专题17 热学（讲义）-【上好课】2025年高考物理二轮复习讲练测（新高考通用）

专题17 热学 目录 01考情透视·目标导航 3 4 5 题型一 分子动理论 固体和液体 5 5 一、分子动理论 5 二、固体和液体 6 7 8 考向一 分子动理论 8 考向二 固体和液体 9 题型二 气体实验定律和理想气体状态方程 10 10 一、气体实验定律与理想气体状态方程 10 二、处理气缸类问题的思路 11 三、处理管类问题的思路 11 四、处理变质量类问题的思路 11 12 13 考向一 有关理想气体的气缸类问题 13 考向二 有关理想气体的管类问题 15 考向三 有关理想气体的变质量类问题 16 题型三 热力学定律与气体状态变化的综合 18 18 一、 理想气体的常见图像 18 二、热力学定律 18 19 20 考向一 热力学定律和图像相结合的问题 20 考向二 热力学定律与气体实验定律相结合的问题 22 命题统计 命题要点 2024年 2023年 2022年 热 考 角 度 分子动理论 固体和液体 2023北京卷T1 2023海南卷T5 2022江苏卷T6 气体实验定律 2024江苏卷T13 2024全国甲卷T5 2024湖南卷T13 2024山东卷T16 2024江西卷T13 2024广西卷T14 2024广东卷T13 2023重庆卷T4 2023湖北卷T13 2023辽宁卷T5 2023海南卷T16 2023湖南卷T13 2023全国乙卷T14 2022重庆卷T16 2022广东卷T16 2022河北卷T16 2022湖南卷T16 2022山东卷T15 热力学定律 2024重庆卷T3 2024浙江卷T19 2024海南卷T11 2024北京卷T3 2024河北卷T9 2024湖北卷T13 2023河北卷T13 2023广东卷T13 2023天津卷T2 2023浙江卷T20 2023全国理综卷T8 2022天津卷T6 2022福建卷T10 2022重庆卷T15 2022北京卷T3 2022江苏卷T7 命题规律 从近三年高考试题来看，试题以选择题和计算题为主，其中气体实验定律和热力学定律的考查非常频繁，分子动理论、固体和液体这两部分内容考查频率不是太高。 考向预测 预计在2025年高考中，还会以选择题和计算题的形式重点考查气体实验定律和热力学定律，可能结合图像、生活中的场景和前沿科技进行考查。 命题情景 多以典型的图像、生产生活和科技与气体有关的为命题背景 常用方法 平衡法、牛顿第二定律、整体和隔离法 热学 分子动理论 气体实验定律 玻意耳定律： 查理定律： 物质是由大量分子组成 分子永不停息的无规则运动 分子间相互作用 固体液体 热力学定律 固体：晶体与非晶体 液体：表面张力 盖吕萨克定律： 热力学第一定律：∆U=Q+W 热力学第二定律：开尔文表述；克劳修斯表述 理想气体状态方程： 题型一 分子动理论 固体和液体 一、分子动理论 1.两种分子模型 物质有固态、液态和气态三种情况,不同物态下应将分子看成不同的模型。 (1)固体、液体分子一个一个紧密排列,可将分子看成球形或立方体形,如图所示,分子间距等于小球的直径或立方体的棱长,所以d=(球体模型)或d=(立方体模型)。 (2)气体分子不是一个一个紧密排列的,它们之间的距离很大,所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间,如图所示,此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体,所以d=。 提醒:对于气体,利用d=得到的不是分子直径,而是气体分子间的平均距离。 2.微观量与宏观量间的关系 微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。 宏观量:物体的体积V、摩尔体积Vm、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ。 (1)分子的质量:m0=。 (2)分子的体积:V0=(适用于固体和液体)。 (3)物体所含的分子数:N=·NA=·NA或N=·NA=·NA。 3.扩散现象、布朗运动与热运动的比较 现象 扩散现象 布朗运动 热运动 活动 主体 分子 固体微小颗粒 分子 区别 是分子的运动,发生在任何两种物质之间 是比分子大得多的颗粒的运动,只能在液体、气体中发生 是分子的运动,不能通过光学显微镜直接观察到 共同 点 (1)都是无规则运动;(2)都随温度的升高而更加激烈 联系 扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动 4.