2019-2023年物理高考真题分类练--专题十五 热 学（有解析）
文档属性
| 名称 | 2019-2023年物理高考真题分类练--专题十五 热 学（有解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-04-27 13:01:14 | ||
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文档简介
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2019-2023年物理高考真题分类
专题十五 热 学
题组一
一、选择题
1. [2023辽宁，4分]“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 图像如图所示.该过程对应的 图像可能是( )
A. B.
C. D.
2. [2022江苏，4分]自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是( )
A. 体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变
B. 压强增大是因为氢气分子之间斥力增大
C. 因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体
D. 温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化
3. [2022上海，3分]将一个乒乓球浸没在水中，当水温升高时，球内气体( )
A. 分子热运动平均动能变小，压强变小
B. 分子热运动平均动能变小，压强变大
C. 分子热运动平均动能变大，压强变小
D. 分子热运动平均动能变大，压强变大
4. [2020江苏，4分,多选]玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体.下列关于玻璃的说法正确的有( )
A. 没有固定的熔点 B. 天然具有规则的几何形状
C. 沿不同方向的导热性能相同 D. 分子在空间上周期性排列
二、非选择题
5. [2021河北，4分]两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸 、 ,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 中细沙的质量大于 中细沙的质量，重新平衡后，汽缸 内气体的内能 （填“大于”“小于”或“等于”）汽缸 内气体的内能.图2为重新平衡后 、 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 中气体分子的速率分布规律.
图1
图2
6. [2020江苏，4分]一瓶酒精用了一些后，把瓶盖拧紧，不久瓶内液面上方形成了酒精的饱和汽，此时 （选填“有”或“没有”）酒精分子从液面飞出，当温度升高时，瓶中酒精饱和汽的密度 （选填“增大”“减小”或“不变”）.
7. （2019全国Ⅲ，5分）用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是 .
实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以 .
为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是 .
8. [2023海南，10分]如图所示，某饮料瓶内密封一定质量的理想气体， 时，压强 ，则
（1） 时，气压是多大？
（2）保持温度不变，挤压气体，使之压强与（1）相同时，气体体积变为原来的多少倍？
9. [2021广东，6分]为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示.某种药瓶的容积为 ,内装有 的药液，瓶内气体压强为 .护士把注射器内横截面积为 、长度为 、压强为 的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强.
10. [2020全国Ⅱ，10分]潜水钟是一种水下救生设备，它是一个底部开口、上部封闭的容器，外形与钟相似.潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气，以满足潜水员水下避险的需要.为计算方便，将潜水钟简化为截面积为 、高度为 、开口向下的圆筒；工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为 的水下，如图所示.已知水的密度为 ,重力加速度大小为 ,大气压强为 , ,忽略温度的变化和水密度随深度的变化.
（ⅰ）求进入圆筒内水的高度 ；
（ⅱ）保持 不变，压入空气使筒内的水全部排出，求压入的空气在其压强为 时的体积.
题组二
一、选择题
1. [2023浙江6月选考，6分，多选]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. 液体的表面张力方向总是跟液面相切
C. 在不同的惯性参考系中,物理规律的形式是不同的
D. 当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
2. [2022重庆，4分]2022年5月15日，我国自主研发的极目一号Ⅲ型浮空艇创造了海拔9 032米的大气科学观测世界纪录.若浮空艇在某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇内气体（视为理想气体）( )
A. 吸收热量 B. 压强增大 C. 内能减小 D. 对外做负功
3. [2022江苏，4分]如图所示，一定质量的理想气体分别经历 和 两个过程，其中 为等温过程，状态 、 的体积相同.则( )
A. 状态 的内能大于状态 B. 状态 的温度高于状态
C. 过程中气体吸收热量 D. 过程中外界对气体做正功
4. [2021山东，3分]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
5. （2020全国Ⅱ，5分）下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有 ，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有 .
A. 汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B. 冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低
C. 某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响
D. 冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
二、非选择题
6. [2022上海，4分]在描述气体状态的参量中， 是气体分子空间所能达到的范围.压强从微观角度来说，是 的宏观体现.
7. [2021全国甲，5分]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 图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示， 和 分别为两直线与纵轴交点的纵坐标； 是它们的延长线与横轴交点的横坐标， ； 为直线Ⅰ上的一点.由图可知，气体在状态 和 的压强之比 ;气体在状态 和 的压强之比 .
8. [2023全国乙，10分]如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为 的 、 两段细管组成， 管的内径是 管的2倍， 管在上方.管内空气被一段水银柱隔开，水银柱在两管中的长度均为 .现将玻璃管倒置使 管在上方，平衡后， 管内的空气柱长度改变 .求 管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强.（气体温度保持不变，以 为压强单位）
9. [2022全国甲，10分]如图，容积均为 、缸壁可导热的 、 两汽缸放置在压强为 、温度为 的环境中;两汽缸的底部通过细管连通, 汽缸的顶部通过开口 与外界相通;汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为 和 .环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦.
（ⅰ）将环境温度缓慢升高，求 汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度;
（ⅱ）将环境温度缓慢改变至 ，然后用气泵从开口 向汽缸内缓慢注入气体，求 汽缸中的活塞到达汽缸底部后， 汽缸内第Ⅳ部分气体的压强.
题组三
一、选择题
1. [2023海南，3分]如图为两分子靠近过程中的示意图， 为分子间平衡距离，下列关于分子力和分子势能的说法正确的是( )
A. 分子间距离大于 时，分子间表现为斥力
B. 分子从无限远靠近到距离 处的过程中分子势能变大
C. 分子势能在 处最小
D. 分子间距离在小于 且减小时，分子势能在减小
2. [2022辽宁，4分]一定质量的理想气体从状态 变化到状态 ，其体积 和热力学温度 的关系图像如图所示，此过程中该系统( )
A. 对外界做正功 B. 压强保持不变 C. 向外界放热 D. 内能减少
3. [2022北京，3分]如图所示，一定质量的理想气体从状态 开始，沿图示路径先后到达状
态 和 .下列说法正确的是( )
A. 从 到 ，气体温度保持不变 B. 从 到 ，气体对外界做功
C. 从 到 ，气体内能减小 D. 从 到 ，气体从外界吸热
4. [2022山东，3分]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 过程中，缸内气体( )
A. 内能增加，外界对气体做正功
B. 内能减小，所有分子热运动速率都减小
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
5. [2021北京，3分]比较 的热水和 的水蒸气，下列说法正确的是( )
A. 热水分子的平均动能比水蒸气的大
B. 热水的内能比相同质量的水蒸气的小
C. 热水分子的速率都比水蒸气的小
D. 热水分子的热运动比水蒸气的剧烈
二、非选择题
6. [2021广东，6分]在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧.下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同.由此可判断，高空客舱内的气体压强 （选填 “大于” “小于” 或“等于”）机场地面大气压强；从高空客舱到机场地面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能 （选填“变大”“变小”或“不变”）.
7. [2023湖南，10分]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 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， 打开， 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， 闭合， 打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从 排出，完成一次抽气过程.已知助力气室容积为 ，初始压强等于外部大气压强 ，助力活塞横截面积为 ,抽气气室的容积为 .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 ;
（2）第 次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小 .
8. [2022重庆，8分]某同学探究一封闭汽缸内理想气体的状态变化特性，得到压强 随温度 的变化如图所示.已知图线Ⅰ描述的是体积为 的等容过程，当温度为 时气体的压强为 ；图线Ⅱ描述的是压强为 的等压过程.取 为 ，求：
①等容过程中，温度为 时气体的压强；
②等压过程中，温度为 时气体的体积.
9. [2021湖南，8分]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 、截面积 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 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 的铁块，并将铁块放置到电子天平上.当电子天平示数为 时，测得环境温度 .设外界大气压强 ,重力加速度 .
（ⅰ）当电子天平示数为 时，环境温度 为多少
（ⅱ）该装置可测量的最高环境温度 为多少？
题组四
一、选择题
1. [2023江苏，4分]如图所示,密闭容器内一定质量的理想气体由状态 变化到状态 .该过程中( )
A. 气体分子的数密度增大
B. 气体分子的平均动能增大
C. 单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D. 单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
2. [2022上海，4分]如图所示，两根粗细相同的玻璃管下端用橡皮管相连，左管内封有一段长 的气柱，右管开口，左管内水银面比右管内水银面高 ,大气压强为 ,现移动右侧玻璃管，使两侧管内水银面相平，此时左管内气柱的长度为( )
A. B. C. D.
3. [2022湖北，4分]一定质量的理想气体由状态 变为状态 ，其过程如 图中 直线段所示，状态 对应该线段的中点.下列说法正确的是 ( )
A. 是等温过程 B. 过程中气体吸热
C. 过程中状态 的温度最低 D. 过程中外界对气体做正功
4. [2020天津，5分]水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图.从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口.扣动扳机将阀门 打开，水即从枪口喷出.若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )
A. 压强变大 B. 对外界做功
C. 对外界放热 D. 分子平均动能变大
二、非选择题
5. （2020全国Ⅰ，5分）分子间作用力 与分子间距 的关系如图所示， 时， .分子间势能由 决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零.若一分子固定于原点 ，另一分子从距 点很远处向 点运动，在两分子间距减小到 的过程中，势能 （填“减小”“不变”或“增大”）；在间距由 减小到 的过程中，势能 （填“减小”“不变”或“增大”）；在间距等于 处，势能 （填“大于”“等于”或“小于”）零.
6. [2023浙江6月选考，8分]如图所示,导热良好的固定直立圆筒内用面积 、质量 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 的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态 ,其体积 .缓慢推动活塞使气体达到状态 ，此时体积 .固定活塞，升高热源温度,气体达到状态 ，此时压强 .已知从状态 到状态 ，气体从外界吸收热量 ;从状态 到状态 ,气体内能增加 ;大气压 .
（1）气体从状态 到状态 ，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 的温度 ;
（3）求气体从状态 到状态 过程中外界对系统做的功 .
