專題17熱學(xué)

目錄

01考情透視目標(biāo)導(dǎo)航.............................................................................3

02知識導(dǎo)圖?思維引航.............................................................................4

03核心精講?題型突破.............................................................................5

題型一分子動理論固體和液體................................................................5

【核心精講】................................................................................5

一、分子動理論...............................................................................5

二、固體和液體...............................................................................6

【真題研析】................................................................................7

【命題預(yù)測】................................................................................8

考向一分子動理論............................................................................8

考向二固體和液體............................................................................9

題型二氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程.............................................10

【核心精講】...............................................................................10

一、氣體實(shí)驗(yàn)定律與理想氣體狀態(tài)方程.........................................................10

二、處理氣缸類問題的思路...................................................................11

三、處理管類問題的思路.....................................................................11

四、處理變質(zhì)量類問題的思路.................................................................11

【真題研析】...............................................................................12

【命題預(yù)測】...............................................................................13

考向一有關(guān)理想氣體的氣缸類問題............................................................13

考向二有關(guān)理想氣體的管類問題..............................................................15

考向三有關(guān)理想氣體的變質(zhì)量類問題..........................................................16

題型三熱力學(xué)定律與氣體狀態(tài)變化的綜合.......................................................18

【核心精講】...............................................................................18

一、理想氣體的常見圖像.....................................................................18

二、熱力學(xué)定律..............................................................................18

【真題研析】...............................................................................19

【命題預(yù)測】...............................................................................20

考向一熱力學(xué)定律和圖像相結(jié)合的問題........................................................20

考向二熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律相結(jié)合的問題................................................22

命題統(tǒng)計(jì)

2024年2023年2022年

命題要點(diǎn)

分子動理論2023北京卷T12022江蘇卷T6

固體和液體

2023海南卷T5

2024江蘇卷T132023重慶卷T42022重慶卷T16

2024全國甲卷T52023湖北卷T132022廣東卷T16

2024湖南卷T132023遼寧卷T52022河北卷T16

氣體實(shí)驗(yàn)定律2024山東卷T162023海南卷T162022湖南卷T16

執(zhí)?1、、2024江西卷T132023湖南卷T132022山東卷T15

考

2024廣西卷T142023全國乙卷T14

角

度2024廣東卷T13

2024重慶卷T32023河北卷T132022天津卷T6

2024浙江卷T192023廣東卷T132022福建卷T10

2024海南卷T112023天津卷T22022重慶卷T15

熱力學(xué)定律

2024北京卷T32023浙江卷T202022北京卷T3

2024河北卷T92023全國理綜卷T82022江蘇卷T7

2024湖北卷T13

從近三年高考試題來看，試題以選擇題和計(jì)算題為主，其中氣體實(shí)驗(yàn)定律和

命題規(guī)律熱力學(xué)定律的考查非常頻繁，分子動理論、固體和液體這兩部分內(nèi)容考查頻率不

是太高。

預(yù)計(jì)在2025年高考中，還會以選擇題和計(jì)算題的形式重點(diǎn)考查氣體實(shí)驗(yàn)定

考向預(yù)測

律和熱力學(xué)定律，可能結(jié)合圖像、生活中的場景和前沿科技進(jìn)行考查。

命題情景多以典型的圖像、生產(chǎn)生活和科技與氣體有關(guān)的為命題背景

常用方法平衡法、牛頓第二定律、整體和隔離法

題型一分子動理論目體和液體

一絲^呵上」卜

一、分子動理論

1.兩種分子模型

球體分子模型立方體分子模型氣體分子模型

物質(zhì)有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種情況，不同物態(tài)下應(yīng)將分子看成不同的模型。

(1)固體、液體分子一個一個緊密排列，可將分子看成球形或立方體形，如圖所示，分子間距等于小球的直徑或立

方體的棱長，所以d二將(球體模型)或(立方體模型)。

⑵氣體分子不是一個一個緊密排列的,它們之間的距離很大，所以氣體分子的大小不等于分子所占有的平均

空間，如圖所示，此時每個分子占有的空間視為棱長為d的立方體，所以d=Mv.

提醒:對「氣體，利用1=遮得到的不是分子直徑，而是氣體分子間的平均距離。

2.微觀量與宏觀量間的關(guān)系

微觀量:分子體積均、分子直徑乩分子質(zhì)量〃?0。

宏觀量:物體的體積V、摩爾體積匕n、物體的質(zhì)量/〃、摩爾質(zhì)量用、物體的密度

⑴分子的質(zhì)量：〃")=言=轉(zhuǎn)。

(2)分子的體積:％=粵=適用7固體和液體)。

NApN入

⑶物體所含的分了?數(shù):或N二gg二等NA。

%P%iMM

3.擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運(yùn)動與熱運(yùn)動的比較

現(xiàn)象擴(kuò)散現(xiàn)象布朗運(yùn)動熱運(yùn)動

活動分子固體微小顆粒分子

主體

是分子的運(yùn)動，發(fā)生在是比分子大得多的顆粒的運(yùn)動,只能在是分子的運(yùn)動，不能通過光學(xué)顯

區(qū)別

任何兩種物質(zhì)之間液體、氣體中發(fā)生微鏡直接觀察到

共同

(1)都是無規(guī)則運(yùn)動;(2)都隨溫度的升高而更加激烈

點(diǎn)