气体分子的速率分布 气体分子的速率呈“中间多、两头少”分布。 4.分子力和分子势能 分子力变化 分子势能变化 ①分子斥力、引力同时存在； ②当r>r0时，r增大，斥力引力都减小，斥力减小更快，分子力变现为引力； ③当r<r0当，r减小，斥力引力都增加，斥力增加更快，分子力变现为斥力； ④当r=r0时，斥力等于引力，分子力为零。 ①当r=r0时，分子势能最小； ②当r>r0时，r逐渐减小，分子势能逐渐减小； ③当r<r0当，r逐渐减小，分子势能逐渐增加。 二、固体和液体 1.晶体与非晶体的对比 分类 比较　　 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 外形 规则 不规则 不规则 熔点 确定 确定 不确定 物理性质 各向异性 各向同性 各向同性 原子排列 规则 多晶体的每个晶体间排列不规则 不规则 典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香 2.液体表面张力的理解 形成原因 表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力 表面特性 表面层分子间的引力使液面产生了表面张力,使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜 表面张力的方向 和液面相切,垂直于液面上的各条分界线 表面张力的效果 表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小 典型现象 球形液滴、肥皂泡、涟波、毛细现象、浸润和不浸润 1．（2023·海南·高考真题）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r0时，分子间表现为斥力 B．分子从无限远靠近到距离r0处过程中分子势能变大 C．分子势能在r0处最小 D．分子间距离小于r0且减小时，分子势能在减小 【答案】C 【详解】分子间距离大于r0，分子间表现为引力，分子从无限远靠近到距离r0处过程中，引力做正功，分子势能减小，则在r0处分子势能最小；继续减小距离，分子间表现为斥力，分子力做负功，分子势能增大。 故选C。 【技巧点拨】 （1）根据分子力大小随距离变化的特点做出判断； （2）分子力做正功分子势能减小，反之，增大。 2．（2022·江苏·高考真题）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 【答案】D 【详解】A．密闭容器中的氢气质量不变，分子个数不变，根据 可知当体积增大时，单位体积内分子个数变少，分子的密集程度变小，故A错误； B．气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的；压强增大并不是因为分子间斥力增大，故B错误； C．普通气体在温度不太低，压强不太大的情况下才能看作理想气体，故C错误； D．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，故D正确。 故选D。 【技巧点拨】 （1）气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的； （2）大量气体分子的速率呈现“中间多，两边少”的规律。 考向一 分子动理论 3．（2024·北京朝阳·二模）分子势能Ep随分子间距离r变化的图像如图所示。下列说法正确的是（　　） A．r1处分子间表现为引力 B．r2处分子间表现为斥力 C．时，r越小分子势能越大 D．分子间距离足够大时分子势能最小 【答案】C 【详解】ABD．分子势能为标量，在r=r2时，分子势能最小，则r2为平衡位置，分子力为零，由图可知r1处分子间表现为斥力。故ABD错误； C．由图可知时，r越小分子势能越大。故C正确。 故选C。 4．（2024·黑龙江齐齐哈尔·三模）茶道文化起源于中国，是一种以茶修身的生活方式。东坡有诗云“一勺励清心，酌水谁含出世想。”下列关于泡茶中的物理现象的说法错误的是（    ） A．