2021年新高考真题物理汇编20 热学（解析版）

专题20热学

I.（2021高考新课程I卷山东卷）如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、

导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶

缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体（）

A.内能减少B.对外界做正功

C.增加的内能大于吸收的热量D.增加的内能等于吸收的热量

【参考答案】B

【名师解析】上浮过程中，小瓶内气体压强减小，体积增大，对外界做正功，温度升高，内能增大，选项A

错误B正确；根据热力学第一定律，吸收的热量等于增加的内能与对外做功之和，选项CD错误。

2.（2021高考新课程H卷海南卷）如图，一定质量的理想气体从状态。出发，经过等容过程到达状态"

再经过等温过程到达状态c,直线碇过原点.则气体（）

V

0*-----------------7

A.在状态c的压强等于在状态。的压强B.在状态b的压强小于在状态c的压强

C.在〃一＞c的过程中内能保持不变D.在人的过程对外做功

【参考答案】AC【名师解析】根据理想气体的V——T图像中等压线为过原点的倾斜直线，可知，气体在

状态c的压强等于在状态a的压强，选项A正确；由玻意耳定律可知，气体在状态b的压强大于在状态c

的压强，选项B错误；在〃的过程中气体温度不变，根据理想气体的内能只与温度有关，可知气体内

能保持不变，选项C正确；在a-＞力的过程，气体气体不变，不对外做功，选项D错误。

3.（2021新高考北京卷）比较45（的热水和10（TC的水蒸汽，下列说法正确的是

A.热水分子的平均动能比水蒸汽的大

B.热水的内能比相同质量的水蒸汽的小

C.热水分子的速率都比水蒸汽的小

D.热水分子的热运动比水蒸汽的剧烈

【参考答案】B

【解题思路】根据温度是分子平均动能的标志，可知45OC的热水的平均动能比100℃的水蒸汽平均动能

小，选项A错误；根据内能的定义，可知热水的内能比相同质量的水蒸汽的小，选项B正确；热水分

子的平均动能比水蒸汽的平均动能小，但是热水分子的速率不一定都比水蒸汽的小，选项C错误；热

水蒸汽分子的热运动比水分子的剧烈，选项D错误，

4.（2021新高考天津卷）列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减

振，空气弹簧主要由活塞、气缸及内封的一定质量的气体构成.上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，

上下乘客时气缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化

较快，气体与外界来不及热交换.若气缸内气体视为理想气体，在气体压缩的过程中（）

A.上下乘客时，气体的内能不变B.上下乘客时，气体从外界吸热

C.剧烈颠簸时，外界对气体做功D.剧烈颠簸时，气体的温度不变

【参考答案】AC

【解题思路】匕下乘客时，气缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换，在气体压缩的过程

中，外界对气体做功，气体的内能不变，向外界散热，选项A正确B错误；剧烈颠簸时，在气体压缩的过

程中，外界对气体做功，气体的温度升高，选项C正确D错误。

5.（4分）（2021新高考福建）如图，一定质量的理想气体由状态A变化到状态B,该过程气体对外

“做正功”或“做负功”或“不做功”），气体的温度（填“升高”“降低”“先升高后降低”或“始

终不变”）.

【参考答案】做正功先升高后降低

【解题思路I一定质量的理想气体由状态A变化到状态B,该过程气体体积增大，对外做正功。由于

p—V图像中等温线是一双曲线，对A、B两个状态，由理想气体状态方程可得，A、B两个状态的温度

相同，内能相同，所以气体的温度先升高后降低。

6.（2021高考新课程I卷山东卷）血压仪由加压气囊、臂带、压强计等构成，如图所示。加压气囊可将外

界空气充入臂带，压强计示数为臂带内气体的压强高于大气压强的数值，充气前臂带内气体压强为大气压

强，体积为V；每次挤压气囊都能将60cm3的外界空气充入臂带中，经5次充气后，臂带内气体体积变为

5V,压强计示数为150mmHg。已知大气压强等于750mmHg,气体温度不变。忽略细管和压强计内的气

体体积。则V等于（）

加压气囊

D.60cm'

【参考答案】D

【名师解析】充气前臂带内气体压强为pi=750mmHg,每次挤压气囊都能将vo=6001?的外界空气充入

臂带中，经5次充气后，臂带内气体体积为5V,压强为p2=750mmHg+l50mmHg=9（）0mmHg,由玻意

耳定律，piV+5PlV0=5p2V,解得V=60cm,选项D正确。

7.（9分）（2021高考新课程湖北卷）质量为m的薄壁导热柱形气缸，内壁光滑，用横截面积为s的活塞封

闭一定量的理想气体。在下述所有过程中，气缸不漏气且与活塞不脱离。当气缸如图（a）竖直倒立静置时.