聯(lián)系擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運(yùn)動都反映了分子做無規(guī)則的熱運(yùn)動

4.氣體分子的速率分布

氣體分子的速率呈“中間多、兩頭少”分布。

單位速率間隔的分子數(shù)

占總分子數(shù)的百分比

4.分子力和分子勢能

分子力變化分子勢能變化

1

亡A。'-

1/不力

■人」

1

/

/\

①分子斥力、引力同時存在；

②當(dāng)時，r增大，斥力引力都減小，斥力減小更

①當(dāng)r=ro時，分子勢能最??；

快，分子力變現(xiàn)為引力；

②當(dāng)〉出時，r逐漸減小，分子勢能逐漸減??；

③當(dāng)r<ro當(dāng)，r減小，斥力引力都增加，斥力增加更

③當(dāng)r<r。當(dāng)，r逐漸減小，分子勢能逐漸增加。

快，分子力變現(xiàn)為斥力；

④當(dāng)r=ro時，斥力等于引力，分子力為零。

二、固體和液體

I.晶體與非晶體的對比

晶體

分類

非晶體

比狡單晶體多晶體

外形規(guī)則不規(guī)則不規(guī)則

熔點(diǎn)確定確定不確定

物理性質(zhì)各向異性各向同性各向同性

原子排列規(guī)則多晶體的每個晶體間排列不規(guī)則不規(guī)則

玻璃、蜂蠟、

典型物質(zhì)石英、云母、食鹽、硫酸銅

松香

2.液體表面張力的理解

形成原因表面層中分子間的距禽比液體內(nèi)部分子間的距離大，分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力

表面特性表面層分子間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力，使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜

表面張力的方向和液面相切,垂直于液面上的各條分界線

表面張力使液體表面具有收縮趨勢，使液體表面積趨于最小，而在體積相同的條件下，球形

表面張力的效果

的表面積最小

典型現(xiàn)象球形液滴、肥皂泡、漣波、毛細(xì)現(xiàn)象、浸潤和不浸潤

真題研析

I.（2023?海南?高考真題）下列關(guān)于分子力和分子勢能的說法正確的是（）

O——上

A.分子間距離大于3時，分子間表現(xiàn)為斥力

B.分子從無限遠(yuǎn)靠近到距離中處過程中分子勢能變大

C.分子勢能在力處最小

D.分子間距離小于米且減小時，分子勢能在減小

【答案】C

【詳解】分子間距離大于力，分子間表現(xiàn)為引力，分子從無限遠(yuǎn)靠近到距離m處過程中，引力做正功，分

子勢能減小，則在m處分子勢能最??；繼續(xù)減小距離，分子間表現(xiàn)為斥力，分子力做負(fù)功，分子勢能增大。

故選Co

【技巧點(diǎn)撥】

（1）根據(jù)分子力大小隨距離變化的特點(diǎn)做出判斷；

（2）分子力做正功分子勢能減小，反之，增大。

2.（2022?江蘇?高考真題）自主學(xué)習(xí)活動中，同學(xué)們對密閉容器中的氫氣性質(zhì)進(jìn)行討論，下列說法中正確

的是（）

A.體積增大時，氧氣分子的密集程度保持不變

B.壓強(qiáng)增大是因?yàn)檠鯕夥肿又g斥力增大

C.因?yàn)闅錃夥肿雍苄?，所以氨氣在任何情況下均可看成理想氣體

D.溫度變化時，氫氣分子速率分布中各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比會變化

【答案】D

【詳解】A.密閉容器中的氫氣質(zhì)量不變，分子個數(shù)不變，根據(jù)n=*

可知當(dāng)體積增大時，單位體積內(nèi)分子個數(shù)變少，分子的密集程度變小，故A錯誤；

B.氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是大量氣體分子對容器壁的持續(xù)的、無規(guī)則撞擊產(chǎn)生的；壓強(qiáng)增大并不是因?yàn)榉肿?/p>

間斥力增大，故B錯誤；

C.普通氣體在溫度不太低，壓強(qiáng)不太大的情況下才能看作理想氣體，故C錯誤；

D.溫度是氣體分子平均動能的標(biāo)志，大量氣體分子的速率呈現(xiàn)?沖間多，兩邊少”的規(guī)律，溫度變化時，大

量分子的平均速率會變化，即分子速率分布中各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比會變化，故D正確。

故選D。

【技巧點(diǎn)撥】

(1)氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是大量氣體分子對容器壁的持續(xù)的、無規(guī)則撞擊產(chǎn)生的；

(2)大量氣體分子的速率呈現(xiàn)“中間多，兩邊少”的規(guī)律。

［命題預(yù)測

考向一分子動理論

3.(2024?北京朝陽?二模)分子勢能多隨分子間距離「變化的圖像如圖所示。下列說法正確的是()