泡茶时，开水比冷水能快速泡出茶香，是因为温度越高分子热运动越剧烈 B．放入茶叶后，水的颜色由浅变深，是扩散现象 C．泡茶过程中洒漏在茶托上的茶水可被茶托快速吸收，说明茶水与茶托间是浸润的 D．打碎的茶杯不能拼接复原，说明分子间不存在作用力 【答案】D 【详解】A．泡茶时，开水比冷水能快速泡出茶香，是因为温度越高分子热运动越剧烈，故A正确，不符合题意； B．放入茶叶后，水的颜色由浅变深，是扩散现象，故B正确，不符合题意； C．泡茶过程中洒漏在茶托上的茶水可被茶托快速吸收，说明茶水与茶托间是浸润的，故C正确，不符合题意； D．打碎的茶杯不能拼接复原，是因为分子间距离太大，分子间作用力可以忽略不计，并不是分子间不存在作用力，故D错误，符合题意。 故选D。 考向二 固体和液体 5．（2024·浙江温州·模拟预测）如图所示，甲、乙是课本上的两项实验，甲是探究晶体性质的实验（未画出加热工具），乙是薄膜干涉实验关于这两项实验，下列说法正确的是（　　） A．甲实验中，左图的石蜡熔化区域呈圆形，则呈放石蜡的是玻璃片 B．甲实验中，石蜡温度上升的过程中，内能不变 C．乙实验无论是在地面上还是在太空中，所得的实验现象一致 D．在太空中做乙实验，所得干涉条纹间距较在地面时更短 【答案】A 【详解】A．玻璃是非晶体，具有各向同性，各个方向的传热能力相同，因此熔化的石蜡呈圆形，故A正确； B．甲实验中，石蜡温度上升的过程中，内能增大，故B错误； CD．乙实验在太空中，由于薄膜厚度分布均匀，将不会出现干涉条纹，故CD错误。 故选A。 6．（2024·浙江金华·三模）2022年11月21日中国空间站第三次太空授课中演示了紫色水球从“活跃”到“懒惰”的过程。如图所示，用注射器向水球喷气，水球发生振动。向水球射入一枚质量10g的钢球，钢球留在水球中，再用注射器以相同方式向水球喷气，水球振动幅度减小。则（　　） A．首次喷气水球振幅较大一定是因为注射器喷气的频率与水球的固有频率相等 B．水球振动中不破裂，是因为中心的水对外面的水有万有引力的作用 C．钢球射入水球而未穿出，是水的表面张力起了作用 D．钢球在水中受到浮力为0.1N 【答案】C 【详解】A．根据动量定理，力的冲量相同的情况下，质量小的物体获得的速度大，振幅也大，故A错误； BC．水球振动中不破裂，钢球射入水球而未穿出，是水的表面张力起了作用，故B错误，C正确。 D．太空中处于失重状态，浮力为0，故D错误；故选C。 题型二 气体实验定律和理想气体状态方程 一、气体实验定律与理想气体状态方程 1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系 2.两个重要的推论 （1）查理定律的推论:Δp=ΔT （2）盖-吕萨克定律的推论:ΔV=ΔT 二、处理气缸类问题的思路 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。 三、处理管类问题的思路 解答此类问题，关键是液柱封闭气体压强的计算，求液柱封闭的气体压强时，一般以液柱为研究对象分析受力、列平衡方程，要注意： 1.液体因重力产生的压强大小为p＝ρgh(其中h为至液面的竖直高度)； 2.不要漏掉大气压强，同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力； 3.有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的液体，同种液体在同一水平面上各处压强相等； 4.当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”等，使计算过程简捷。 四、处理变质量类问题的思路 分析气体的变质量问题时，可以通过巧妙地选择合适的研究对象“化变为定”，即把“变质量”问题转化为“定质量”的气体问题，然后利用气体实验定律或理想气体状态方程求解。 1.充气问题：在充气时，将充进容器内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.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。 3.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。 4.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。 