2024年高考物理复习 热学 练习（解析版）

考点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Ao

2.（2021•重庆•高考真题）图1和图2中曲线I、II、IB分别描述了某物理量随分之间的距离变化的规律，4

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I、u、m对应的物理量分别是（）

A.①③②B.②④③C.④①③D.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H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

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BCEo

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.0℃的水变成0℃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（Mem,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300K时，气柱长度/为10cm；当外界温度缓慢升高到310K时，气柱长度变为50cm。已知外界

大气压恒为1.0xl（）5pa,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Imol氮气在1.0xl()5pa、273K状态下的体积

约为22.4L,阿伏伽德罗常数以取6.0x1023moL。

【答案】(1)0.4J；(2)119cm3;(3)2.9xlO21

【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P。，塑料管的横

截面积为S,初、末态气柱的长度分别为h12,气体对外做的功为W。根据功的定义有皿=%5&-//

解得W=0.4J

(2)设葫芦的容积为V,封闭气体的初、末态温度分别为工、T2,体积分别为外匕，根据盖一吕萨克定

律有

5=匕

4T2

匕=v+义

V2=V+Sl2

联立以上各式并代入题给数据得V=119cm3

(3)设在1.0xl()5pa、273K状态下，Imol氮气的体积为匕、温度为"，封闭气体的体积为匕，被封闭氮气

V+SLK

的分子个数为〃。根据盖一吕萨克定律有下」=”

其中"，刈

联立以上各式并代入题给数据得w=2.9x1021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S=100cm2,质量加=lkg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，其体积匕=600cm3。缓慢推动活塞使气体达到状态8,此时体积匕=SOOcn?。固定活塞，升高热源温

度，气体达到状态C,此时压强a=L4xl05pa。已知从状态A到状态C,气体从外界吸收热量Q=14J；

从状态2到状态C,气体内能增加AU=25J；大气压％=1.01x105Pa。

热源

(1)气体从状态A到状态8,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7c；

(3)求气体从状态A到状态8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PA=%-等=1.0xl()5pa

kJ

温度TA=300K；体积VA=600cm3；

C态压强&=L4xl()5pa；体积VC=500cm3；

根据毕=陪

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HJo

7.(2023•湖北•高考真题)如图所不，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、2S,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;H，左侧活塞上升g"。已知大气压

强为P。，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。

k=;m=

【答案】⑴50；⑵^~^ni

【详解】（1）对左右气缸内所封的气体，初态压强pl=po

体积匕=S"+2S//=3S8

3217

末态压强p2,体积匕=S・—H+—H-2S=—SH

236

根据玻意耳定律可得PM=2匕

1Q

解得。2=行为

（2）对右边活塞受力分析可知相g+Po-2S=P2-2S

解得机=秒》

对左侧活塞受力分析可知PoS+hg/fn0S

解得人需

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A3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，叫打开，陌闭合，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，用闭合，（打开，抽气活塞向

下运动，抽气气室中的全部气体从K2排出，完成一次抽气过程.已知助力气室容积为匕，初始压强等于外

部大气压强P。，助力活塞横截面积为S,抽气气室的容积为匕。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R;

（2）第〃次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小AF。

抽气活塞?

助力活塞V1?抽气气室

K,1

」J______

p

0_2

=c液压泵

连杆51--------

助力气室

水平力S

【答案】(1)(2)AF=[l-(-^-r]p0S

%十匕%十%

【详解】(1)以助力气室内的气体为研究对象，则初态压强P。，体积VO,第一次抽气后，气体体积v=%+h

根据玻意耳定律p0%=py

解得Pl=

匕+K

(2)同理第二次抽气。乂=。"

解得IIP。

以此类推

则当n次抽气后助力气室内的气体压强p»=Po

Vo+Vj

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入。活塞面积为S,隔板两侧气体体积均为S%,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)2p。，|p0；(2)手

【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A-SL°=p「gs4

解得旋转后上部分气体压强为A=2p0

133

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5s4+S4=万S4,则

2

解得旋转后下部分气体压强为P2=-P0

（2）对“H”型连杆活塞整体受力分析，活塞的重力现竖直向下，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RS=mg+pN