7. [2022河北，8分]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,“ ”形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 .活塞面积为 ,隔板两侧气体体积均为 ,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）“ ”形连杆活塞的质量（重力加速度大小为 .
8. [2021全国甲，10分]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 、 两部分；初始时， 、 的体积均为 ，压强均等于大气压 .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 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，使 的体积减小为 .
（ⅰ）求 的体积和 的压强；
（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时 的体积和 的压强.
题组五
一、选择题
1. （2023新课标理综，6分，多选）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为 、 、 三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦.初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等.现通过电阻丝对 中的气体缓慢加热,停止加热并达到稳定后( )
A. 中的气体内能增加 B. 与 中的气体温度相等
C. 与 中的气体温度相等 D. 与 中的气体压强相等
2. [2020山东，3分]一定质量的理想气体从状态 开始，经 、 、 三个过程后回到初始状态 ，其 图像如图所示.已知三个状态的坐标分别为 、 、 .以下判断正确的是( )
A. 气体在 过程中对外界做的功小于在 过程中对外界做的功
B. 气体在 过程中从外界吸收的热量大于在 过程中从外界吸收的热量
C. 在 过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量
D. 气体在 过程中内能的减少量大于 过程中内能的增加量
二、非选择题
3. [2022河北，4分]如图,绝热密闭容器中装有一定质量的某种理想气体和一个充有同种气体的气球.容器内温度处处相同.气球内部压强大于外部压强.气球慢慢漏气后,容器中气球外部气体的压强将 （填“增大”“减小”或“不变”）;温度将 （填“升高”“降低”或“不变”）.
4. [2023全国甲，10分]一高压舱内气体的压强为1.2个大气压,温度为 ,密度为 .
（ⅰ）升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至 时舱内气体的密度;
（ⅱ）保持温度 不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求此时舱内气体的密度.
5. [2021河北，8分]某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气,温度为 时,压强为 .
（ⅰ）当夹层中空气的温度升至 ,求此时夹层中空气的压强;
（ⅱ）当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值，设环境温度为 ，大气压强为 .
6. [2020山东，7分]中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病.常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门.使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上.抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强.某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为 ，最终降到 ，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的 .若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的 ，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同.罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化.求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值.
专题十五 热 学
题组一
一、选择题
1. [2023辽宁，4分]“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 图像如图所示.该过程对应的 图像可能是( B )
A. B.
C. D.
[解析]
2. [2022江苏，4分]自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是( D )
A. 体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变
B. 压强增大是因为氢气分子之间斥力增大
C. 因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体
D. 温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化
[解析] 密闭容器中的氢气分子个数不变，当体积增大时，单位体积的分子个数减少，分子的密集程度变小， 错误；气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁持续地无规则撞击产生的，压强增大并不是因为分子间斥力增大， 错误；普通气体在温度不太低、压强不太大的情况下才能看成理想气体， 错误；温度是气体分子平均动能的标志，大量气体分子的速率呈现“中间多，两边少”的规律，温度变化时，大量分子的平均速率会变化，即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化， 正确.
3. [2022上海，3分]将一个乒乓球浸没在水中，当水温升高时，球内气体( D )
A. 分子热运动平均动能变小，压强变小
B. 分子热运动平均动能变小，压强变大
C. 分子热运动平均动能变大，压强变小
D. 分子热运动平均动能变大，压强变大
[解析] 当水温升高时，乒乓球内的气体温度升高，气体分子平均动能增大，对乒乓球内气体，体积不变，由查理定律可知，温度升高时，压强变大， 正确.
4. [2020江苏，4分,多选]玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体.下列关于玻璃的说法正确的有( AC )
A. 没有固定的熔点 B. 天然具有规则的几何形状
C. 沿不同方向的导热性能相同 D. 分子在空间上周期性排列
[解析] 玻璃是非晶体，没有固定的熔点，也没有规则的几何形状，具有各向同性的特点，其分子在空间上的排列也是杂乱无章的，故 、 正确， 、 错误.
二、非选择题
5. [2021河北，4分]两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸 、 ,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 中细沙的质量大于 中细沙的质量，重新平衡后，汽缸 内气体的内能大于（2分）（填“大于”“小于”或“等于”）汽缸 内气体的内能.图2为重新平衡后 、 汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线①（2分）（填图像中曲线标号） 表示汽缸 中气体分子的速率分布规律.
图1
图2
[解析] 由于汽缸 中细沙质量大于汽缸 中细沙质量，所以汽缸 中气体体积小于汽缸 中气体体积，外界对汽缸 中气体做功较多，而汽缸绝热，由热力学第一定律可知，汽缸 中气体内能大于汽缸 内气体的内能；理想气体忽略分子势能，故汽缸 内气体的温度高于汽缸 内气体的温度，故汽缸 中速率大的分子占总分子数的百分比较大，故曲线①表示汽缸 中气体分子的速率分布规律.
6. [2020江苏，4分]一瓶酒精用了一些后，把瓶盖拧紧，不久瓶内液面上方形成了酒精的饱和汽，此时有（2分）（选填“有”或“没有”）酒精分子从液面飞出，当温度升高时，瓶中酒精饱和汽的密度增大（2分）（选填“增大”“减小”或“不变”）.
[解析] 瓶内液面上方形成酒精的饱和汽时，酒精的汽化速度和液化速度相等，所以此时一定有酒精分子从液面飞出；随温度升高，液体分子的平均动能增大，单位时间内从液面飞出的分子数增多，故酒精饱和汽的密度会增大.
7. （2019全国Ⅲ，5分）用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜（1分）.
实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出 油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积（2分）.
为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是单分子层油膜的面积（2分）.
[解析] 由于分子直径非常小，极少量油酸所形成的单分子层油膜面积也会很大，因此实验前需要将油酸稀释，使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜.可以用累积法测量多滴溶液的体积后计算得到一滴溶液的体积.油酸分子直径等于油酸的体积与单分子层油膜的面积之比，即 ，故除测得油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积外，还需要测量单分子层油膜的面积.
8. [2023海南，10分]如图所示，某饮料瓶内密封一定质量的理想气体， 时，压强 ，则
（1） 时，气压是多大？
[答案] 由查理定律有 （3分）
代入数据解得 （2分）
（2）保持温度不变，挤压气体，使之压强与（1）相同时，气体体积变为原来的多少倍？
[答案] 由玻意耳定律有 （3分）
代入数据解得 （2分）
9. [2021广东，6分]为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示.某种药瓶的容积为 ,内装有 的药液，瓶内气体压强为 .护士把注射器内横截面积为 、长度为 、压强为 的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强.
[答案] 以瓶内已有空气和注射器内充入的气体总和为研究对象，根据玻意耳定律得 （3分）
代入数据解得 （3分）
10. [2020全国Ⅱ，10分]潜水钟是一种水下救生设备，它是一个底部开口、上部封闭的容器，外形与钟相似.潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气，以满足潜水员水下避险的需要.为计算方便，将潜水钟简化为截面积为 、高度为 、开口向下的圆筒；工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为 的水下，如图所示.已知水的密度为 ,重力加速度大小为 ,大气压强为 , ,忽略温度的变化和水密度随深度的变化.
（ⅰ）求进入圆筒内水的高度 ；
[答案] 设潜水钟在水面上方时和放入水下后筒内气体的体积分别为 和 ，放入水下后筒内气体的压强为 ,由玻意耳定律和题给条件有 ①（2分）
②（1分）
③（1分）
④（1分）
联立以上各式并考虑到 ,解得 ⑤（1分）
（ⅱ）保持 不变，压入空气使筒内的水全部排出，求压入的空气在其压强为 时的体积.
[答案] 设水全部排出后筒内气体的压强为 ,此时筒内气体的体积为 ,这些气体在其压强为 时的体积为 ,由玻意耳定律有
⑥（1分）
其中 ⑦（1分）
设需压入筒内的气体体积为 ,依题意 ⑧（1分）
联立②⑥⑦⑧式得 .（1分）
题组二
一、选择题
1. [2023浙江6月选考，6分，多选]下列说法正确的是( BD )
A. 热量能自发地从低温物体传到高温物体
B. 液体的表面张力方向总是跟液面相切
C. 在不同的惯性参考系中,物理规律的形式是不同的
D. 当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
[解析] 热量不能自发地从低温物体传到高温物体， 错；液体的表面张力总是沿液体表面，和液面相切， 对；在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是相同的， 错；根据多普勒效应可知，当波源与观察者相互接近时，观察者相等时间内接收到的频率变大，观察到的频率增加， 对.
2. [2022重庆，4分]2022年5月15日，我国自主研发的极目一号Ⅲ型浮空艇创造了海拔9 032米的大气科学观测世界纪录.若浮空艇在某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇内气体（视为理想气体）( C )
A. 吸收热量 B. 压强增大 C. 内能减小 D. 对外做负功
[解析]
3. [2022江苏，4分]如图所示，一定质量的理想气体分别经历 和 两个过程，其中 为等温过程，状态 、 的体积相同.则( C )
A. 状态 的内能大于状态 B. 状态 的温度高于状态
C. 过程中气体吸收热量 D. 过程中外界对气体做正功
[解析]
4. [2021山东，3分]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( B )
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
[解析] 由于越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小瓶上浮的过程中，小瓶内气体温度升高，内能增加， 项错误；在小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度逐渐升高，压强逐渐减小，根据理想气体状态方程 ，可知气体体积膨胀，对外界做正功， 项正确；小瓶上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根据热力学第一定律 得气体吸热，且吸收的热量大于增加的内能， 项错误.
5. （2020全国Ⅱ，5分）下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有 ，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有 .
A. 汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B. 冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低
C. 某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响
D. 冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
[解析] 汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律；冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低，违背了热力学第一定律；热机工作时吸收的热量不可能全部用来对外做功，而不产生其他影响，显然 选项遵循热力学第一定律，但违背了热力学第二定律；冰箱的制冷机工作时，从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律，综上所述，第一个空选 ，第二个空选 .