5.也可以利用pV＝nRT来处理有关变质量问题。 7．（2024·海南·高考真题）用铝制易拉罐制作温度计，一透明薄吸管里有一段油柱（长度不计）粗细均匀，吸管与罐密封性良好，罐内气体可视为理想气体，已知罐体积为，薄吸管底面积，罐外吸管总长度为20cm，当温度为27℃时，油柱离罐口10cm，不考虑大气压强变化，下列说法正确的是（　　） A．若在吸管上标注等差温度值，则刻度左密右疏 B．该装置所测温度不高于31.5℃ C．该装置所测温度不低于23.5℃ D．其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，则油柱离罐口距离增大 【答案】B 【详解】A．由盖—吕萨克定律得其中，，代入解得根据可知故若在吸管上标注等差温度值，则刻度均匀，故A错误； BC．当时，该装置所测的温度最高，代入解得故该装置所测温度不高于，当时，该装置所测的温度最低，代入解得故该装置所测温度不低于，故B正确，C错误； D．其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，由盖—吕萨克定律可知，油柱离罐口距离不变，故D错误。 故选B。 【技巧点拨】 （1）该变化是一个等压变化，利用盖吕萨克定律写出T和x的关系； （2）找出温度最高和最低x对应的长度。 8．（2024·甘肃·高考真题）如图，刚性容器内壁光滑、盛有一定量的气体，被隔板分成A、B两部分，隔板与容器右侧用一根轻质弹簧相连（忽略隔板厚度和弹簧体积）。容器横截面积为S、长为2l。开始时系统处于平衡态，A、B体积均为Sl，压强均为，弹簧为原长。现将B中气体抽出一半，B的体积变为原来的。整个过程系统温度保持不变，气体视为理想气体。求： （1）抽气之后A、B的压强。 （2）弹簧的劲度系数k。 【答案】（1），；（2） 【详解】（1）设抽气前两体积为，对气体A分析：抽气后根据玻意耳定律得解得对气体B分析，若体积不变的情况下抽去一半的气体，则压强变为原来的一半即，则根据玻意耳定律得解得 （2）由题意可知，弹簧的压缩量为，对活塞受力分析有根据胡克定律得联立得 【技巧点拨】 （1）对两部分气体分别列玻意耳定律方程； （2）对活塞列平衡方程，求弹簧劲度系数。 考向一 有关理想气体的气缸类问题 9．（2024·广东·高考真题）差压阀可控制气体进行单向流动，广泛应用于减震系统。如图所示，A、B两个导热良好的气缸通过差压阀连接，A内轻质活塞的上方与大气连通，B内气体体积不变。当A内气体压强减去B内气体压强大于时差压阀打开，A内气体缓慢进入B中；当该差值小于或等于时差压阀关闭。当环境温度时，A内气体体积，B内气体压强等于大气压强，已知活塞的横截面积，，，重力加速度大小取，A、B内的气体可视为理想气体，忽略活塞与气缸间的摩擦、差压阀与连接管内的气体体积不计。当环境温度降到时： （1）求B内气体压强； （2）求A内气体体积； （3）在活塞上缓慢倒入铁砂，若B内气体压强回到并保持不变，求已倒入铁砂的质量。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1、2）假设温度降低到时，差压阀没有打开，A、B两个气缸导热良好，B内气体做等容变化，初态，末态根据代入数据可得，A内气体做等压变化，压强保持不变，初态，末态根据代入数据可得由于假设成立，即 （3）恰好稳定时，A内气体压强为B内气体压强此时差压阀恰好关闭，所以有代入数据联立解得 10．（2024·宁夏四川·高考真题）如图，一竖直放置的汽缸内密封有一定量的气体，一不计厚度的轻质活塞可在汽缸内无摩擦滑动，移动范围被限制在卡销a、b之间，b与汽缸底部的距离，活塞的面积为。初始时，活塞在卡销a处，汽缸内气体的压强、温度与活塞外大气的压强、温度相同，分别为和。在活塞上施加竖直向下的外力，逐渐增大外力使活塞缓慢到达卡销b处（过程中气体温度视为不变），外力增加到并保持不变。 （1）求外力增加到时，卡销b对活塞支持力的大小； （2）再将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，求当活塞刚好能离开卡销b时气体的温度。 