热力学第一定律的综合应用，以及利用液柱、活塞气缸等模型解决实际
问题的能力。
命题特点：
突出气体状态变化分析：重点考查一定质量理想气体在不同过程（等温、等容、等压）
中状态参量（p、V、T）的变化规律及计算。
强化图像解读与应用：常结合p-V、p-T、V-T 图像，考查图像含义、斜率意义及多过程
转换的分析。
聚焦典型物理模型：“液柱模型”与“活塞气缸模型”是高频载体，考查气体压强的计
算、受力分析与状态变化过程的综合推理。
考查热力学定律应用：结合气体状态变化过程，应用热力学第一定律（ΔU=Q+W）分析内
能变化、做功及热传递情况。
内容导航
速度提升
技巧掌握
手感养成
重难考向聚焦
锁定目标 精准打击：快速指明将要攻克的核心靶点，明确主攻方向
重难技巧突破
授予利器 瓦解难点：总结瓦解此重难点的核心方法论与实战技巧
重难保分练
稳扎稳打 必拿分数：聚焦可稳拿分数题目，确保重难点基础分值
重难抢分练
突破瓶颈 争夺高分： 聚焦于中高难度题目，争夺关键分数
重难冲刺练
模拟实战 挑战顶尖：挑战高考压轴题，养成稳定攻克难题的“题感”
核心方法聚焦
状态方程应用：熟练运用理想气体状态方程 pV=nRTpV=nRT 或其特殊形式（玻意耳、查
理、盖-吕萨克定律）列式求解。
图像分析：掌握各类气体图像（p-V、p-T、V-T）的物理意义，能根据图像判断过程类
型、比较状态参量及进行多过程分析。
模型解题思路：
液柱模型：通常以液柱为受力对象，利用力平衡或等压面法求气体压强。
活塞气缸模型：需分别对活塞（或气缸）进行受力分析（力学对象）和对封闭气体应用
气体定律（热学对象），联立求解。
热力学第一定律分析：明确各量符号规则，结合气体温度变化（ΔU）、体积变化（W）
判断吸放热（Q）。
备考指导建议
夯实基本定律：透彻理解气体实验三定律与理想气体状态方程，明确其适用条件。
掌握图像转换：加强不同气体状态图像间的转换与识别训练，提升图像信息提取能力。
分类攻克典型模型：对“液柱移动判断”、“活塞气缸平衡与加速”等模型进行专题训
练，掌握其分析流程与受力特点。
注重过程与能量分析：养成将气体状态变化过程与热力学第一定律相结合的分析习惯，
清晰理解功、热、内能转化的关系。
1. 热力学第一定律
1. 内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
【注意】：
①做功和热传递在改变系统内能上是等效的；
②热传递过程是系统与外界之间内能的转移；
③做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能的相互转化。
2. 表达式：ΔU
＝
Q ＋
W
。
热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功
与热传递之间的定量关系。此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。
符号的规定如下表所示。
符号
W
Q
ΔU
＋
外界对物体做功
物体吸收热量
内能增加
－
物体对外界做功
物体放出热量
内能减少
【注意】应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。进行计算时，要依
照符号法则代入数据，对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义。
【注意】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。
【拓展】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
2. 活塞气缸模型
模型分类：
（1）气体系统处于平衡状态，需综合应用气体实验定律和物体的平衡条件解题。
（2）气体系统处于力学非平衡状态，需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题。
（3）封闭气体的容器（气缸、活塞等）与气体发生相互作用的过程中，如果满足守恒定律的适用条件，
可根据相应的守恒定律解题。
（4）两个或多个汽缸封闭着几部分气体，并且汽缸之间相互关联的问题，解答时应分别研究各部分气
体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后
联立求解。
解决汽缸类问题的思路：
（1）弄清题意，确定研究对象。一般研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的理想气体)；另一
类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)。
（2）分析清楚题目所述的物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实
验定律或理想气体状态方程列出方程；对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程。
（3）注意挖掘题目中的隐含条件，如几何关系、体积关系等，列出辅助方程。
（4）多个方程联立求解。对求解的结果注意分析它们的合理性。