缸内气体体积为Vi,.温度为T”已知重力加速度大小为g,大气压强为po。

（1）将气缸如图（b）竖直悬挂，缸内气体温度仍为Ti,求此时缸内气体体积V2；

（2）如图（c）所示，将气缸水平放置，稳定后对气缸缓慢加热，当缸内气体体积为V3时，求此时缸内气

体的温度。

图（a）图（b）图（c）

14【参考答案】（I）PoS+mg,h（2）匕1

P0S-mg（PoS+mg）K

【解题思路】⑴对图（a）,由平衡条件，p/S=p0S+mg,

将气缸如图（b）竖直悬挂，山平衡条件，p2S+mg=pOS,

由玻意耳定律，P1V1=P2V2，

联立解得：V2=RS+/”，匕

P0S-mg

（2）如图（c）所示，将气缸水平放置，其压强等于大气压pO,设体积为V,

由玻意耳定律，piVl=p（）V,解得：V=（1+二暨）VL

PoS

稳定后对气缸缓慢加热，当缸内气体体积为V,时，设此时缸内气体的温度为T3。由盖吕萨克定律,

上_匕

I4

解得：T3=PoSV工

（pQS+mg）V1

8.（1）（5分）（2021新高考湖南卷）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

积分别为耳和S?）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

A下降。高度到8位置时，活塞上细沙的总质量为例。在此过程中，用外力F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P。保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下

列说法正确的是。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每

选错1个扣3分，最低得分为。分）

T

h

旧工而推渝疝mJL

A.整个过程，外力F做功大于0,小于mg/z

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（〃0号〃+，咫〃）

E.左端活塞到达B位置时，外力尸等于‘线

5

【参考答案】BCE

【解题思路】本题考查理想气体、热力学第一定律及其相关知识点，主要考查综合分析能力.

由于是在左侧活塞上缓慢加细沙，右侧活塞位置不变，所以整个过程中，外力对气体做功等于0,选项A

错误；由于气缸导热，气体温度不变，所以整个过程中理想气体的分子平均动能保持不变，选项B正确；

由于理想气体的内能只与温度有关，所以理想气体内能增大，选项C正确；根据热力学第一定律，整个过

程中。理想气体向外界释放的热量等于外力做功，选项D错误；对左侧活塞，由平衡条件，pS尸mg,对右

侧活塞，由平衡条件，pS2=F,联立解得：F=mgS2/Sl,选项E正确。

9.（1）（5分）（2021高考全国乙卷）如图，一定质量的理想气体从状态a（p。、％、To）经热力学过程

ab、be、ca后又回到状态a。对于ab、be、ca三个过程，下列说法正确的是（填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每错选1个扣3分，最低得分为0分）

\P/Po

2V^/o

A.ab过程中，气体始终吸热

B.ca过程中，气体始终放热

C.ca过程中，气体对外界做功

D.be过程中，气体的温度先降低后升高

E.be过程中，气体的温度先升高后降低

【参考答案】ABE

【名师解析】ab过程中，气体做等容变化，压强增大，温度升高，内能增大，气体始终吸热，选项A正确;

ca过程中，压强不变，体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，根据热力学第一定律，气体始

终放热，选项B正确C错误；由于等温线是双曲线，所以be过程中，气体的温度先升高后降低，选项E

正确D错误。

10.(8分)(2021高考江苏物理卷)如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在气缸中，活塞的面积为S,

与气缸底部相距L,气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“0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心后停止，活塞与气缸间的滑动摩擦为力最

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。，求该过程中

(1)内能的增加量△〃；

(2)最终温度T.