解得活塞的质量为机=安

3g

10.（2022•山东•高考真题）某些鱼类通过调节体内鱼鳏的体积实现浮沉。如图所示，鱼膘结构可简化为通

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"处。B室内气体体积为V,质量为加；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，鱼鳗内气体

温度不变。水的密度为2，重力加速度为g。大气压强为po,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A冽；

（2）鱼静止于水面下历处时，B室内气体质量加。

【详解】（1）由题知开始时鱼静止在H处，设此时鱼的体积为％,有Afg=0g%

且此时B室内气体体积为V,质量为m,则机=21V

鱼通过增加B室体积获得大小为a的加速度，则有Qg（匕+AV）-Mg=Ma

Mma

联立解得需从A室充入B室的气体质量Am=2气AV=亍一

Pg

（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

Pi=PgH+p0,p2=pgH,+Po

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,

由于鱼膘内气体温度不变，若,则在H处时，B室内气体需要增加，设吸入的气体体积为AV,根

据玻意耳定律有M（V+AV）=p2V

则此时B室内气体质量叫篇比加

若乜＜X,则在H处时,B室内气体需要减少,设释放的气体体积为AV,根据玻意耳定律有A（V-AV）=p2V

则此时B室内气体质量町=网丁=吧="底”

VP、PgH+p0

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P。、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、H、III、IV四部分，其中第II、IH部分的体积分别为和J%、环境压强保持不变，不计活塞的

o4

质量和体积，忽略摩擦。

（1）将环境温度缓慢升高，求8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2",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。

【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

-V

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生二=%

"T

4

解得7=

（2）设当A中的活塞到达汽缸底部时ni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

3%

的气体的体积为V,贝IJII、III两部分气体被压缩的体积为V0-V,则对气体IV竺_0_=£上

To2TO

对n、ni两部分气体°。（北+^p（K-V）

To2T0

联立解得

5

9

P=*

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2%、呐面积分别为25、S,弹簧原长为初始时系统处于平衡状态，此

时弹簧的伸长量为0」/,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P。，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。

-

2S

【答案】（1）左=押生（2）。2=4+等，T2=^T0

【详解】（1）设封闭气体的压强为Pl,对两活塞和弹簧的整体受力分析，由平衡条件有

mg+Po•2S+2mg+pxS=p0S+乌•2S

f03mg

解得Pi=Po+—b

kJ

对活塞I由平衡条件有2mg+po-2S+k-O.ll=P]-2S

解得弹簧的劲度系数为k=丝笋

（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Pz=P、=P0+警

11/11733/V

即封闭气体发生等压过程，初末状态的体积分别为匕=手义25+亨xS=±|LV2=l2-2S

由气体的压强不变，则弹簧的弹力也不变，故有4=11/

有等压方程可知J

4

解得心=§”

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、高度可控的氮气球，作

为一种长期留空平台，具有广泛用途。图小）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氢气(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，

氨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

0

po=LOxlO5pa、温度T°=300K,弹簧始终处于弹性限度内，活塞厚度忽略不计。

(1)设气球升空过程中氮气温度不变，求目标高度处的大气压强)；

(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。

图(b)