3. 液柱模型
模型：密封气体非纯液柱，而是有液柱和被液柱密封的气体组成的模型。
思路：应用查理定律求解：先假设液柱或活塞不发生移动，两部分气体均做等容变化；对两部分气体分别
应用查理定律的分比式ΔP＝P，求出每部分气体压强的变化量ΔP，并加以比较，从而判断液柱的移动方
向。
封闭气体压强的求解方法：
力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，
求得气体的压强。
等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。液体内深h 处的总压强p＝p0＋
ρgh，p0为液面上方的压强。
液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去
面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强。
4. 功、热和内能的改变
做功和热传递在改变物体内能上的区别与联系：
比较项目
做功
热传递
内能变化
外界对物体做功，物体的内能增加；
物体对外界做功，物体的内能减少
物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少
物理实质
其他形式的能与内能之间的转化
不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的转移
相互联系
做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的
理想气体相关三量ΔU、W、Q 的分析思路
（1）内能变化量ΔU
①由气体温度变化分析ΔU。温度升高，内能增加，ΔU>0；温度降低，内能减少，ΔU<0。
②由公式ΔU＝W＋Q 分析内能变化。
（2）做功情况W
由体积变化分析气体做功情况。体积膨胀，气体对外界做功，W<0；体积被压缩，外界对气体做功，
W>0。
注：气体在真空中自由膨胀时，W＝0。
（3）气体吸、放热Q
一般由公式Q＝ΔU－W 分析气体的吸、放热情况，Q>0，吸热；Q<0，放热。
5. 热力学图像问题
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。
【注意】气体状态变化图像的分析方法
(1)明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体
的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态
变化的一个过程。
(2)明确图像斜率的物理意义：在VT 图像(pT 图像)中，比较两个状态的压强(或体积)大小，可以比较这两个
状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。
(3)明确图像面积的物理意义：在pV 图像中，pV 图线与V 轴所围面积表示气体对外界或外界对气体所做的
功。
6. 气体实验定律
玻意耳定律
查理定律
盖—吕萨克定律
内容
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。
一定质量的某种气体，在体积
不变的情况下，压强p 与热力
学温度T 成正比。
一定质量的某种气体，在压强不
变的情况下，其体积V 与热力学
温度T 成正比。
公式
pV＝C(常量)或p1V1＝p2V2。
p＝CT 或＝。
V＝CT 或＝。
适用条
件
①气体质量不变、温度不变；②气
体温度不太低、压强不太大。
气体的质量一定，气体的体积
不变。
气体质量一定；气体压强不变。
【注意】对三个气体实验定律的微观解释：
玻意耳定律：一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体
积减小时，分子的数密度增大，单位时间内，单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大。
查理定律：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。在这种情况下，温度升
高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。
盖—吕萨克定律：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。
【拓展】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
7. 变质量问题的处理思想——等效
1. 在充气、抽气、灌气时，将充进（放出）的气体和容器内的原有气体为研究对象时，这些气体的质量是
不变的。这样，可将“变质量”的问题转化成“定质量”问题。
2. 变质量气体问题的解题思路
对于充气、漏气等变质量气体问题，解题的关键是将容器内原有气体和即将充入的气体的整体（或将抽出
的气体和剩余气体的整体）作为研究对象，就可转化为总质量不变的气体的状态变化问题，然后应用气体
实验定律或理想气体状态方程等规律求解。可利用＝＋＋…求解。