二、非选择题
6. [2022上海，4分]在描述气体状态的参量中，体积（2分）是气体分子空间所能达到的范围.压强从微观角度来说，是单位面积上气体分子平均撞击力（2分）的宏观体现.
[解析] 在描述气体状态的参量中，气体的体积是指气体分子所能够达到的空间范围.根据气体压强的微观含义，气体压强是单位面积上气体分子平均撞击力的宏观体现.
7. [2021全国甲，5分]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 图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示， 和 分别为两直线与纵轴交点的纵坐标； 是它们的延长线与横轴交点的横坐标， ； 为直线Ⅰ上的一点.由图可知，气体在状态 和 的压强之比 1（2分）;气体在状态 和 的压强之比 （3分）.
[解析] 由图像可得 ，图中两直线Ⅰ和Ⅱ表明气体发生等压变化，即状态 和状态 压强相等，即 ；由玻意耳定律可知，在纵轴与两直线交点所对应状态下（温度相同），有 ,即 .
8. [2023全国乙，10分]如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为 的 、 两段细管组成， 管的内径是 管的2倍， 管在上方.管内空气被一段水银柱隔开，水银柱在两管中的长度均为 .现将玻璃管倒置使 管在上方，平衡后， 管内的空气柱长度改变 .求 管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强.（气体温度保持不变，以 为压强单位）
[答案] 管在上方时，设 管中气体的压强为 ，长度 （1分）
则 管中气体的压强为 ，长度 （1分）
倒置后， 管在上方，设 管中气体的压强为 ， 管内空气柱长度 （1分）
已知 管的内径是 管的2倍，则水银柱长度为
（1分）
则 管中气体压强为 （1分）
B管内空气柱长度 （1分）
对 管中气体，由玻意耳定律有 （1分）
对 管中气体，由玻意耳定律有 （1分）
联立解得 （1分）
（1分）
9. [2022全国甲，10分]如图，容积均为 、缸壁可导热的 、 两汽缸放置在压强为 、温度为 的环境中;两汽缸的底部通过细管连通, 汽缸的顶部通过开口 与外界相通;汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为 和 .环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦.
（ⅰ）将环境温度缓慢升高，求 汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度;
[答案] 封闭气体做等压变化，对第Ⅳ部分气体，由盖-吕萨克定律有
（2分）
解得 .（2分）
（ⅱ）将环境温度缓慢改变至 ，然后用气泵从开口 向汽缸内缓慢注入气体，求 汽缸中的活塞到达汽缸底部后， 汽缸内第Ⅳ部分气体的压强.
[答案] 第Ⅱ和第Ⅲ部分封闭气体，初状态体积 ，温度为 ;第Ⅳ部分气体，初状态体积 ，温度为
从开口 向汽缸中注入气体，设末状态第Ⅳ部分气体压强为 ，体积为 ,则原第Ⅱ、Ⅲ部分气体最终总体积为 ,对这两部分理想气体分别有 （2分）
（2分）
联立解得 （2分）
【光速解法】 把Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部分看成一个整体，初始状态 ，末状态 ，由理想气体状态方程得 ,解得 .
题组三
一、选择题
1. [2023海南，3分]如图为两分子靠近过程中的示意图， 为分子间平衡距离，下列关于分子力和分子势能的说法正确的是( C )
A. 分子间距离大于 时，分子间表现为斥力
B. 分子从无限远靠近到距离 处的过程中分子势能变大
C. 分子势能在 处最小
D. 分子间距离在小于 且减小时，分子势能在减小
[解析] 分子间距离大于 时，分子间表现为引力， 错；分子从无限远靠近到距离为 的过程，分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能变小， 错；分子间距离从 减小的过程，分子力表现为斥力，分子力做负功，分子势能变大，结合 项分析可知，分子势能在 处最小， 对， 错.
2. [2022辽宁，4分]一定质量的理想气体从状态 变化到状态 ，其体积 和热力学温度 的关系图像如图所示，此过程中该系统( A )
A. 对外界做正功 B. 压强保持不变 C. 向外界放热 D. 内能减少
[解析] 由理想气体状态方程 得 ，连接 、 ，由于 连线的斜率大于 连线的斜率，因此气体在状态 的压强小于在状态 的压强， 错误；理想气体由状态 变化到状态 的过程中，气体的体积增加，气体对外界做正功，气体的温度升高，内能增加，由热力学第一定律 可知，理想气体从外界吸收热量， 正确， 错误.
3. [2022北京，3分]如图所示，一定质量的理想气体从状态 开始，沿图示路径先后到达状
态 和 .下列说法正确的是( D )
A. 从 到 ，气体温度保持不变 B. 从 到 ，气体对外界做功
C. 从 到 ，气体内能减小 D. 从 到 ，气体从外界吸热
[解析]
4. [2022山东，3分]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 过程中，缸内气体( C )
A. 内能增加，外界对气体做正功
B. 内能减小，所有分子热运动速率都减小
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
[解析] 初始时气体的压强 ,体积为 ,温度为 ;将汽缸缓慢转过 后，气体的压强为 ,体积为 ，温度为 .易知 ,故气体对外界做功，因汽缸和活塞都是绝热的，根据热力学第一定律可得 ，由于理想气体内能只与气体温度有关，所以 ， 、 错误.内能减小，不是所有气体分子热运动速率都减小，但速率大的分子数占总分子数的比例减小， 错误， 正确.
5. [2021北京，3分]比较 的热水和 的水蒸气，下列说法正确的是( B )
A. 热水分子的平均动能比水蒸气的大
B. 热水的内能比相同质量的水蒸气的小
C. 热水分子的速率都比水蒸气的小
D. 热水分子的热运动比水蒸气的剧烈
[解析] 由于温度是分子平均动能的标志，故热水分子的平均动能比水蒸气的小， 错误；热水与相同质量的水蒸气相比，分子数相同，水蒸气分子的平均动能和分子势能均比较大，故热水的内能比相同质量的水蒸气的小， 正确；热水分子的平均速率比水蒸气的小，但并不是每个热水分子的速率都比水蒸气的小，故 错误；水蒸气分子的热运动比热水的剧烈，故 错误.
二、非选择题
6. [2021广东，6分]在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧.下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同.由此可判断，高空客舱内的气体压强小于（3分）（选填 “大于” “小于” 或“等于”）机场地面大气压强；从高空客舱到机场地面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能不变（3分）（选填“变大”“变小”或“不变”）.
[解析] 矿泉水瓶变瘪是由于机场地面的大气压强大于瓶内气压，而在高空舱内矿泉水瓶没有变瘪，是由于瓶内气压等于舱内气压，故高空舱内气体压强小于机场地面大气压强.温度是分子平均动能的标志，机场地面温度与高空舱内温度相同，故瓶内气体的分子平均动能不变.
7. [2023湖南，10分]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 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， 打开， 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， 闭合， 打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从 排出，完成一次抽气过程.已知助力气室容积为 ，初始压强等于外部大气压强 ，助力活塞横截面积为 ,抽气气室的容积为 .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 ;
[答案] 第1次抽气过程，助力气室发生等温变化，由玻意耳定律有
（2分）
解得 （2分）
（2）第 次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小 .
[答案] 第2次抽气过程，有 （1分）
解得 （1分）
故第 次抽气后，助力气室内的压强为 （1分）
故第 次抽气后，驾驶员省力的大小 （1分）
解得 （2分）
8. [2022重庆，8分]某同学探究一封闭汽缸内理想气体的状态变化特性，得到压强 随温度 的变化如图所示.已知图线Ⅰ描述的是体积为 的等容过程，当温度为 时气体的压强为 ；图线Ⅱ描述的是压强为 的等压过程.取 为 ，求：
①等容过程中，温度为 时气体的压强；
②等压过程中，温度为 时气体的体积.
[答案] ①在等容过程中，设 时气体压强为 ；根据查理定律有 （2分）
解得 （2分）
②当压强为 、温度为 时，设此时体积为 ，则根据理想气体状态方程有 （2分）
解得 （2分）
9. [2021湖南，8分]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 、截面积 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 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 的铁块，并将铁块放置到电子天平上.当电子天平示数为 时，测得环境温度 .设外界大气压强 ,重力加速度 .
（ⅰ）当电子天平示数为 时，环境温度 为多少
[答案] 当电子天平的示数为 时，以铁块为研究对象，由力的平衡条件有 （1分）
以活塞为研究对象，由力的平衡条件有
（1分）
解得
当电子天平的示数为 时，同理得
（1分）
气体的体积不变，根据查理定律有 （1分）
解得 （1分）
（ⅱ）该装置可测量的最高环境温度 为多少？
[答案] 当细绳对活塞的拉力为零时，气体的压强最大，为
（1分）
气体的体积不变，根据查理定律有 （1分）
得 （1分）
题组四
一、选择题
1. [2023江苏，4分]如图所示,密闭容器内一定质量的理想气体由状态 变化到状态 .该过程中( B )
A. 气体分子的数密度增大
B. 气体分子的平均动能增大
C. 单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D. 单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
[解析] 气体从 到 ，体积 不变
分子的数密度 不变， 错
【深入讲解】 气体压强的微观解释：气体压强是由大量分子与容器壁的频繁碰撞产生的，它的大小取决于两个因素：①气体分子平均动量的大小；②单位时间内在单位面积上碰撞的气体分子个数.当气体分子数密度不变时，温度升高，不仅气体分子的平均动量增加了，而且由于气体分子速率的增加，器壁在单位时间、单位面积上受到气体分子碰撞的次数也增加了.