【命题意图】本题考查热力学第一定律、理想气体状态方程及其相关知识点。

【解析】(1)对活塞，由平衡条件，ps=poS+y,解得p=p°+/s,

气体对外做功W=pSL,

由热力学第一定律，△U=Q-W=Q-pSL。

(2)7b=273+tO,由理想气体状态方程，义这="1交£,

ToT

f

解得T=2(1+-^—)T0o

PoS

【解法二】.(1)活塞移动时受力平衡p@=PoS+/

气体对外界做功W=

根据热力学第一定律4。=。—W

解得AU=Q_（〃0S+/）L

（2）活塞发生移动前，等容过程包=包

活塞向右移动了乙等压过程匕=工

T}T

且匕=2匕

解得T=2（P（＞S+/）”

P°s

评分建议：本题共8分，每问4分

11.（1）（5分）（2021高考全国甲卷）

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-f）图上的两条直线1和II表示，W和V2

分别为两直线与纵轴交点的纵坐标：加为它们的延长线与横轴交点的横坐标，为是它们的延长线与

横轴交点的横坐标，加=-273.15℃；a为直线I上的一点。由图可知,气体在状态a和b的压强之比乌=_____；

Ph

气体在状态b和c的压强之比中=________。

Pc

【参考答案】1—

乂

【名师解析】直线I为等压线，所以气体在状态a和b的压强之比包=1；由于直线I和直线n都是等压线,

Pb

由外％=R必，可得气体在状态b和C的压强之比号=5.

PcX

12.（2）（10分）（2021高考全国甲卷）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,压强均等于大气压外。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0.5。时隔板就会滑动，否则隔板停止运动。气

V活塞隔板

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。—N------------------------

（i）求A的体积和B的压强；।AB

（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。|.

【名师解析】⑴对气体8,由玻意耳定律，p0V=pBV/2,

解得：p«=2po。

对气体A,末状态压强为外=1.5p（）,/?（）V=PAVA>

解得：VA=2V/3O

（ii）再使活塞向左缓慢回到初始位置，隔板将向左移动，最后PB'-PA'=0.58

对气体A,由玻意耳定律，网N=pJ弘'，

对气体8,由玻意耳定律，pW=/加'

VA'+VB=2V

联立解得：VSIN，pj=

3-V5

13（10分）（2021高考全国乙卷）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

Zx=13.5cm,%=32cm。将水银从C管缓慢注入，直至B、C两管内水银柱的高度差匚=5cm。已知外界大气压

为p0=75cmHg。求A、B两管内水银柱的高度差。

【名师解析】设AB两管内截面积分别为S1和S2,注入水银后AB空气柱分别减小J'hl和h2,压强分别

为pl和p2,由玻意耳定律

pohS产pi(/rhi)Si

pol2s2=P2-2■的)S?

P2=〃o+pgh

pi=Po+pg(h+hi-h\)

A、B两管内水银柱的高度差△力=//2•小

联立解得4h=lcm

14.(8分)(2021新高考湖南卷)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，用质量叫=600g、截面积S=20cm?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A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阳2=1200g的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为

600.0g时，测得环境温度工=300K。设外界大气压强Po=lOxIO,Pa,重力加速度g=10m/s?。

(i)当电子天平示数为400.0g时，环境温度7；为多少？

(ii)该装置可测量的最高环境温度(侬为多少？

【解题思路】本题考查理想气体实验定律及其相关知识点，主要考查综合分析能力。

(i)当电子天平示数为600.0g时，分析铁块受力可知轻绳拉力为

尸产如g-FN=1.2X10N-0.6X10N=6N

根据杠杆原理，可知两侧轻绳拉力一样大，对活塞，

F\+p\S=mig+poS

解得：pi=po

当电子天平示数为400.0g时'分析铁块受力可知轻绳拉力为

「2二m2g孤

对活塞，F14-/725=m\g+p()5

解得：p2=0.99Xl（）5pa

根据查理定律，有p\/T尸p/2

解得：-=297K

（ii）当温度升高时，气体压强增大，轻绳拉力减小，天平示数增大，直到轻绳拉力为零时。天平示数不再继

续增大，此时对应测量的最大温度。

对活塞，P3$=m\g+p0S

解得:p3=1.0