【答案】⑴5.0xl04Pa；(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A，由玻意

耳定律必匕=015匕

2

解得Pi=gPo

由目标处的内外压强差可得月-。=JP。

O

解得P=gPo=5.0xl()4Pa

(2)有胡克定律尸=依可知弹簧的压缩量变为原来的：4，则活塞受到弹簧的压力也变为原来4的即

142

Px=-PoX-=-Po

OJIJ

19

设此时气囊内气体的压强为P2,对活塞压强平衡可得P2=PX+P=^PO

由理想气体状态方程可得第=吟

47

其中匕=%+0.5%*《=二匕

解得7==4=266K

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4=13.5cm,

4=32cmo将水银从C管缓慢注入，直至B、C两管内水银柱的高度差九=5cm。已知外界大气压为

Po=75cmHg。求A、B两管内水银柱的高度差。

【答案】M=lcm

【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RB=P。，体积为KB=/N，末态压强

为P2,设水银柱离下端同一水平面的高度为外，体积为匕3=G-生）S,由水银柱的平衡条件有

P2B=Po+Pgh

B管气体发生等温压缩，有PIBKB=P，B

联立解得色=2cm

对A管中的气体，初态为压强RA=P。，体积为末态压强为P24,设水银柱离下端同一水平面的

高度为4，则气体体积为=（4-4）S,由水银柱的平衡条件有p2A=00+夕gd+色-々）

A管气体发生等温压缩，有R/AMPZAKA

联立可得2"-1914+189=0

I2Q

解得％=1cm或％=—cm〉（（舍去）

则两水银柱的高度差为A/7=/Z2-4=lcm

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的体积均为匕压强均等于大气压po,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O.5po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，

人,,,”,V

使B的体积减小为彳o

2

（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。

活塞隔板

【答案】⑴匕=0.4V,PB=2P°；(ii)匕'=4-l)v,pB=^ip0

【详解】(i)对B气体分析，等温变化，根据玻意耳定律有

解得PB=2Po

对A气体分析，根据玻意耳定律有

p°v=PM

PA=PB+Q-5PO

联立解得匕=0.4V

3，3

(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P(y=Px^V0

2

则A此情况下的压强为p=gp°<PB-05Po

则隔板一定会向左运动，设稳定后气体A的体积为匕'、压强为p：,气体B的体积为％'、压强为PB',根

据等温变化有

匕'+%'=2V,PA=PB-O.5PO

联立解得

■3-A/5（全土\3+6

=

PB=F-Po（舍去），PB^~PO

VA=（45-X）V

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，用质量班=600g、截面积S=20cm2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加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4=300K。设外界大气压强p°=1.0x105Pa,重力加速度g=10m/s2。

(1)当电子天平示数为400.0g时，环境温度石为多少？

(2)该装置可测量的最高环境温度5ax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A%g=（⑦-f）g

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R=P。①

当电子天平示数为400.0g时，设此时汽缸内气体压强为p2,对叫受力分析有

（wt,-4OOg-/771）g=（po-p2）S②

由题意可知，汽缸内气体体积不变，则压强与温度成正比：与吟③

联立①②③式解得5=297K

（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（p3~p0）S=m1g④

又由汽缸内气体体积不变，则压强与温度成正比牛=卢⑤

，max

联立①④⑤式解得Max=309K

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（IkPa=1000Pa）,所在地突然经历了“一天入冬”的天气变化，气温从

27℃骤降到-3℃（270K）,（已知一定质量的理想气体满足唱=C）

（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）,

O

求此时轮胎内气体的压强。

【答案】（1）会，见解析；（2）240kPa

【详解】（1）根据题意，降温前轮胎内气体压强为B，气体体积为匕，温度为（，降温后轮胎内气体压强

为P2,气体体积为匕，温度为72,则有罕=竽

其中pi=210kPa,7；=300K,T2=270K

降温前后气体的体积不变，则有匕=匕

解得p2=189kPa<190kPa

可知，胎压检测会报警。

（2）根据题意，设装货之前气体体积为匕，装货之后气体的压强为P3,气体体积为（7V,，由于温度不变,

O

7

由玻意耳定律有。苗=03吃匕

O

Q

解得区=1R=240kPa

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一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S=lxl0-2m2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4=0.2m,压强等于大气压强4=1.0x105&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AL=0.10m,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）1000N；（2）2xl（T3m3

【详解】（1）设稳定时气缸内气体压强为P2,根据玻意耳定律有BS4=P1S（4-AL）

5

解得Pl=2p0=2xl0pa

则物体A的重力大小为G=（P「B）S=1000N

（2）设充入的气体体积为V,则有POLOS+POV=P24S

解得V=SLo=2xl（T3m3

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A,开始时瓶内氧气的压强为10个标准大气压，封

闭的空气柱A的长度为8cm,随着氧气的使用，一段时间后发现水银片上升了12cm（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76cmHg,氧气与空气均视为理想气