2. [2022上海，4分]如图所示，两根粗细相同的玻璃管下端用橡皮管相连，左管内封有一段长 的气柱，右管开口，左管内水银面比右管内水银面高 ,大气压强为 ,现移动右侧玻璃管，使两侧管内水银面相平，此时左管内气柱的长度为( A )
A. B. C. D.
[解析]
3. [2022湖北，4分]一定质量的理想气体由状态 变为状态 ，其过程如 图中 直线段所示，状态 对应该线段的中点.下列说法正确的是 ( B )
A. 是等温过程 B. 过程中气体吸热
C. 过程中状态 的温度最低 D. 过程中外界对气体做正功
[解析] 根据 结合题图可知， 过程中温度不断升高，选项 错误； 过程中，气体体积增大，则气体对外做功，因为温度升高，所以内能增大，根据热力学第一定律可知，气体要从外界吸收热量，选项 正确；根据 结合题图可知， 过程中状态 的温度最高，选项 错误； 过程中，气体体积增大，则气体对外做功，选项 错误.
【技巧点拨】 本题温度可用 进行分析计算，应用数学知识可知 过程中，状态 的温度最高.
4. [2020天津，5分]水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图.从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口.扣动扳机将阀门 打开，水即从枪口喷出.若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( B )
A. 压强变大 B. 对外界做功
C. 对外界放热 D. 分子平均动能变大
[解析] 在水向外不断喷出的过程中，罐内气体体积增大，则气体对外做功，根据玻意耳定律可知，罐内气体的压强减小，选项 错误， 正确；由于罐内气体温度不变，不对外放热，选项 错误；根据温度是分子平均动能的标志可知，温度不变，分子平均动能不变，选项 错误.
二、非选择题
5. （2020全国Ⅰ，5分）分子间作用力 与分子间距 的关系如图所示， 时， .分子间势能由 决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零.若一分子固定于原点 ，另一分子从距 点很远处向 点运动，在两分子间距减小到 的过程中，势能减小（2分）（填“减小”“不变”或“增大”）；在间距由 减小到 的过程中，势能减小（2分）（填“减小”“不变”或“增大”）；在间距等于 处，势能小于（1分）（填“大于”“等于”或“小于”）零.
[解析] 若一分子固定于原点 ，另一分子从距 点很远处向 点运动，在两分子间距减小到 的过程中，分子力做正功，势能减小；由 减小到 的过程中，分子力仍做正功，势能减小；在间距为 处，势能小于零.
6. [2023浙江6月选考，8分]如图所示,导热良好的固定直立圆筒内用面积 、质量 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 的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态 ,其体积 .缓慢推动活塞使气体达到状态 ，此时体积 .固定活塞，升高热源温度,气体达到状态 ，此时压强 .已知从状态 到状态 ，气体从外界吸收热量 ;从状态 到状态 ,气体内能增加 ;大气压 .
（1）气体从状态 到状态 ，其分子平均动能不变（1分）（选填“增大”“减小”或“不变”），圆筒内壁单位面积受到的压力增大（1分）（选填“增大”“ 减小”或“不变”）;
[解析] 气体从状态 到状态 发生等温压缩变化，其气体内能不变，分子平均动能不变（1分）|体积减小，压强增大，圆筒内壁单位面积受到的压力增大（1分）
（2）求气体在状态 的温度 ;
[答案] 气体处于状态 时，对活塞受力分析，有
解得
气体从状态 到状态 发生等温压缩变化，由玻意耳定律有
（1分）
解得 （1分）
气体从状态 到状态 ，做等容变化，由查理定律有 （1分）
解得 （1分）
（3）求气体从状态 到状态 过程中外界对系统做的功 .
[答案] 气体从状态 到状态 ，外界对气体不做功，所以 等于气体从状态 到状态 外界对气体做的功，由（1）问分析可知，从 到 内能的变化量等于从 到 内能的变化量，从 到 由热力学第一定律有
（1分）
解得 （1分）
7. [2022河北，8分]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,“ ”形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 .活塞面积为 ,隔板两侧气体体积均为 ,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;
[答案] 对上部气体，有 （2分）
对下部气体，有 （1分）
解得 ， （2分）
（ⅱ）“ ”形连杆活塞的质量（重力加速度大小为 .
[答案] 对活塞，有 （2分）
解得 （1分）
8. [2021全国甲，10分]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 、 两部分；初始时， 、 的体积均为 ，压强均等于大气压 .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 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，使 的体积减小为 .
（ⅰ）求 的体积和 的压强；
[答案] 对 部分气体由玻意耳定律有 （1分）
解得
对 部分气体由玻意耳定律有 （2分）
解得 （1分）
（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时 的体积和 的压强.
[答案] 设回到初始位置时 的体积为 ， 的压强为
对 部分气体由玻意耳定律有
（2分）
对 部分气体由玻意耳定律有 （2分）
联立解得 （1分）
（1分）
题组五
一、选择题
1. （2023新课标理综，6分，多选）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为 、 、 三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦.初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等.现通过电阻丝对 中的气体缓慢加热,停止加热并达到稳定后( AD )
A. 中的气体内能增加 B. 与 中的气体温度相等
C. 与 中的气体温度相等 D. 与 中的气体压强相等
[解析] 对活塞和弹簧
整体受力分析 压强 ， 对
中的气体升温，活塞右移
升温前，弹簧处于原长状态， 和 中气体的压强相等，升温后判断弹簧的形变情况如下
假设升温后，弹簧处于原长，则
相矛盾，假设不成立
假设升温后，弹簧伸长，则
相矛盾,假设不成立
因此弹簧只能压缩，则
,假设成立
对活塞受力分析可知 ，则压强关系满足 .由理想气体状态方程 可知,
又 , ,则 , , 错
2. [2020山东，3分]一定质量的理想气体从状态 开始，经 、 、 三个过程后回到初始状态 ，其 图像如图所示.已知三个状态的坐标分别为 、 、 .以下判断正确的是( C )
A. 气体在 过程中对外界做的功小于在 过程中对外界做的功
B. 气体在 过程中从外界吸收的热量大于在 过程中从外界吸收的热量
C. 在 过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量
D. 气体在 过程中内能的减少量大于 过程中内能的增加量
[解析] 气体在 过程中体积增大，气体对外做功，在 过程中体积增大，气体对外做功，根据 图像与横轴所围的面积表示做的功可知，在这两个过程中气体对外做的功相等，选项 错误；气体在 过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知， 、 两个状态温度相等，内能不变，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功；气体在 过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知， 状态的温度高于 状态的温度，内能增加，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功与内能增加量之和，即气体在 过程中吸收的热量小于气体在 过程中吸收的热量，选项 错误；气体在 的过程中，体积减小，温度降低，外界对气体做功，内能减小，根据热力学第一定律，外界对气体做的功小于气体放出的热量，选项 正确；由理想气体状态方程可知， 、 两个状态温度相等，内能相等，所以气体在 的过程中内能的减少量等于气体在 过程中内能的增加量，选项 错误.
二、非选择题
3. [2022河北，4分]如图,绝热密闭容器中装有一定质量的某种理想气体和一个充有同种气体的气球.容器内温度处处相同.气球内部压强大于外部压强.气球慢慢漏气后,容器中气球外部气体的压强将增大（2分）（填“增大”“减小”或“不变”）;温度将升高（2分）（填“升高”“降低”或“不变”）.
[解析] 气球慢慢漏气后，容器内气球外部的分子数密度增大，气球对封闭气体做正功，气体内能增大，温度升高，气体压强增大.
4. [2023全国甲，10分]一高压舱内气体的压强为1.2个大气压,温度为 ,密度为 .
（ⅰ）升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至 时舱内气体的密度;
[答案] 假设被释放的气体始终保持与舱内气体同温同压，对升温前舱内气体，由理想气体状态方程有 （2分）
气体的体积 , （1分）
解得 （2分）
解法一 气体压强不变，已知 ， ，
上式简化为 （1分）
将已知数据代入解得 （2分）
解法二 已知初态气体压强 ,温度 ， 高压舱内气体体积为 ，保持气体压强不变，假设升温后气体体积增大为 ，由盖-吕萨克定律可知
又气体质量保持不变，即
解得
解法三 设升温并释放部分气体之前，舱内气体的压强为 ，温度为 ，质量为 ,体积为 ;升温并释放部分气体之后，舱内剩余气体的压强为 ，温度为 ,质量为 ，体积为 ,则由题意可知 ,
由理想气体状态方程有
又 ，
则
代入数据解得
（ⅱ）保持温度 不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求此时舱内气体的密度.
[答案] 解法一 气体温度 , ，压强 ， ,密度
代入 （1分）
解得 （1分）
解法二 保持气体温度不变，降压前气体体积为 ，压强为 ，降压后压强减小为 ，气体体积增大为 ，由玻意耳定律有
同时
联立解得
解法三 设压强降至1.0个大气压时，舱内气体的压强为 ，温度为 ,质量为 ,体积为
由理想气体状态方程有
又 ，
则
又由 得
联立可得
代入数据解得
5. [2021河北，8分]某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气,温度为 时,压强为 .
（ⅰ）当夹层中空气的温度升至 ,求此时夹层中空气的压强;
[答案] 以夹层中气体为研究对象
初态： ，
末态： ， 未知
由查理定律有 （2分）
解得 . （2分）
（ⅱ）当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值，设环境温度为 ，大气压强为 .
[答案] 以夹层内气压达到 时的气体为研究对象，当其压强减小到 时的体积为 ，设夹层内气体体积为
由玻意耳定律有 （2分）
解得
故增加的空气质量与原来夹层中空气质量之比为 （2分）
6. [2020山东，7分]中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病.常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门.使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上.抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强.某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为 ，最终降到 ，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的 .若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的 ，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同.罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化.求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值.