A.。處分子間表現(xiàn)為引力

B.r2處分子間表現(xiàn)為斥力

C.qVrV七時，廣越小分子勢能越大

D.分子間距離足夠大時分子勢能最小

【答案】C

【詳解】ABD.分子勢能為標(biāo)量，在廠廠2時，分子勢能最小，則「2為平衡位置，分子力為零，由圖可知/7

處分子間表現(xiàn)為斥力。故ABD錯誤；

C.由圖可知qVrV-2時，，.越小分子勢能越大。故C正確。

故選C。

4.（2024?黑龍江齊齊哈爾?三模）茶道文化起源于中國，是一種以茶修身的生活方式。東坡有詩云”一勺勵

清心，酌水誰含出世想。”下列關(guān)于泡茶中的物理現(xiàn)象的說法錯誤的是（）

A.泡茶時，開水比冷水能快速泡出茶香，是因?yàn)闇囟仍礁叻肿訜徇\(yùn)動越劇烈

B.放入茶葉后，水的顏色由淺變深，是擴(kuò)散現(xiàn)象

C.泡茶過程中灑漏在茶托上的茶水可被茶托快速吸收，說明茶水與茶托間是浸潤的

D.打碎的茶杯不能拼接復(fù)原，說明分子間不存在作用力

【答案】D

【詳解】A.泡茶時，開水比冷水能快速泡出茶香，是因?yàn)闇囟仍礁叻肿訜徇\(yùn)動越劇烈，故A正確，不符

合題意；

B.放入茶葉后，水的顏色由淺變深，是擴(kuò)散現(xiàn)象，故B正確，不符合題意；

C.泡茶過程中灑漏在茶托上的茶水可被茶托快速吸收，說明茶水與茶托間是浸潤的，故C正偏，不符合題

意；

D.打碎的茶杯不能拼接復(fù)原，是因?yàn)榉肿娱g距離太大，分子間作用力可以忽略不計(jì)，并不是分子間不存在

作用力，故D錯誤，符合題意。

故選D。

考向二固體和液體

5.（2024.浙江溫州.模擬預(yù)測）如圖所示，甲、乙是課本上的兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，甲是探究晶體性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)（未畫

出加熱工具），乙是薄膜干涉實(shí)驗(yàn)關(guān)于這兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是（）

圖甲圖乙

A.甲實(shí)驗(yàn)中，左圖的石蠟熔化區(qū)域呈圓形，則呈放石蠟的是玻璃片

B.甲實(shí)驗(yàn)中，石蠟溫度上升的過程中，內(nèi)能不變

C.乙實(shí)驗(yàn)無論是在地面上還是在太空中，所得的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致

D.在太空中做乙實(shí)驗(yàn)，所得干涉條紋間距較在地面時更短

【答案】A

【詳解】A.玻璃是非晶體，具有各向同性，各個方向的傳熱能力相同，因此熔化的石蠟呈圓形，故A正

確；

B.甲實(shí)驗(yàn)中，石蠟溫度上升的過程中，內(nèi)能增大，故B錯誤；

CD.乙實(shí)驗(yàn)在太空中，由于薄腴厚度分布均勻，將不會出現(xiàn)十涉條紋，故CD錯誤。

故選Ao

6.（2024.浙江金華?三模）2022年11月21日中國空間站第三次太空授課中演示了紫色水球從“活躍”到“懶

惰”的過程。如圖所示，用注射器向水球噴氣，水球發(fā)生振動。向水球射入一枚質(zhì)量10g的鋼球，鋼球留在

水球中，再用注射器以相同方式向水球噴氣，水球振動幅度減小。則（）

A.首次噴氣水球振幅較大一定是因?yàn)樽⑸淦鲊姎獾念l率與水球的固有頻率相等

B.水球振動中不破裂，是因?yàn)橹行牡乃畬?外面的水有萬有引力的作用

C.鋼球射入水球而未穿出，是水的表面張力起了作用

D.鋼球在水中受到浮力為0.1N

【答案】C

【詳解】A.根據(jù)動量定理，力的沖量相同的情況下，質(zhì)量小的物體獲得的速度大，振幅也大，故A錯誤;

BC.水球振動中不破裂，鋼球射入水球而未穿出，是水的表面張力起了作用，故B錯誤，C正確。

D.太空中處于失重狀態(tài)，浮力為0,故D錯誤；故選C。

題型二氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程

核心精講

一、氣體實(shí)驗(yàn)定律與理想氣體狀態(tài)方程

1.理想氣體狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系

'溫度不變:Pl%=P2%玻意耳定律

PM二例2P-1=查理定律

丁一工A

匕

=蓋一呂薩克定律

2.兩個重要的推論

（1）查理定律的推論:△片與

*1

（2）蓋?呂薩克定律的推論:

二、處理氣缸類問題的思路

1.弄清題意，確定研究對象。一般研究對象分兩類：一類是熱學(xué)研究對象（一定質(zhì)量的理想氣體）；另一類是

力學(xué)研究對象（汽缸、活塞或某系統(tǒng)）。

2.分析清楚題目所述的物理過程，對熱學(xué)研究對象分析清楚初、末狀態(tài)及狀態(tài)變化過程，依據(jù)氣體實(shí)驗(yàn)定律

或理想氣體狀態(tài)方程列出方程；對力學(xué)研究對象要正確地進(jìn)行受力分析，依據(jù)力學(xué)規(guī)律列出方程。

3.注意挖掘題H中的隱含條件，如幾何關(guān)系、體積關(guān)系等，列出輔助方程。

4.多個方程聯(lián)立求解。對求解的結(jié)果注意分析它們的合理性。

三、處理管類問題的思路

解答此類問題，關(guān)鍵是液柱封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算，求液柱封閉的氣體壓強(qiáng)時，?般以液柱為研究對象分析