【拓展】对充气和抽气、灌气、漏气问题的处理
（1）充气和抽气问题：在对容器抽气的过程中，对每一次抽气而言，气体质量发生变化，解决该类变质
量问题的方法与充气问题类似：假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把“变
质量”问题转化为“定质量”的问题。
（2）灌气问题：将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是变质量问题，分析这类问题时，
可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体作为一个整体来进行研究，即可将“变质量”问题转化为
“定质量”问题。
（3）漏气问题：容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题，如果选容器内剩余气体和
漏掉的气体为研究对象，便可使“变质量”转化成“定质量”问题。
8. 核反应的判断、方程与应用
衰变、人工转变、裂变和聚变，如下表所示。
类型
可控性
核反应方程典例
衰变
α 衰变
自发
U→Th＋He
β 衰变
自发
Th→Pa＋e
人工转变
人工控制
N＋He→O＋H
(卢瑟福发现质子)
He＋Be→C＋n
(查德威克发现中子)
Al＋He→P＋n
约里奥－居里夫妇发现放射性同位
素，同时发现正电子
P→Si＋e
重核裂变
容易控制
U＋n→Ba＋Kr＋3n
U＋n→Xe＋Sr＋10n
轻核聚变
现阶段很难控制
H＋H→He＋n
9. 氢原子能级跃迁与数学思想的结合
只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量时,原子才会吸收光子并跃迁到激发态，对于大于电离能的光子可被
吸收，可将原子电离。
跃迁产生的谱线条数：①一群原子的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类：
N=Cn
2=n(n−1)
2
或者在
氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况画出并相加；②一个原子的核外电子向基态跃迁时发射最多
光子的种类：N=n- 1。
能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hυ=Em−En 求得.若求波长可由公式c=λυ求得。
能级之间发生跃迁时放出(吸收)的光子频率是不连续的。
（建议用时：20 分钟）
1．（2025·浙江·高考真题）下列说法正确的是（ ）
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．按照相对论的时间延缓效应，低速运动的微观粒子寿命比高速运动时更长
C．变压器原线圈中电流产生的变化磁场，在副线圈中激发感生电场，从而产生电动势
D．热敏电阻和电阻应变片两种传感器，都是通过测量电阻，确定与之相关的非电学量
2．（2025·全国卷·高考真题）如图，一定量的理想气体先后处于
图上
三个状态，三个状态下
气体的压强分别为
，则（ ）
A．
B．
C．
D．
3．（2025·河北·高考真题）某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳曝晒皮球温度升高，体
积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体（ ）
A．对外做功
B．向外界传递热量
C．分子的数密度增大
D．每个分子的速率都增大
4．（2025·甘肃·高考真题）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
5．（2025·北京·高考真题）我国古代发明的一种点火器如图所示，推杆插入套筒封闭空气，推杆前端粘着
易燃艾绒。猛推推杆压缩筒内气体，艾绒即可点燃。在压缩过程中，筒内气体（ ）
A．压强变小
B．对外界不做功
C．内能保持不变
D．分子平均动能增大
6．（2025·江苏·高考真题）一定质量的理想气体，体积保持不变。在甲、乙两个状态下，该气体分子速率
分布图像如图所示。与状态甲相比，该气体在状态乙时（ ）
A．分子的数密度较大
B．分子间平均距离较小
C．分子的平均动能较大
D．单位时间内分子碰撞单位面积器壁的次数较少
7．（2025·山东·高考真题）分子间作用力F 与分子间距离r 的关系如图所示，若规定两个分子间距离r 等
于
时分子势能
为零，则（ ）
A．只有r 大于
时，
为正
B．只有r 小于
时，
为正
C．当r 不等于
时，
为正
D．当r 不等于
时，
为负
（建议用时：30 分钟）
8．（2025·天津·高考真题）如图所示，一定质量的理想气体可经三个不同的过程从状态A 变化到状态C，
则（ ）
A．
和
过程，外界对气体做功相同
B．
和
过程，气体放出的热量相同
C．在状态A 时和在状态C 时，气体的内能相同
D．在状态B 时和在状态D 时，气体分子热运动的平均动能相同
9．（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
、体积为