[答案] 设火罐内气体初始状态参量分别为 、 、 ,温度降低后状态参量分别为 、 、 ，罐的容积为 ，由题意知 、 、 、 、 ①
由理想气体状态方程得
②（1分）
代入数据得 ③（1分）
对于抽气罐，设初态气体状态参量分别为 、 ，末态气体状态参量分别为 、 ,罐的容积为 ，由题意知 、 、 ④
由玻意耳定律得 ⑤（1分）
联立③⑤式，代入数据得 ⑥（1分）
设抽出的气体的体积为 ，由题意知
⑦（1分）
故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为
⑧（1分）
联立⑥⑦⑧式，代入数据得 .（1分）
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2019-2023年物理高考真题分类
专题十五 热 学
题组一
一、选择题
1. [2023辽宁，4分]“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 图像如图所示.该过程对应的 图像可能是( )
A. B.
C. D.
2. [2022江苏，4分]自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是( )
A. 体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变
B. 压强增大是因为氢气分子之间斥力增大
C. 因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体
D. 温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化
3. [2022上海，3分]将一个乒乓球浸没在水中，当水温升高时，球内气体( )
A. 分子热运动平均动能变小，压强变小
B. 分子热运动平均动能变小，压强变大
C. 分子热运动平均动能变大，压强变小
D. 分子热运动平均动能变大，压强变大
4. [2020江苏，4分,多选]玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体.下列关于玻璃的说法正确的有( )
A. 没有固定的熔点 B. 天然具有规则的几何形状
C. 沿不同方向的导热性能相同 D. 分子在空间上周期性排列
二、非选择题
5. [2021河北，4分]两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸 、 ,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 中细沙的质量大于 中细沙的质量，重新平衡后，汽缸 内气体的内能 （填“大于”“小于”或“等于”）汽缸 内气体的内能.图2为重新平衡后 、 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 中气体分子的速率分布规律.
图1
图2
6. [2020江苏，4分]一瓶酒精用了一些后，把瓶盖拧紧，不久瓶内液面上方形成了酒精的饱和汽，此时 （选填“有”或“没有”）酒精分子从液面飞出，当温度升高时，瓶中酒精饱和汽的密度 （选填“增大”“减小”或“不变”）.
7. （2019全国Ⅲ，5分）用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是 .
实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以 .
为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是 .
8. [2023海南，10分]如图所示，某饮料瓶内密封一定质量的理想气体， 时，压强 ，则
（1） 时，气压是多大？
（2）保持温度不变，挤压气体，使之压强与（1）相同时，气体体积变为原来的多少倍？
9. [2021广东，6分]为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示.某种药瓶的容积为 ,内装有 的药液，瓶内气体压强为 .护士把注射器内横截面积为 、长度为 、压强为 的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强.
10. [2020全国Ⅱ，10分]潜水钟是一种水下救生设备，它是一个底部开口、上部封闭的容器，外形与钟相似.潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气，以满足潜水员水下避险的需要.为计算方便，将潜水钟简化为截面积为 、高度为 、开口向下的圆筒；工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为 的水下，如图所示.已知水的密度为 ,重力加速度大小为 ,大气压强为 , ,忽略温度的变化和水密度随深度的变化.
（ⅰ）求进入圆筒内水的高度 ；
（ⅱ）保持 不变，压入空气使筒内的水全部排出，求压入的空气在其压强为 时的体积.
题组二
一、选择题
1. [2023浙江6月选考，6分，多选]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. 液体的表面张力方向总是跟液面相切
C. 在不同的惯性参考系中,物理规律的形式是不同的
D. 当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
2. [2022重庆，4分]2022年5月15日，我国自主研发的极目一号Ⅲ型浮空艇创造了海拔9 032米的大气科学观测世界纪录.若浮空艇在某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇内气体（视为理想气体）( )
A. 吸收热量 B. 压强增大 C. 内能减小 D. 对外做负功
3. [2022江苏，4分]如图所示，一定质量的理想气体分别经历 和 两个过程，其中 为等温过程，状态 、 的体积相同.则( )
A. 状态 的内能大于状态 B. 状态 的温度高于状态
C. 过程中气体吸收热量 D. 过程中外界对气体做正功
4. [2021山东，3分]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
5. （2020全国Ⅱ，5分）下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有 ，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有 .
A. 汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B. 冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低
C. 某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响
D. 冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
二、非选择题
6. [2022上海，4分]在描述气体状态的参量中， 是气体分子空间所能达到的范围.压强从微观角度来说，是 的宏观体现.
7. [2021全国甲，5分]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 图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示， 和 分别为两直线与纵轴交点的纵坐标； 是它们的延长线与横轴交点的横坐标， ； 为直线Ⅰ上的一点.由图可知，气体在状态 和 的压强之比 ;气体在状态 和 的压强之比 .
8. [2023全国乙，10分]如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为 的 、 两段细管组成， 管的内径是 管的2倍， 管在上方.管内空气被一段水银柱隔开，水银柱在两管中的长度均为 .现将玻璃管倒置使 管在上方，平衡后， 管内的空气柱长度改变 .求 管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强.（气体温度保持不变，以 为压强单位）
9. [2022全国甲，10分]如图，容积均为 、缸壁可导热的 、 两汽缸放置在压强为 、温度为 的环境中;两汽缸的底部通过细管连通, 汽缸的顶部通过开口 与外界相通;汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为 和 .环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦.
（ⅰ）将环境温度缓慢升高，求 汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度;
（ⅱ）将环境温度缓慢改变至 ，然后用气泵从开口 向汽缸内缓慢注入气体，求 汽缸中的活塞到达汽缸底部后， 汽缸内第Ⅳ部分气体的压强.
题组三
一、选择题
1. [2023海南，3分]如图为两分子靠近过程中的示意图， 为分子间平衡距离，下列关于分子力和分子势能的说法正确的是( )
A. 分子间距离大于 时，分子间表现为斥力
B. 分子从无限远靠近到距离 处的过程中分子势能变大
C. 分子势能在 处最小
D. 分子间距离在小于 且减小时，分子势能在减小
2. [2022辽宁，4分]一定质量的理想气体从状态 变化到状态 ，其体积 和热力学温度 的关系图像如图所示，此过程中该系统( )
A. 对外界做正功 B. 压强保持不变 C. 向外界放热 D. 内能减少
3. [2022北京，3分]如图所示，一定质量的理想气体从状态 开始，沿图示路径先后到达状
态 和 .下列说法正确的是( )
A. 从 到 ，气体温度保持不变 B. 从 到 ，气体对外界做功
C. 从 到 ，气体内能减小 D. 从 到 ，气体从外界吸热
4. [2022山东，3分]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 过程中，缸内气体( )
A. 内能增加，外界对气体做正功
B. 内能减小，所有分子热运动速率都减小
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
5. [2021北京，3分]比较 的热水和 的水蒸气，下列说法正确的是( )
A. 热水分子的平均动能比水蒸气的大
B. 热水的内能比相同质量的水蒸气的小
C. 热水分子的速率都比水蒸气的小
D. 热水分子的热运动比水蒸气的剧烈
二、非选择题
6. [2021广东，6分]在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧.下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同.由此可判断，高空客舱内的气体压强 （选填 “大于” “小于” 或“等于”）机场地面大气压强；从高空客舱到机场地面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能 （选填“变大”“变小”或“不变”）.
7. [2023湖南，10分]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 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， 打开， 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， 闭合， 打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从 排出，完成一次抽气过程.已知助力气室容积为 ，初始压强等于外部大气压强 ，助力活塞横截面积为 ,抽气气室的容积为 .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 ;
（2）第 次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小 .
8. [2022重庆，8分]某同学探究一封闭汽缸内理想气体的状态变化特性，得到压强 随温度 的变化如图所示.已知图线Ⅰ描述的是体积为 的等容过程，当温度为 时气体的压强为 ；图线Ⅱ描述的是压强为 的等压过程.取 为 ，求：
①等容过程中，温度为 时气体的压强；
②等压过程中，温度为 时气体的体积.
9. [2021湖南，8分]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 、截面积 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 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 的铁块，并将铁块放置到电子天平上.当电子天平示数为 时，测得环境温度 .设外界大气压强 ,重力加速度 .
（ⅰ）当电子天平示数为 时，环境温度 为多少
（ⅱ）该装置可测量的最高环境温度 为多少？
题组四
一、选择题
1. [2023江苏，4分]如图所示,密闭容器内一定质量的理想气体由状态 变化到状态 .该过程中( )
A. 气体分子的数密度增大
B. 气体分子的平均动能增大
C. 单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D. 单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
2. [2022上海，4分]如图所示，两根粗细相同的玻璃管下端用橡皮管相连，左管内封有一段长 的气柱，右管开口，左管内水银面比右管内水银面高 ,大气压强为 ,现移动右侧玻璃管，使两侧管内水银面相平，此时左管内气柱的长度为( )
A. B. C. D.
3. [2022湖北，4分]一定质量的理想气体由状态 变为状态 ，其过程如 图中 直线段所示，状态 对应该线段的中点.下列说法正确的是 ( )
A. 是等温过程 B. 过程中气体吸热
C. 过程中状态 的温度最低 D. 过程中外界对气体做正功
4. [2020天津，5分]水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图.从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口.扣动扳机将阀门 打开，水即从枪口喷出.若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )
A. 压强变大 B. 对外界做功
C. 对外界放热 D. 分子平均动能变大
二、非选择题
5. （2020全国Ⅰ，5分）分子间作用力 与分子间距 的关系如图所示， 时， .分子间势能由 决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零.若一分子固定于原点 ，另一分子从距 点很远处向 点运动，在两分子间距减小到 的过程中，势能 （填“减小”“不变”或“增大”）；在间距由 减小到 的过程中，势能 （填“减小”“不变”或“增大”）；在间距等于 处，势能 （填“大于”“等于”或“小于”）零.
6. [2023浙江6月选考，8分]如图所示,导热良好的固定直立圆筒内用面积 、质量 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 的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态 ,其体积 .缓慢推动活塞使气体达到状态 ，此时体积 .固定活塞，升高热源温度,气体达到状态 ，此时压强 .已知从状态 到状态 ，气体从外界吸收热量 ;从状态 到状态 ,气体内能增加 ;大气压 .
（1）气体从状态 到状态 ，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 的温度 ;
（3）求气体从状态 到状态 过程中外界对系统做的功 .
7. [2022河北，8分]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,“ ”形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 .活塞面积为 ,隔板两侧气体体积均为 ,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）“ ”形连杆活塞的质量（重力加速度大小为 .