受力、列平衡方程，要注意：

1.液體因重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)大小為〃=〃g〃（其中h為至液面的豎直高度）；

2.不要漏掉大氣壓強(qiáng)，同時又要盡可能平衡掉某些大氣的壓力：

3.有時可直接應(yīng)用連通器原理連通器內(nèi)靜止的液體，同種液體在同一水平面上各處壓強(qiáng)相等；

4.當(dāng)液體為水銀時，可靈活應(yīng)用壓強(qiáng)單位“cmHg”等，使計(jì)算過程簡捷。

四、處理變質(zhì)量類問題的思路

分析氣體的變質(zhì)量問題時，可以通過巧妙地選擇合適的研究對象“化變?yōu)槎ā保窗选白冑|(zhì)量''問題轉(zhuǎn)化為

“定質(zhì)量”的氣體問題，然后利用氣體實(shí)驗(yàn)定律或理想氣體狀態(tài)方程求解。

1.充氣問題：在充氣時,將充進(jìn)容器內(nèi)的氣體和容器內(nèi)的原有氣體為研究對象時，這些氣體的質(zhì)量?是不變的。

這樣，可將“變質(zhì)量”的問題轉(zhuǎn)化成“定質(zhì)量''問題。

2.抽氣問題：在對容器抽氣的過程中，對每一次抽氣而言，氣體質(zhì)量發(fā)生變化，解決該類變質(zhì)量問題的方法

與充氣問題類似：假設(shè)把每次抽出的氣體包含在氣體變化的始末狀態(tài)中，即用等效法把“變質(zhì)量”問題轉(zhuǎn)化為

“定質(zhì)量”的問題。

3.灌氣問題：將一個大容器里的氣體分裝到多個小容器中的問題也是變質(zhì)量問題，分析這類問題時，可以把

大容器中的氣體和多個小容器中的氣體作為一個整體來進(jìn)行研究，即可將"變質(zhì)量''問題轉(zhuǎn)化為“定質(zhì)量”問題。

4.漏氣問題：容器漏氣過程中氣體的質(zhì)量不斷發(fā)生變化，屬于變質(zhì)量問題，如果選容器內(nèi)剩余氣體和漏掉的

氣體為研究對象，便可使“變質(zhì)量”轉(zhuǎn)化成“定質(zhì)量”問題。

5.也可以利用pV=nRT來處理有關(guān)變質(zhì)量問題。

真題研析

7.（2024?海南?高考真題）用鋁制易拉罐制作溫度計(jì)，一透明薄吸管里有一段油柱（長度不計(jì)）粗細(xì)均勻,

吸管與罐密封性良好，罐內(nèi)氣體可視為理想氣體，已知罐體積為330cm3,薄吸管底面積0.5cm2,罐外吸管

總長度為20cm,當(dāng)溫度為27c時，油柱離罐口10cm,不考慮大氣壓強(qiáng)變化，下列說法正確的是（）

』20cm

10cm

A.若在吸管上標(biāo)注等差溫度值，則刻度左密右疏

B.該裝置所測溫度不高于315℃

C.該裝置所測溫度不低于235c

D.其他條件不變，緩慢把吸管拉出來一點(diǎn)，則油柱離罐口距離增大

【答案】B

【詳解】A.由蓋一呂薩克定律得￡=*其中%=%+S1i=335cm3,Ti=273+27(K)=300K,匕=%+

Sh=330+0.5x（cm3）代入解得T=+駕依）根據(jù)7=t+273K可知”^-x+粵其）故若在吸管上

67676767

標(biāo)注等差溫度值，則刻度均勻，故A錯誤；

BC.當(dāng)x=20crm時，該裝置所測的溫度最高，代入解得IH山ic”lX=31.5。（：故該裝置所測溫度不高于31.5久，當(dāng)

x=0W，該裝置所測的溫度最低，代入解得tmm=22.5久故該裝置所測溫度不低于22.5久，故B正確，C

錯誤；

D.其他條件不變，緩慢把吸管拉出來一點(diǎn)，由蓋一呂薩克定律可知，油柱離罐口距而不變，放D錯誤。

故選B。

【技巧點(diǎn)撥】

（1）該變化是一個等壓變化，利用蓋呂薩克定律寫出T和x的關(guān)系：

（2）找出溫度最高和最低x對應(yīng)的長度。

8.（2024?甘肅?高考真題）如圖，剛性容器內(nèi)壁光滑、盛有一定量的氣體，被隔板分成A、8兩部分，隔板

與容器右側(cè)用一根輕質(zhì)彈簧相連1忽略隔板厚度和彈簧體積）。容器橫截面積為S、長為2/。開始時系統(tǒng)處

于平衡態(tài)，A、8體積均為S/,壓強(qiáng)均為po,彈簧為原長。現(xiàn)將8中氣體抽出一半，8的體積變?yōu)樵瓉淼牟?/p>

整個過程系統(tǒng)溫度保持不變，氣體視為理想氣體.求：

（D抽氣之后從“的壓強(qiáng)PQPB，

（2）彈簧的勁度系數(shù)匕

【答案】（1）PA=/o,PB=：Po；（2）*=喏

【詳解】（1）設(shè)抽氣前兩體積為b=S3對氣體A分析：抽氣后巳=2V-\v=根據(jù)玻意耳定律得p（）V=

44

2/1：/解得弘=：20對氣體8分析，若體積不變的情況下抽去一半的氣體，則壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼囊话爰?po，