的空气压入水桶中。在设计泵水器时应计算出
的临界值
，当
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
。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
，重力加速度为g。该临界值
等于（ ）
A．
B．
C．
D．
10．（2025·安徽·高考真题）在恒温容器内的水中，让一个导热良好的气球缓慢上升。若气球无漏气，球
内气体（可视为理想气体）温度不变，则气球上升过程中，球内气体（ ）
A．对外做功，内能不变
B．向外放热，内能减少
C．分子的平均动能变小
D．吸收的热量等于内能的增加量
11．（2025·江苏·高考真题）如图所示，取装有少量水的烧瓶，用装有导管的橡胶塞塞紧瓶口，并向瓶内
打气。当橡胶塞跳出时，瓶内出现白雾。橡胶塞跳出后，瓶内气体（ ）
A．内能迅速增大
B．温度迅速升高
C．压强迅速增大
D．体积迅速膨胀
12．（2025·河南·高考真题）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
和
，体积分别为
和
，
。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
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
不变，若M、N 同时缓慢向中间移动相同距离，P 将左移
13．（25-26 高三上·广东·月考）如图所示，一定质量的理想气体经
完成循环过程，
其中
和
均为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（ ）
A．
过程中，气体对外做功大于从外界吸收的热量
B．
过程的温度高于
过程的温度
C．
过程中，单位时间单位面积气体撞击器壁的次数减小
D．从状态
经一个循环又回到
的全过程中，气体吸收的热量小于放出的热量
14．（2026·黑龙江辽宁·一模）如图所示，纵坐标表示压强
、横坐标表示热力学温度
。一定质量的理
想气体经历
状态变化，下列说法正确的是（ ）
A．
过程中，气体的体积增大
B．
过程中，气体对外界做功
C．
过程中，气体内能增加
D．
过程，气体从外界吸热
15．（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
，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
，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
。
已知
，
，
。忽略皮肤的形变，大气压强
。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。
（建议用时：20 分钟）
16．（2026·重庆·一模）如图所示，奥托循环
由两个绝热和两个等容过程组成。关于该
循环，下列说法正确的是（ ）
A．整个过程中温度最高的是状态
B．在
过程中，所有气体分子的热运动速率减小
C．在
过程中，气体放出热量
D．整个过程气体吸收热量
17．（2025·贵州贵阳·模拟预测）将一充气皮球从高处释放，皮球从接触地面到压缩至最扁的过程中，球
内气体温度升高。若此过程中皮球未漏气，则球内封闭气体（ ）
A．压强增大
B．内能不变
C．对外做功
D．分子平均动能减小
18．（2025·湖南·模拟预测）如图所示，两端开口的足够长玻璃管竖直插在水银槽中，管中有一段水银柱
将一部分气体封闭，封闭气体看成理想气体，初始时系统静止。保持玻璃管不动，现从上管口缓慢向管中
倒入水银，使水银柱长度增加，在倒入水银的过程中气体温度不变，下列说法正确的是（ ）
A．管中气体分子数密度不变
B．管中气体内能增大
C．稳定后，水银槽中的水银在管内、外液面高度差增加量小于l
D．管中气体放出热量
19．（2025·广东清远·一模）科技小组用容积2.0L 的可乐瓶制作水火箭，箭身及配重物总质量M=0.1kg。
瓶内装入0.5L 水后密封，初始气体压强为1atm。用打气筒每次打入0.5L、1atm 的空气，当瓶内气压达
5atm 时橡胶塞脱落，水高速喷出，火箭起飞。已知水的密度
忽略空气阻力，重力加速
度g 取
下列说法正确的是（ ）
A．打气时筒内气体温度升高是因为摩擦生热
B．水喷出的过程中，水火箭内的气体对外做功
C．至少打气12 次水火箭的橡胶塞才脱落
D．若橡胶塞脱落后水以v=10m/s 全部喷出，火箭最多能升到125m 高处
20．（2025·湖南·一模）如图所示，与水平面成
角倾斜放置、导热性能良好的汽缸由截面积不同的两圆
筒连接而成。已知上圆筒长20cm，质量为
、截面积
的活塞A 和质量为
、截面
积
的活塞B 间用30cm 长的细轻杆连接，两活塞间封闭一定质量的理想气体，两活塞与筒内壁
无摩擦且不漏气。初始时，两活塞到两汽缸连接处的距离均为15cm，环境温度为
、大气压强
，重力加速度g 取
。求：
(1)开始时缸内封闭气体的压强；
(2)缓慢降低环境温度，使活塞 A 刚好要脱离小圆筒，则降低后的环境温度多大。保留三位有效数字