8. [2021全国甲，10分]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 、 两部分；初始时， 、 的体积均为 ，压强均等于大气压 .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 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，使 的体积减小为 .
（ⅰ）求 的体积和 的压强；
（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时 的体积和 的压强.
题组五
一、选择题
1. （2023新课标理综，6分，多选）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为 、 、 三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦.初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等.现通过电阻丝对 中的气体缓慢加热,停止加热并达到稳定后( )
A. 中的气体内能增加 B. 与 中的气体温度相等
C. 与 中的气体温度相等 D. 与 中的气体压强相等
2. [2020山东，3分]一定质量的理想气体从状态 开始，经 、 、 三个过程后回到初始状态 ，其 图像如图所示.已知三个状态的坐标分别为 、 、 .以下判断正确的是( )
A. 气体在 过程中对外界做的功小于在 过程中对外界做的功
B. 气体在 过程中从外界吸收的热量大于在 过程中从外界吸收的热量
C. 在 过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量
D. 气体在 过程中内能的减少量大于 过程中内能的增加量
二、非选择题
3. [2022河北，4分]如图,绝热密闭容器中装有一定质量的某种理想气体和一个充有同种气体的气球.容器内温度处处相同.气球内部压强大于外部压强.气球慢慢漏气后,容器中气球外部气体的压强将 （填“增大”“减小”或“不变”）;温度将 （填“升高”“降低”或“不变”）.
4. [2023全国甲，10分]一高压舱内气体的压强为1.2个大气压,温度为 ,密度为 .
（ⅰ）升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至 时舱内气体的密度;
（ⅱ）保持温度 不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求此时舱内气体的密度.
5. [2021河北，8分]某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气,温度为 时,压强为 .
（ⅰ）当夹层中空气的温度升至 ,求此时夹层中空气的压强;
（ⅱ）当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值，设环境温度为 ，大气压强为 .
6. [2020山东，7分]中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病.常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门.使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上.抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强.某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为 ，最终降到 ，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的 .若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的 ，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同.罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化.求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值.
专题十五 热 学
题组一
一、选择题
1. [2023辽宁，4分]“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 图像如图所示.该过程对应的 图像可能是( B )
A. B.
C. D.
[解析]
2. [2022江苏，4分]自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是( D )
A. 体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变
B. 压强增大是因为氢气分子之间斥力增大
C. 因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体
D. 温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化
[解析] 密闭容器中的氢气分子个数不变，当体积增大时，单位体积的分子个数减少，分子的密集程度变小， 错误；气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁持续地无规则撞击产生的，压强增大并不是因为分子间斥力增大， 错误；普通气体在温度不太低、压强不太大的情况下才能看成理想气体， 错误；温度是气体分子平均动能的标志，大量气体分子的速率呈现“中间多，两边少”的规律，温度变化时，大量分子的平均速率会变化，即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化， 正确.
3. [2022上海，3分]将一个乒乓球浸没在水中，当水温升高时，球内气体( D )
A. 分子热运动平均动能变小，压强变小
B. 分子热运动平均动能变小，压强变大
C. 分子热运动平均动能变大，压强变小
D. 分子热运动平均动能变大，压强变大
[解析] 当水温升高时，乒乓球内的气体温度升高，气体分子平均动能增大，对乒乓球内气体，体积不变，由查理定律可知，温度升高时，压强变大， 正确.
4. [2020江苏，4分,多选]玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体.下列关于玻璃的说法正确的有( AC )
A. 没有固定的熔点 B. 天然具有规则的几何形状
C. 沿不同方向的导热性能相同 D. 分子在空间上周期性排列
[解析] 玻璃是非晶体，没有固定的熔点，也没有规则的几何形状，具有各向同性的特点，其分子在空间上的排列也是杂乱无章的，故 、 正确， 、 错误.
二、非选择题
5. [2021河北，4分]两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸 、 ,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 中细沙的质量大于 中细沙的质量，重新平衡后，汽缸 内气体的内能大于（2分）（填“大于”“小于”或“等于”）汽缸 内气体的内能.图2为重新平衡后 、 汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线①（2分）（填图像中曲线标号） 表示汽缸 中气体分子的速率分布规律.
图1
图2
[解析] 由于汽缸 中细沙质量大于汽缸 中细沙质量，所以汽缸 中气体体积小于汽缸 中气体体积，外界对汽缸 中气体做功较多，而汽缸绝热，由热力学第一定律可知，汽缸 中气体内能大于汽缸 内气体的内能；理想气体忽略分子势能，故汽缸 内气体的温度高于汽缸 内气体的温度，故汽缸 中速率大的分子占总分子数的百分比较大，故曲线①表示汽缸 中气体分子的速率分布规律.
6. [2020江苏，4分]一瓶酒精用了一些后，把瓶盖拧紧，不久瓶内液面上方形成了酒精的饱和汽，此时有（2分）（选填“有”或“没有”）酒精分子从液面飞出，当温度升高时，瓶中酒精饱和汽的密度增大（2分）（选填“增大”“减小”或“不变”）.
[解析] 瓶内液面上方形成酒精的饱和汽时，酒精的汽化速度和液化速度相等，所以此时一定有酒精分子从液面飞出；随温度升高，液体分子的平均动能增大，单位时间内从液面飞出的分子数增多，故酒精饱和汽的密度会增大.
7. （2019全国Ⅲ，5分）用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜（1分）.
实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出 油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积（2分）.
为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是单分子层油膜的面积（2分）.
[解析] 由于分子直径非常小，极少量油酸所形成的单分子层油膜面积也会很大，因此实验前需要将油酸稀释，使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜.可以用累积法测量多滴溶液的体积后计算得到一滴溶液的体积.油酸分子直径等于油酸的体积与单分子层油膜的面积之比，即 ，故除测得油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积外，还需要测量单分子层油膜的面积.
8. [2023海南，10分]如图所示，某饮料瓶内密封一定质量的理想气体， 时，压强 ，则
（1） 时，气压是多大？
[答案] 由查理定律有 （3分）
代入数据解得 （2分）
（2）保持温度不变，挤压气体，使之压强与（1）相同时，气体体积变为原来的多少倍？
[答案] 由玻意耳定律有 （3分）
代入数据解得 （2分）
9. [2021广东，6分]为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示.某种药瓶的容积为 ,内装有 的药液，瓶内气体压强为 .护士把注射器内横截面积为 、长度为 、压强为 的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强.
[答案] 以瓶内已有空气和注射器内充入的气体总和为研究对象，根据玻意耳定律得 （3分）
代入数据解得 （3分）
10. [2020全国Ⅱ，10分]潜水钟是一种水下救生设备，它是一个底部开口、上部封闭的容器，外形与钟相似.潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气，以满足潜水员水下避险的需要.为计算方便，将潜水钟简化为截面积为 、高度为 、开口向下的圆筒；工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为 的水下，如图所示.已知水的密度为 ,重力加速度大小为 ,大气压强为 , ,忽略温度的变化和水密度随深度的变化.
（ⅰ）求进入圆筒内水的高度 ；
[答案] 设潜水钟在水面上方时和放入水下后筒内气体的体积分别为 和 ，放入水下后筒内气体的压强为 ,由玻意耳定律和题给条件有 ①（2分）
②（1分）
③（1分）
④（1分）
联立以上各式并考虑到 ,解得 ⑤（1分）
（ⅱ）保持 不变，压入空气使筒内的水全部排出，求压入的空气在其压强为 时的体积.
[答案] 设水全部排出后筒内气体的压强为 ,此时筒内气体的体积为 ,这些气体在其压强为 时的体积为 ,由玻意耳定律有
⑥（1分）
其中 ⑦（1分）
设需压入筒内的气体体积为 ,依题意 ⑧（1分）
联立②⑥⑦⑧式得 .（1分）
题组二
一、选择题
1. [2023浙江6月选考，6分，多选]下列说法正确的是( BD )
A. 热量能自发地从低温物体传到高温物体
B. 液体的表面张力方向总是跟液面相切
C. 在不同的惯性参考系中,物理规律的形式是不同的
D. 当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
[解析] 热量不能自发地从低温物体传到高温物体， 错；液体的表面张力总是沿液体表面，和液面相切， 对；在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是相同的， 错；根据多普勒效应可知，当波源与观察者相互接近时，观察者相等时间内接收到的频率变大，观察到的频率增加， 对.
2. [2022重庆，4分]2022年5月15日，我国自主研发的极目一号Ⅲ型浮空艇创造了海拔9 032米的大气科学观测世界纪录.若浮空艇在某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇内气体（视为理想气体）( C )
A. 吸收热量 B. 压强增大 C. 内能减小 D. 对外做负功
[解析]
3. [2022江苏，4分]如图所示，一定质量的理想气体分别经历 和 两个过程，其中 为等温过程，状态 、 的体积相同.则( C )
A. 状态 的内能大于状态 B. 状态 的温度高于状态
C. 过程中气体吸收热量 D. 过程中外界对气体做正功
[解析]
4. [2021山东，3分]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( B )
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
[解析] 由于越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小瓶上浮的过程中，小瓶内气体温度升高，内能增加， 项错误；在小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度逐渐升高，压强逐渐减小，根据理想气体状态方程 ，可知气体体积膨胀，对外界做正功， 项正确；小瓶上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根据热力学第一定律 得气体吸热，且吸收的热量大于增加的内能， 项错误.
5. （2020全国Ⅱ，5分）下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有 ，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有 .
A. 汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B. 冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低
C. 某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响
D. 冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
[解析] 汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律；冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低，违背了热力学第一定律；热机工作时吸收的热量不可能全部用来对外做功，而不产生其他影响，显然 选项遵循热力学第一定律，但违背了热力学第二定律；冰箱的制冷机工作时，从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律，综上所述，第一个空选 ，第二个空选 .