則根據(jù)玻意耳定律得JPo,=PB"解得PB=；p

4b*T?5o

（2）由題意可知，彈簧的壓縮量為g對活塞受力分析有p.S=pBS+F根據(jù)胡克定律得尸=kJ聯(lián)立得k=鬻

【技巧點(diǎn)撥】

（1）對兩部分氣體分別列玻意耳定律方程；

（2）對活塞列平衡方程，求彈簧勁度系數(shù)。

;命題預(yù)測

考向一有關(guān)理想氣體的氣缸類問題

9.（2024.廣東?高考真題）差壓閥可控制氣體進(jìn)行單向流動，廣泛應(yīng)用于減震系統(tǒng)。如圖所示，A、B兩個

導(dǎo)熱良好的氣缸通過差壓閥連接，A內(nèi)輕質(zhì)活塞的上方與大氣連通，B內(nèi)氣體體積不變。當(dāng)A內(nèi)氣體壓強(qiáng)

減去B內(nèi)氣體壓強(qiáng)大于Ap時差壓閥打開，A內(nèi)氣體緩慢進(jìn)入B中；當(dāng)該差值小于或等于Ap時差壓閥關(guān)閉。

當(dāng)環(huán)境溫度Ti=300K時，A內(nèi)氣體體積以1=4.0x10-2m3,B內(nèi)氣體壓強(qiáng)PBI等于大氣壓強(qiáng)p0,已知活塞的

5

橫截面積S=O.lOm?,Ap=0.1lp0,po=l.OX10Pa,重力加速度大小取g=lOm/s2,A、B內(nèi)的氣體可

視為理想氣體，忽略活塞與氣缸間的摩擦、差壓閥與連接管內(nèi)的氣體體積不計(jì)。當(dāng)環(huán)境溫度降到％=270K

時：

（1）求B內(nèi)氣體壓強(qiáng)PBZ；

（2）求A內(nèi)氣體體積以2；

（3）在活塞上緩慢倒入鐵砂，若B內(nèi)氣體壓強(qiáng)回到po并保持不變，求已倒入鐵砂的質(zhì)量m。

活塞

A汽缸------

差壓閥B汽缸

_________

【答案】（1）0.9xl05pa；（2）3.6x10-2m3；（3）110kg

【詳解】（1、2）假設(shè)溫度降低到七時，差壓閥沒有打開，A、B兩個氣缸導(dǎo)熱良好，B內(nèi)氣體做等容變化，

初態(tài)PBI=Po，A=300K末態(tài)0=270K根據(jù)等=等代入數(shù)據(jù)可得PB2=0.9x105Pa,A內(nèi)氣體做等壓變化，

壓強(qiáng)保持不變，初態(tài)以1=4.0x10-2m3,71=300K末態(tài)b=270K根據(jù)等=華代入數(shù)據(jù)可得以2=3.6x

Z112

10-2m3由于Po_PB2<Ap假設(shè)成立，即PB2=0.9x105Pa

（3）恰好穩(wěn)定時，A內(nèi)氣體壓強(qiáng)為P'A=PO+詈B內(nèi)氣體壓強(qiáng)P'B=P。此時差壓閥恰好關(guān)閉，所以有P'A-

P,B=Ap代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得m=110kg

10.（2024?寧夏四川?高考真題）如圖，一豎直放置的汽缸內(nèi)密封有一定量的氣體，一不計(jì)厚度的輕質(zhì)活塞

可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動，移動范圍被限制在卡銷4、。之間，力與汽缸底部的距離應(yīng)=10誣，活塞的面積為

1.0x10-2m2。初始時，活塞在卡銷。處，汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)、溫度與活塞外大氣的壓強(qiáng)、溫度相同，分別

為1.0x105pa和300K。在活塞上施加豎直向下的外力，逐漸增大外力使活塞緩慢到達(dá)卡銷》處（過程中氣

體溫度視為不變），外力增加到200N并保持不變。

（1）求外力增加到200N時,卡銷b對活塞支持力的大小;