4

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。

氧I气瓶

【答案】（1）22.8cmHg；（2）40%

【详解】（1）对封闭的空气柱A

初始时A=76cmHg,Lx=8cm,热力学温度为T,

末态时4=L\+12cm=8cm+12cm=20cm,热力学温度（=0.75（

设玻璃管的横截面积为s,因此有旦衿=支争

解得Pi=22.8cmHg

（2）设氧气瓶的容积为V,设剩下的氧气被压缩到10个标准大气压、热力学温度为工状态下的体积为匕，

川有0.75（Z

解得匕=0.41

因此瓶内剩余氧气的质量占原来氧气总质量的百分比为2^x100%=与xlOO%=40%

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％=800cm3,压强为P/=L2xlO5Pa的理想气体，

环境温度为刀=300K,气缸与活塞间的摩擦忽略不计，大气压强始终为po=l.OxlO5pa。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）M=27kg；（2）心=305K

【详解】（1）放上A物体待其稳定后气体体积匕=K-AK=600cm3

根据等温变化有

对气缸根据受力平衡有（P2-P0）S=Mgcos37°

由以上各式解得M=27kg

（2）根据等压变化可得

解得4=305K

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300K,压强为lxl（）5pa。经等容过

程，该气体吸收400J的热量后温度上升100K；若经等压过程，需要吸收600J的热量才能使气体温度上升

lOOKo下列说法正确的是（）

A.初始状态下，气体的体积为6LB.等压过程中，气体对外做功400J

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400J

4

【答案】AD

【详解】C.令理想气体的初始状态的压强，体积和温度分别为口=Z，h=%，Z=300K,等容过程为状态

二°2=?，匕=K=%Z=400K,等压过程为状态三P3=P。，K=?,7；=400K,由理想气体状态方程可得

器=竽=竽，解得02=：外,匕=1％,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AU=W+Q=400J,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400J,

D正确；AB.等压过程内能增加了400J,吸收热量为600J,由热力学第一定律可知气体对外做功为200J,

即做功的大小为卯=为|^%-匕］=200J,解得%=6L,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90。过程中，缸内气体（）

IIII

F二二二二］

A.内能增加，外界对气体做正功

B.内能减小，所有分了热运动速率都减小

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（P-P0）s=，〃g，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AU=Q+W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Co

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，8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3端流出的

C.4端流出的气体内能一定大于3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ABEo

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3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B位置时，活塞上细沙的总质量为根。在此过程中，用外力尸作用在右端活塞上，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（）

A.整个过程，外力尸做功大于0,小于机g4

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（PoS/+Mg/?）

E.左端活塞到达3位置时，外力/等于噜■

【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S?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：Q=W<PoSM+〃?g/z,D正确；E.左端活塞到达B位置时，根

据压强平衡可得：4+等="）+”,即：尸=?|2，E正确。

故选BDEo

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P。和九。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人最大静摩擦

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AU;

（2）最终温度兀

【答案】（1）AU=。—（p°S+/）L；（2）T=2（gS：“。

PoS

【详解】（I）活塞移动时受力平衡P|S=P0S+/

气体对外界做功亚=月5乙

根据热力学第一定律=

解得AU=Q-（p°S+/）L

（2）活塞发生移动前，等容过程勺=勺

活塞向右移动了L,等压过程?=J

且％=2匕

解得7=2（0。$；/）/。

P°S

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。

各速率区间的分子数

占总分子数的百分比

【答案】大于①

【详解】山对活塞分析有。=磐

S

因为A中细沙的质量大于B中细沙的质量，故稳定后有外>PB；所以在达到平衡过程中外界对气体做功有

W'WB

则根据AU=W+Q

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；

⑵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。=0,减小气体的体积，则W>0,由热力学第一定律AU=W+Q,

可知AU〉。，则气体温度升高，故B错误；C.若气体发生等温膨胀，则△〃=（）,W<0,由热力学第一

定律AU=W+Q,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

变，根据理想气体状态方程（=C,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，由盖一吕萨克定律上V=C得，气体温度升高，则气体内能增大；等温压缩过程，温度不

T

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】CB

【详解】口］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AU=W+。

气体内能不变。

pv

⑵根据理想气体状态方程可知-y-=C

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。依次经过必、be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7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（）

0

【答案】C

【详解】由图像可知，理想气体翻过程做等压变化，加过程做等温变化，cd过程做等容变化。根据理

想气体状态方程，有/=C可知be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

【答