二、非选择题
6. [2022上海，4分]在描述气体状态的参量中，体积（2分）是气体分子空间所能达到的范围.压强从微观角度来说，是单位面积上气体分子平均撞击力（2分）的宏观体现.
[解析] 在描述气体状态的参量中，气体的体积是指气体分子所能够达到的空间范围.根据气体压强的微观含义，气体压强是单位面积上气体分子平均撞击力的宏观体现.
7. [2021全国甲，5分]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 图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示， 和 分别为两直线与纵轴交点的纵坐标； 是它们的延长线与横轴交点的横坐标， ； 为直线Ⅰ上的一点.由图可知，气体在状态 和 的压强之比 1（2分）;气体在状态 和 的压强之比 （3分）.
[解析] 由图像可得 ，图中两直线Ⅰ和Ⅱ表明气体发生等压变化，即状态 和状态 压强相等，即 ；由玻意耳定律可知，在纵轴与两直线交点所对应状态下（温度相同），有 ,即 .
8. [2023全国乙，10分]如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为 的 、 两段细管组成， 管的内径是 管的2倍， 管在上方.管内空气被一段水银柱隔开，水银柱在两管中的长度均为 .现将玻璃管倒置使 管在上方，平衡后， 管内的空气柱长度改变 .求 管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强.（气体温度保持不变，以 为压强单位）
[答案] 管在上方时，设 管中气体的压强为 ，长度 （1分）
则 管中气体的压强为 ，长度 （1分）
倒置后， 管在上方，设 管中气体的压强为 ， 管内空气柱长度 （1分）
已知 管的内径是 管的2倍，则水银柱长度为
（1分）
则 管中气体压强为 （1分）
B管内空气柱长度 （1分）
对 管中气体，由玻意耳定律有 （1分）
对 管中气体，由玻意耳定律有 （1分）
联立解得 （1分）
（1分）
9. [2022全国甲，10分]如图，容积均为 、缸壁可导热的 、 两汽缸放置在压强为 、温度为 的环境中;两汽缸的底部通过细管连通, 汽缸的顶部通过开口 与外界相通;汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为 和 .环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦.
（ⅰ）将环境温度缓慢升高，求 汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度;
[答案] 封闭气体做等压变化，对第Ⅳ部分气体，由盖-吕萨克定律有
（2分）
解得 .（2分）
（ⅱ）将环境温度缓慢改变至 ，然后用气泵从开口 向汽缸内缓慢注入气体，求 汽缸中的活塞到达汽缸底部后， 汽缸内第Ⅳ部分气体的压强.
[答案] 第Ⅱ和第Ⅲ部分封闭气体，初状态体积 ，温度为 ;第Ⅳ部分气体，初状态体积 ，温度为
从开口 向汽缸中注入气体，设末状态第Ⅳ部分气体压强为 ，体积为 ,则原第Ⅱ、Ⅲ部分气体最终总体积为 ,对这两部分理想气体分别有 （2分）
（2分）
联立解得 （2分）
【光速解法】 把Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部分看成一个整体，初始状态 ，末状态 ，由理想气体状态方程得 ,解得 .
题组三
一、选择题
1. [2023海南，3分]如图为两分子靠近过程中的示意图， 为分子间平衡距离，下列关于分子力和分子势能的说法正确的是( C )
A. 分子间距离大于 时，分子间表现为斥力
B. 分子从无限远靠近到距离 处的过程中分子势能变大
C. 分子势能在 处最小
D. 分子间距离在小于 且减小时，分子势能在减小
[解析] 分子间距离大于 时，分子间表现为引力， 错；分子从无限远靠近到距离为 的过程，分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能变小， 错；分子间距离从 减小的过程，分子力表现为斥力，分子力做负功，分子势能变大，结合 项分析可知，分子势能在 处最小， 对， 错.
2. [2022辽宁，4分]一定质量的理想气体从状态 变化到状态 ，其体积 和热力学温度 的关系图像如图所示，此过程中该系统( A )
A. 对外界做正功 B. 压强保持不变 C. 向外界放热 D. 内能减少
[解析] 由理想气体状态方程 得 ，连接 、 ，由于 连线的斜率大于 连线的斜率，因此气体在状态 的压强小于在状态 的压强， 错误；理想气体由状态 变化到状态 的过程中，气体的体积增加，气体对外界做正功，气体的温度升高，内能增加，由热力学第一定律 可知，理想气体从外界吸收热量， 正确， 错误.
3. [2022北京，3分]如图所示，一定质量的理想气体从状态 开始，沿图示路径先后到达状
态 和 .下列说法正确的是( D )
A. 从 到 ，气体温度保持不变 B. 从 到 ，气体对外界做功
C. 从 到 ，气体内能减小 D. 从 到 ，气体从外界吸热
[解析]
4. [2022山东，3分]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 过程中，缸内气体( C )
A. 内能增加，外界对气体做正功
B. 内能减小，所有分子热运动速率都减小
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
[解析] 初始时气体的压强 ,体积为 ,温度为 ;将汽缸缓慢转过 后，气体的压强为 ,体积为 ，温度为 .易知 ,故气体对外界做功，因汽缸和活塞都是绝热的，根据热力学第一定律可得 ，由于理想气体内能只与气体温度有关，所以 ， 、 错误.内能减小，不是所有气体分子热运动速率都减小，但速率大的分子数占总分子数的比例减小， 错误， 正确.
5. [2021北京，3分]比较 的热水和 的水蒸气，下列说法正确的是( B )
A. 热水分子的平均动能比水蒸气的大
B. 热水的内能比相同质量的水蒸气的小
C. 热水分子的速率都比水蒸气的小
D. 热水分子的热运动比水蒸气的剧烈
[解析] 由于温度是分子平均动能的标志，故热水分子的平均动能比水蒸气的小， 错误；热水与相同质量的水蒸气相比，分子数相同，水蒸气分子的平均动能和分子势能均比较大，故热水的内能比相同质量的水蒸气的小， 正确；热水分子的平均速率比水蒸气的小，但并不是每个热水分子的速率都比水蒸气的小，故 错误；水蒸气分子的热运动比热水的剧烈，故 错误.
二、非选择题
6. [2021广东，6分]在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧.下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同.由此可判断，高空客舱内的气体压强小于（3分）（选填 “大于” “小于” 或“等于”）机场地面大气压强；从高空客舱到机场地面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能不变（3分）（选填“变大”“变小”或“不变”）.
[解析] 矿泉水瓶变瘪是由于机场地面的大气压强大于瓶内气压，而在高空舱内矿泉水瓶没有变瘪，是由于瓶内气压等于舱内气压，故高空舱内气体压强小于机场地面大气压强.温度是分子平均动能的标志，机场地面温度与高空舱内温度相同，故瓶内气体的分子平均动能不变.
7. [2023湖南，10分]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 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， 打开， 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， 闭合， 打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从 排出，完成一次抽气过程.已知助力气室容积为 ，初始压强等于外部大气压强 ，助力活塞横截面积为 ,抽气气室的容积为 .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 ;
[答案] 第1次抽气过程，助力气室发生等温变化，由玻意耳定律有
（2分）
解得 （2分）
（2）第 次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小 .
[答案] 第2次抽气过程，有 （1分）
解得 （1分）
故第 次抽气后，助力气室内的压强为 （1分）
故第 次抽气后，驾驶员省力的大小 （1分）
解得 （2分）
8. [2022重庆，8分]某同学探究一封闭汽缸内理想气体的状态变化特性，得到压强 随温度 的变化如图所示.已知图线Ⅰ描述的是体积为 的等容过程，当温度为 时气体的压强为 ；图线Ⅱ描述的是压强为 的等压过程.取 为 ，求：
①等容过程中，温度为 时气体的压强；
②等压过程中，温度为 时气体的体积.
[答案] ①在等容过程中，设 时气体压强为 ；根据查理定律有 （2分）
解得 （2分）
②当压强为 、温度为 时，设此时体积为 ，则根据理想气体状态方程有 （2分）
解得 （2分）
9. [2021湖南，8分]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 、截面积 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 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 的铁块，并将铁块放置到电子天平上.当电子天平示数为 时，测得环境温度 .设外界大气压强 ,重力加速度 .
（ⅰ）当电子天平示数为 时，环境温度 为多少
[答案] 当电子天平的示数为 时，以铁块为研究对象，由力的平衡条件有 （1分）
以活塞为研究对象，由力的平衡条件有
（1分）
解得
当电子天平的示数为 时，同理得
（1分）
气体的体积不变，根据查理定律有 （1分）
解得 （1分）
（ⅱ）该装置可测量的最高环境温度 为多少？
[答案] 当细绳对活塞的拉力为零时，气体的压强最大，为
（1分）
气体的体积不变，根据查理定律有 （1分）
得 （1分）
题组四
一、选择题
1. [2023江苏，4分]如图所示,密闭容器内一定质量的理想气体由状态 变化到状态 .该过程中( B )
A. 气体分子的数密度增大
B. 气体分子的平均动能增大
C. 单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D. 单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
[解析] 气体从 到 ，体积 不变
分子的数密度 不变， 错
【深入讲解】 气体压强的微观解释：气体压强是由大量分子与容器壁的频繁碰撞产生的，它的大小取决于两个因素：①气体分子平均动量的大小；②单位时间内在单位面积上碰撞的气体分子个数.当气体分子数密度不变时，温度升高，不仅气体分子的平均动量增加了，而且由于气体分子速率的增加，器壁在单位时间、单位面积上受到气体分子碰撞的次数也增加了.
2. [2022上海，4分]如图所示，两根粗细相同的玻璃管下端用橡皮管相连，左管内封有一段长 的气柱，右管开口，左管内水银面比右管内水银面高 ,大气压强为 ,现移动右侧玻璃管，使两侧管内水银面相平，此时左管内气柱的长度为( A )
A. B. C. D.
[解析]
3. [2022湖北，4分]一定质量的理想气体由状态 变为状态 ，其过程如 图中 直线段所示，状态 对应该线段的中点.下列说法正确的是 ( B )
A. 是等温过程 B. 过程中气体吸热
C. 过程中状态 的温度最低 D. 过程中外界对气体做正功
[解析] 根据 结合题图可知， 过程中温度不断升高，选项 错误； 过程中，气体体积增大，则气体对外做功，因为温度升高，所以内能增大，根据热力学第一定律可知，气体要从外界吸收热量，选项 正确；根据 结合题图可知， 过程中状态 的温度最高，选项 错误； 过程中，气体体积增大，则气体对外做功，选项 错误.