（2）再將汽缸內(nèi)氣體加熱使氣體溫度緩慢升高，求當(dāng)活塞剛好能離開卡銷〃時氣體的溫度。

hnc

【答案】（1）100N；（2）327K

【詳解】（1）活塞從位置a到匕過程中，氣體做等溫變化，初態(tài)pi=1.0x105Pa.匕=S?11瓦末態(tài)p?=?、

%二S?10萬根據(jù)pi%=pz/解得P2=1.1x105pa此時對活塞根據(jù)平衡條件r+P1S=p2S+N解得卡銷b

對活塞支持力的大小N=100N

（2）將汽缸內(nèi)氣體加熱使氣體溫度緩慢升高，當(dāng)活塞剛好能離開卡銷力時，氣體做等容變化，初態(tài)P2=1.1x

105Pa,T=300K末態(tài)，對活塞根據(jù)平衡條件p3s=F+p〔S解得心=1.2xl（）5pa設(shè)此時溫度為北，根據(jù)g=

2l2

”解得7=327K

T3

考向二有關(guān)理想氣體的管類問題

11.（2023?河北?高考真題）如圖，某實(shí)驗(yàn)小組為測量一個葫蘆的容積，在葫蘆開口處豎直插入一根兩端開

口、內(nèi)部橫截面枳為O.lcm?的均勻透明長塑料管，密封好接口，用氮?dú)馀趴諆?nèi)部氣體，并用一小段水柱封

閉氮?dú)?。外界溫度?00K時，氣柱長度，為10cm；當(dāng)外界溫度緩慢升品到31UK時，氣柱長度變?yōu)?0cm。已

知外界大氣壓恒為1.0x105pa,水柱長度不計(jì)。

（1）求溫度變化過程中氮?dú)鈱ν饨缱龅墓Γ?/p>

（2）求葫蘆的容積；

（3）試估算被封閉氮?dú)夥肿拥膫€數(shù)（保留2位有效數(shù)字）。已知lmol氮?dú)庠?.0xl05pa、273K狀態(tài)下的

體積約為22.4L,阿伏伽德羅常數(shù)以取6.0x1023moL。

【答案】（1）0.41；（2）119cm3；（3）2.9x1021

【詳解】（1）由于水柱的長度不計(jì)，故封閉氣體的壓強(qiáng)始終等于大氣壓強(qiáng)。設(shè)大氣壓強(qiáng)為po,塑料管的橫

截面積為S,初、末態(tài)氣柱的長度分別為4、12,氣體對外做的功為Wc根據(jù)功的定義有卬=口。5（，2-1］）解

得W=0.4J

（2）設(shè)葫蘆的容積為V,封閉氣體的初、末態(tài)溫度分別為7\、72,體積分別為匕、/，根據(jù)蓋一呂薩克定律

有關(guān)=合，/=V+Sk%=V+S/2聯(lián)立以上各式并代入題給數(shù)據(jù)得V=119cm3

（3）設(shè)在1.0xl05pa、273K狀態(tài)下，lmol氮?dú)獾捏w積為力、溫度為"，封閉氣體的體積為匕，被封閉氮?dú)?/p>

的分子個數(shù)為幾。根據(jù)蓋一呂薩克定律有空=詈其中n=占M我立以上各式并代入題給數(shù)據(jù)得〃=2.9x

zizo%

IO?1個

12.（2025?陜西寶雞?一模）如圖所示，均勻薄壁U形玻璃管，左管上端封閉，右管上端開口且足夠長，管

內(nèi)裝有一定鼠的某種液體。右管內(nèi)有一輕活塞，與管壁間無摩擦且不漏氣?；钊c管內(nèi)液體在左、右管內(nèi)

密封了兩段空氣柱（可視為理想勺體）。當(dāng)溫度為7b時，左、右管內(nèi)液面等高，兩管內(nèi)空氣柱長度均為乙

已知大氣壓強(qiáng)為P。，玻璃管橫截面積為S,不計(jì)輕活塞重力。現(xiàn)洛左右兩管理想氣體緩慢升高相同的溫度，

使兩管液面高度差為L,左管壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?.2倍。求：

L

⑴理想氣體溫度升高到多少時兩管液面高度差為L?

⑵溫度升高過程中，右管內(nèi)的輕活塞上升的距離為多少？

【答案】⑴7M.87^2）1.3L

【洋解】（1）當(dāng)兩管液面高度差為L時左管液柱下降△工,右管液柱上升△工,設(shè)此時溫度為/則有：

2Ax=L解得=鄉(xiāng)寸左管封閉氣體，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有竽=坦哈堊聯(lián)立以上式解得T=\^T0

（2）升溫過程中，右管封閉氣體R強(qiáng)不變，設(shè)末狀態(tài)時右管中封閉氣體長度為//,則有*=多解得Z/=1.8L

ZOT

活塞上升的高度=（r+Ax）-L=1.3L

考向三有關(guān)理想氣體的變質(zhì)量類問題

13.（2024.廣東.模擬預(yù)測）如圖，豎直放置的內(nèi)壁光滑且導(dǎo)熱良好的圓柱體儲氣罐上、下封閉，上面帶有

一單向的限壓閥，儲氣罐的高為從橫截面積為S,距離底部:H的地方有一圈卡槽，卡槽上放有一質(zhì)量m=皿

的活塞將罐內(nèi)空間分為上、下兩部分，當(dāng)上部分氣體的壓強(qiáng)大于4Po時，頂部的限壓閥就會被頂開，金屬孔

蓋與外部預(yù)警電路（圖中未畫出）連通發(fā)出預(yù)警，當(dāng)上部分氣體壓強(qiáng)小于等于4Po時，頂部的孔蓋就會自動

復(fù)原。開始時活塞下部分是真空的，上部分氣體壓強(qiáng)與外界一樣均為Po,環(huán)境的熱力學(xué)溫度始終為To?，F(xiàn)在

往儲氣罐的下部分充入外界氣體，活塞恰好沒動，氣體視為理想氣體，儲氣罐密封良好，重力加速度g取

2

10m/so

⑴求此時儲氣罐下部分的氣體壓強(qiáng)；

（2）若繼續(xù)往儲氣罐下部分充入相同氣體，預(yù)警器恰好未報(bào)警，求穩(wěn)定時活塞上移的距離;