【技巧点拨】 本题温度可用 进行分析计算，应用数学知识可知 过程中，状态 的温度最高.
4. [2020天津，5分]水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图.从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口.扣动扳机将阀门 打开，水即从枪口喷出.若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( B )
A. 压强变大 B. 对外界做功
C. 对外界放热 D. 分子平均动能变大
[解析] 在水向外不断喷出的过程中，罐内气体体积增大，则气体对外做功，根据玻意耳定律可知，罐内气体的压强减小，选项 错误， 正确；由于罐内气体温度不变，不对外放热，选项 错误；根据温度是分子平均动能的标志可知，温度不变，分子平均动能不变，选项 错误.
二、非选择题
5. （2020全国Ⅰ，5分）分子间作用力 与分子间距 的关系如图所示， 时， .分子间势能由 决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零.若一分子固定于原点 ，另一分子从距 点很远处向 点运动，在两分子间距减小到 的过程中，势能减小（2分）（填“减小”“不变”或“增大”）；在间距由 减小到 的过程中，势能减小（2分）（填“减小”“不变”或“增大”）；在间距等于 处，势能小于（1分）（填“大于”“等于”或“小于”）零.
[解析] 若一分子固定于原点 ，另一分子从距 点很远处向 点运动，在两分子间距减小到 的过程中，分子力做正功，势能减小；由 减小到 的过程中，分子力仍做正功，势能减小；在间距为 处，势能小于零.
6. [2023浙江6月选考，8分]如图所示,导热良好的固定直立圆筒内用面积 、质量 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 的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态 ,其体积 .缓慢推动活塞使气体达到状态 ，此时体积 .固定活塞，升高热源温度,气体达到状态 ，此时压强 .已知从状态 到状态 ，气体从外界吸收热量 ;从状态 到状态 ,气体内能增加 ;大气压 .
（1）气体从状态 到状态 ，其分子平均动能不变（1分）（选填“增大”“减小”或“不变”），圆筒内壁单位面积受到的压力增大（1分）（选填“增大”“ 减小”或“不变”）;
[解析] 气体从状态 到状态 发生等温压缩变化，其气体内能不变，分子平均动能不变（1分）|体积减小，压强增大，圆筒内壁单位面积受到的压力增大（1分）
（2）求气体在状态 的温度 ;
[答案] 气体处于状态 时，对活塞受力分析，有
解得
气体从状态 到状态 发生等温压缩变化，由玻意耳定律有
（1分）
解得 （1分）
气体从状态 到状态 ，做等容变化，由查理定律有 （1分）
解得 （1分）
（3）求气体从状态 到状态 过程中外界对系统做的功 .
[答案] 气体从状态 到状态 ，外界对气体不做功，所以 等于气体从状态 到状态 外界对气体做的功，由（1）问分析可知，从 到 内能的变化量等于从 到 内能的变化量，从 到 由热力学第一定律有
（1分）
解得 （1分）
7. [2022河北，8分]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,“ ”形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 .活塞面积为 ,隔板两侧气体体积均为 ,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;
[答案] 对上部气体，有 （2分）
对下部气体，有 （1分）
解得 ， （2分）
（ⅱ）“ ”形连杆活塞的质量（重力加速度大小为 .
[答案] 对活塞，有 （2分）
解得 （1分）
8. [2021全国甲，10分]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 、 两部分；初始时， 、 的体积均为 ，压强均等于大气压 .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 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，使 的体积减小为 .
（ⅰ）求 的体积和 的压强；
[答案] 对 部分气体由玻意耳定律有 （1分）
解得
对 部分气体由玻意耳定律有 （2分）
解得 （1分）
（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时 的体积和 的压强.
[答案] 设回到初始位置时 的体积为 ， 的压强为
对 部分气体由玻意耳定律有
（2分）
对 部分气体由玻意耳定律有 （2分）
联立解得 （1分）
（1分）
题组五
一、选择题
1. （2023新课标理综，6分，多选）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为 、 、 三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦.初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等.现通过电阻丝对 中的气体缓慢加热,停止加热并达到稳定后( AD )
A. 中的气体内能增加 B. 与 中的气体温度相等
C. 与 中的气体温度相等 D. 与 中的气体压强相等
[解析] 对活塞和弹簧
整体受力分析 压强 ， 对
中的气体升温，活塞右移
升温前，弹簧处于原长状态， 和 中气体的压强相等，升温后判断弹簧的形变情况如下
假设升温后，弹簧处于原长，则
相矛盾，假设不成立
假设升温后，弹簧伸长，则
相矛盾,假设不成立
因此弹簧只能压缩，则
,假设成立
对活塞受力分析可知 ，则压强关系满足 .由理想气体状态方程 可知,
又 , ,则 , , 错
2. [2020山东，3分]一定质量的理想气体从状态 开始，经 、 、 三个过程后回到初始状态 ，其 图像如图所示.已知三个状态的坐标分别为 、 、 .以下判断正确的是( C )
A. 气体在 过程中对外界做的功小于在 过程中对外界做的功
B. 气体在 过程中从外界吸收的热量大于在 过程中从外界吸收的热量
C. 在 过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量
D. 气体在 过程中内能的减少量大于 过程中内能的增加量
[解析] 气体在 过程中体积增大，气体对外做功，在 过程中体积增大，气体对外做功，根据 图像与横轴所围的面积表示做的功可知，在这两个过程中气体对外做的功相等，选项 错误；气体在 过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知， 、 两个状态温度相等，内能不变，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功；气体在 过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知， 状态的温度高于 状态的温度，内能增加，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功与内能增加量之和，即气体在 过程中吸收的热量小于气体在 过程中吸收的热量，选项 错误；气体在 的过程中，体积减小，温度降低，外界对气体做功，内能减小，根据热力学第一定律，外界对气体做的功小于气体放出的热量，选项 正确；由理想气体状态方程可知， 、 两个状态温度相等，内能相等，所以气体在 的过程中内能的减少量等于气体在 过程中内能的增加量，选项 错误.
二、非选择题
3. [2022河北，4分]如图,绝热密闭容器中装有一定质量的某种理想气体和一个充有同种气体的气球.容器内温度处处相同.气球内部压强大于外部压强.气球慢慢漏气后,容器中气球外部气体的压强将增大（2分）（填“增大”“减小”或“不变”）;温度将升高（2分）（填“升高”“降低”或“不变”）.
[解析] 气球慢慢漏气后，容器内气球外部的分子数密度增大，气球对封闭气体做正功，气体内能增大，温度升高，气体压强增大.
4. [2023全国甲，10分]一高压舱内气体的压强为1.2个大气压,温度为 ,密度为 .
（ⅰ）升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至 时舱内气体的密度;
[答案] 假设被释放的气体始终保持与舱内气体同温同压，对升温前舱内气体，由理想气体状态方程有 （2分）
气体的体积 , （1分）
解得 （2分）
解法一 气体压强不变，已知 ， ，
上式简化为 （1分）
将已知数据代入解得 （2分）
解法二 已知初态气体压强 ,温度 ， 高压舱内气体体积为 ，保持气体压强不变，假设升温后气体体积增大为 ，由盖-吕萨克定律可知
又气体质量保持不变，即
解得
解法三 设升温并释放部分气体之前，舱内气体的压强为 ，温度为 ，质量为 ,体积为 ;升温并释放部分气体之后，舱内剩余气体的压强为 ，温度为 ,质量为 ，体积为 ,则由题意可知 ,
由理想气体状态方程有
又 ，
则
代入数据解得
（ⅱ）保持温度 不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求此时舱内气体的密度.
[答案] 解法一 气体温度 , ，压强 ， ,密度
代入 （1分）
解得 （1分）
解法二 保持气体温度不变，降压前气体体积为 ，压强为 ，降压后压强减小为 ，气体体积增大为 ，由玻意耳定律有
同时
联立解得
解法三 设压强降至1.0个大气压时，舱内气体的压强为 ，温度为 ,质量为 ,体积为
由理想气体状态方程有
又 ，
则
又由 得
联立可得
代入数据解得
5. [2021河北，8分]某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气,温度为 时,压强为 .
（ⅰ）当夹层中空气的温度升至 ,求此时夹层中空气的压强;
[答案] 以夹层中气体为研究对象
初态： ，
末态： ， 未知
由查理定律有 （2分）
解得 . （2分）
（ⅱ）当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值，设环境温度为 ，大气压强为 .
[答案] 以夹层内气压达到 时的气体为研究对象，当其压强减小到 时的体积为 ，设夹层内气体体积为
由玻意耳定律有 （2分）
解得
故增加的空气质量与原来夹层中空气质量之比为 （2分）
6. [2020山东，7分]中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病.常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门.使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上.抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强.某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为 ，最终降到 ，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的 .若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的 ，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同.罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化.求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值.
[答案] 设火罐内气体初始状态参量分别为 、 、 ,温度降低后状态参量分别为 、 、 ，罐的容积为 ，由题意知 、 、 、 、 ①
由理想气体状态方程得
②（1分）
代入数据得 ③（1分）
对于抽气罐，设初态气体状态参量分别为 、 ，末态气体状态参量分别为 、 ,罐的容积为 ，由题意知 、 、 ④
由玻意耳定律得 ⑤（1分）
联立③⑤式，代入数据得 ⑥（1分）
设抽出的气体的体积为 ，由题意知
⑦（1分）
故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为
⑧（1分）
联立⑥⑦⑧式，代入数据得 .（1分）
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