（3）在第（2）問的條件下，求第二次充入氣體的質(zhì)量與第一次充入氣體的質(zhì)量之比。

【答案】（l）2p0（2琮”（3篇

【詳解】（1）活塞恰好沒動時，卡槽對活塞的作用力為0,設(shè)三部分氣體的壓強(qiáng)為小，對活塞進(jìn)行受力分

析，有Pi=Po+詈解得Pi=2Po

（2）預(yù)警器恰好未報(bào)警時，上部分氣體壓強(qiáng)為4po,設(shè)此時活塞電儲氣罐頂端的高度為卬，對上部分氣體，

由玻意耳定律有Po《US=4poH'S解得H'=2H即活塞上移AH=

8/uo

（3）下部分氣體的壓強(qiáng)P2=4p0+?=5Po穩(wěn)定時下部分氣體的體積V=算HS設(shè)第二次充入氣體的體積為

,

礦匕對下部分氣體有2口（）4月5-901/=5口（）1/解得，=黑”5同理可得，第一次充入的氣體體積匕=2?

"HS=則第二次充入氣體的質(zhì)量與第一次充入氣體的質(zhì)量之比也=3:

55THiV\32

14.（2024.陜西西安?三模）胎壓指的是輪胎內(nèi)部空氣的壓強(qiáng)，胎壓的高低對汽車的性能和動力有著至關(guān)重

要的作用，過高和過低都會縮短輪胎的使用壽命。絕大多數(shù)小轎車的輪胎胎壓在230?250kPa之間為正常范

國。已知輪胎內(nèi)原有空氣的壓強(qiáng)為p=240kPa,胎內(nèi)空氣溫度片27℃,體積為V=20L。由于長時間行駛，胎

內(nèi)空氣溫度。=77C,胎內(nèi)空氣體積變成匕=21L。胎內(nèi)氣體均可視為理想氣體。

（1）通過計(jì)算說明此時胎壓是否正常？

（2）若胎壓不正常，則需要放出部分空氣，已知放出氣體后胎壓為〃2=250kPa,胎內(nèi)空氣溫度為介=57。，

胎內(nèi)空氣體積變成S=20.5L,求放出氣體的質(zhì)量與胎內(nèi)原來氣體質(zhì)量的比值。（保留小數(shù)點(diǎn)后兩位）

【答案】（1）不止常；（2）0.03

【詳解】（I）根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有編=用，解得pi=266.7kPa>250kPa說明此時胎壓不正常;

（2）根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有鼻=上鼻+竽放出氣體的質(zhì)量與?胎內(nèi)原來氣體質(zhì)量的比值為吱=

ti+273七+273T3m

P3V3

=0.03。

tl+273

題型三熱力學(xué)定律與氣體狀態(tài)變化的綜合

核心精講

一、理想氣體的常見圖像

I.一定質(zhì)量的氣體不同圖像的比較

類別特點(diǎn)(其中。為常量)舉例

p-VpV=CT,即〃V之積越大的等溫線溫度越高，線離原點(diǎn)越遠(yuǎn)

O、V

72>71

P戶■

1

p=C7p,斜率k=CT,即斜率越大，溫度越高

P-VO1

V

T2>TI

P，至

斜率女=$即斜率越大，體積越小

P-T

0

V/Pi

仁，斜率電，即斜率越大，壓強(qiáng)越小

V-T

0P2Vpi*

［注意］上表中各個常量“。意義有所不同。可以根據(jù)確定各個常量的意義。

2.氣體狀態(tài)變化圖像的分析方法

(1)明確點(diǎn)、線的物理意義：求解氣體狀態(tài)變化的圖像問題，應(yīng)當(dāng)明確圖像上的點(diǎn)表示一定質(zhì)量的理想氣體

的一個平衡狀態(tài)，它對應(yīng)著三個狀態(tài)參量；圖像上的某一條直線段或曲線段表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)

變化的一個過程。

(2)明確圖像斜率的物理意義：在V-T圖像圖像)中，比較兩個狀態(tài)的壓龍(或體積)大小，可以比較這兩

個狀態(tài)到原點(diǎn)連線的斜率的大小，其規(guī)律是：斜率越大，壓強(qiáng)(或體枳)越??；斜率越小，壓強(qiáng)(或體積)越大。

(3)明確圖像面積物理意義:在p-V組像中,p-V圖線與V軸所圍面積表示氣體對外界或外界對氣體所做的功。

二、熱力學(xué)定律

1.對熱力學(xué)第一定律的理解

(1)做功和熱傳遞在改變系統(tǒng)內(nèi)能上是等效的。

(2)做功過程是系統(tǒng)與外界之間的其他形式能量與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化。

(3)然傳遞過程是系統(tǒng)與外界之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。

2.熱力學(xué)第一定律的三種特殊情況

(I)若過程是絕熱的，則Q=0,W=AU,外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。

(2)若過程中不做功，則W=0,Q=NU,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。

(3)若過程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，則W+Q=O,即物體吸收的熱量全部用來對?外做功，或外界對物

體做的功等于物體放出的熱量。

3.公式AU=W+Q中符號法則的理解

物理量WQ

+外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加

—物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少

3.熱力學(xué)第二定律的含義

(1廣自發(fā)地''指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。

(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的

影響，如吸熱、放熱、做功等。在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣體的等溫膨脹

過程。

真題研析］

15.(2024?山東?高考真題)一定質(zhì)量理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程，。一。過程是等壓過程，5-C過程

中氣體與外界無熱量交換，CT。過程是等溫過程。下列說法正確的是()

A.。一〃過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功

B.c過程，氣體對外做功，內(nèi)能增加

C.a-A-C過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功

D.。一〃過程，氣體從外界吸收的熱量等于CT。過程放出的熱量

【答案】C

【詳解】A.。一〃過程壓強(qiáng)不變，是等壓變化且體積增大，氣體對外做功WV0,由蓋-呂薩克定律可知

Tb>Ta

即內(nèi)能增大，AUab>0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律AU=Q+小可知a-b過程，氣體從外界吸收的熱量一部分

用于對外做功，另一部分用于增加內(nèi)能，A錯誤;

B.方法一：8->c過程中氣體與外界無熱量交換，即、加=0又由氣體體積增大可知叫c<。，由熱力學(xué)第

一定律AU=Q+W可知?dú)怏w內(nèi)能減少。

方法二：CTa過程為等溫過程，所以「二7；結(jié)合7；>7；分析可知%>及所以〃到。過程氣體的內(nèi)能減少。

故B錯誤；

C.cta過程為等溫過程，可知支=TaAUac=0根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知atbtc過程，氣體從外界吸收

的熱量全部用于對外做功，C正確；

D.根據(jù)熱力學(xué)第一定律結(jié)合.上述解析可知：?！?-><：1。一整個熱力學(xué)循環(huán)過程4〃=0,整個過程氣體

對外做功，因此熱力學(xué)第一定律可得AU=Qab-Qca-W=0故a->b過程氣體從外界吸收的熱量Q。》不等

于CTQ過程放出的熱量一Qca，D錯誤。故選C。

【技巧點(diǎn)撥】

(1)明確每個過程是何種變化，該過程中溫度、體積和壓強(qiáng)如何變化；

(2)利用熱力學(xué)第一定律判斷功、能、熱量的變化。

16.(2024?重慶?高考真題)某救生手環(huán)主要由高壓氣罐密閉。氣囊內(nèi)視為理想氣體。密閉氣囊與人一起上

浮的過程中。若氣囊內(nèi)氣體溫度不變，體積增大，則()

A.外界對氣囊內(nèi)氣體做正功B.氣囊內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大

C.氣囊內(nèi)氣體內(nèi)能增大D.氣囊內(nèi)氣體從外界吸熱

【答案】D

【詳解】AB.氣囊上浮過程，密閉氣體溫度不變，由玻意耳定律可知，體積變大，則壓強(qiáng)變小，氣

體對外做功，故AB錯誤：

CD.氣體溫度不變，內(nèi)能不變，氣體對外做功，WV0,由熱力學(xué)第一定律AU=Q+W則Q>0,需要從外

界吸熱，故C錯誤，D正確。故選D。

【技巧點(diǎn)撥】

(I)根據(jù)玻意耳定律明確體積、壓強(qiáng)的變化；

(2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律判斷功、能、熱量的變化。

命題預(yù)測

考向一熱力學(xué)定律和圖像相結(jié)合的問題

17.(2024?海南?高考真題)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)。開始經(jīng)他、兒?、或三個過程回到原狀態(tài)，已知

H垂直于丁軸，兒延長線過。點(diǎn)，下列說法正確的是()

V

A.慶過程外界對氣體做功B.m過程氣體壓強(qiáng)不變

C.岫過程氣體放出熱量D.C4過程氣體內(nèi)能減小

【答案】AC

【詳解】A.由理想氣體狀態(tài)方程與=6?化簡可得由圖像可知，圖像的斜率越大，壓強(qiáng)越小，故〃“

過程為等壓變化，體積減小，外界對氣體做功，故A正確；

B.由理想氣體狀態(tài)方程界=?；喛傻肰=由圖像可知，圖像的斜率越大，壓強(qiáng)越小，故％<Pb=PcS

過程氣體壓強(qiáng)減小，故B錯誤；

C.必過程為等溫變化，內(nèi)能不變，故△（/=（）根據(jù)玻意耳定律可知，體積減小，壓強(qiáng)增大，外界對氣體做

功，故W>0根據(jù)熱力學(xué)第一定律AU=Q+W解得QV0A5過程氣體放出熱量，故C正確；

D.M過程，溫度升高，內(nèi)能增大，故D錯誤。故選C。

18.（2024.新疆河南.高考真題）如圖，一定量理想氣體的循環(huán)由下面4個過程組成：1-2為絕熱過程（過

程中氣體不與外界交換熱量），2T3為等壓過程，3-4為絕熱過程，4-1為等容過程。上述四個過程是四

沖程柴油機(jī)工作循環(huán)的主要過程。下列說法正確的是（）

A.1—2過程中，氣體內(nèi)能增加B.2T3過程中，氣體向外放熱

C.3T4過程中