【答案】（1）100N；（2）327K 【详解】（1）活塞从位置到过程中，气体做等温变化，初态、末态、根据解得此时对活塞根据平衡条件解得卡销b对活塞支持力的大小 （2）将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，当活塞刚好能离开卡销b时，气体做等容变化，初态，末态，对活塞根据平衡条件解得设此时温度为，根据解得 考向二 有关理想气体的管类问题 11．（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。外界温度为时，气柱长度为；当外界温度缓慢升高到时，气柱长度变为。已知外界大气压恒为，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）。已知氮气在状态下的体积约为，阿伏伽德罗常数取。 【答案】（1）；（2）；（3） 【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，塑料管的横截面积为，初、末态气柱的长度分别为，气体对外做的功为。根据功的定义有解得 （2）设葫芦的容积为，封闭气体的初、末态温度分别为，体积分别为，根据盖—吕萨克定律有，，联立以上各式并代入题给数据得 （3）设在状态下，氮气的体积为、温度为，封闭气体的体积为，被封闭氮气的分子个数为。根据盖一吕萨克定律有其中联立以上各式并代入题给数据得个 12．（2025·陕西宝鸡·一模）如图所示，均匀薄壁U形玻璃管，左管上端封闭，右管上端开口且足够长，管内装有一定量的某种液体。右管内有一轻活塞，与管壁间无摩擦且不漏气。活塞与管内液体在左、右管内密封了两段空气柱（可视为理想气体）。当温度为T0时，左、右管内液面等高，两管内空气柱长度均为L。已知大气压强为P0，玻璃管横截面积为S，不计轻活塞重力。现将左右两管理想气体缓慢升高相同的温度，使两管液面高度差为L，左管压强变为原来的1.2倍。求： (1)理想气体温度升高到多少时两管液面高度差为L？ (2)温度升高过程中， 右管内的轻活塞上升的距离为多少？ 【答案】(1)T=1.8T0(2)1.3L 【详解】（1）当两管液面高度差为L时左管液柱下降，右管液柱上升，设此时温度为T，则有： 解得对左管封闭气体， 根据理想气体状态方程有联立以上式解得T=1.8T0 （2）升温过程中，右管封闭气体压强不变，设末状态时右管中封闭气体长度为，则有解得活塞上升的高度 考向三 有关理想气体的变质量类问题 13．（2024·广东·模拟预测）如图，竖直放置的内壁光滑且导热良好的圆柱体储气罐上、下封闭，上面带有一单向的限压阀，储气罐的高为，横截面积为，距离底部的地方有一圈卡槽，卡槽上放有一质量的活塞将罐内空间分为上、下两部分，当上部分气体的压强大于时，顶部的限压阀就会被顶开，金属孔盖与外部预警电路（图中未画出）连通发出预警，当上部分气体压强小于等于时，顶部的孔盖就会自动复原。开始时活塞下部分是真空的，上部分气体压强与外界一样均为，环境的热力学温度始终为。现在往储气罐的下部分充入外界气体，活塞恰好没动，气体视为理想气体，储气罐密封良好，重力加速度取。 (1)求此时储气罐下部分的气体压强； (2)若继续往储气罐下部分充入相同气体，预警器恰好未报警，求稳定时活塞上移的距离； (3)在第（2）问的条件下，求第二次充入气体的质量与第一次充入气体的质量之比。 【答案】(1)(2)(3) 【详解】（1）活塞恰好没动时，卡槽对活塞的作用力为0，设下部分气体的压强为，对活塞进行受力分析，有解得 （2）预警器恰好未报警时，上部分气体压强为，设此时活塞距储气罐顶端的高度为，对上部分气体，由玻意耳定律有解得即活塞上移 （3）下部分气体的压强稳定时下部分气体的体积设第二次充入气体的体积为矿，对下部分气体有解得同理可得，第一次充入的气体体积则第二次充入气体的质量与第一次充入气体的质量之比 14．（2024·陕西西安·三模）胎压指的是轮胎内部空气的压强，胎压的高低对汽车的性能和动力有着至关重要的作用，过高和过低都会缩短轮胎的使用寿命。绝大多数小轿车的轮胎胎压在230~250kPa之间为正常范围。已知轮胎内原有空气的压强为p=240kPa，胎内空气温度t=27℃，体积为V=20L。由于长时间行驶，胎内空气温度t1=77℃，胎内空气体积变成V1=21L。胎内气体均可视为理想气体。 （1）通过计算说明此时胎压是否正常？ （2）若胎压不正常，则需要放出部分空气，已知放出气体后胎压为p2=250kPa，胎内空气温度为t2=57°，胎内空气体积变成V'=20.5L，求放出气体的质量与胎内原来气体质量的比值。（保留小数点后两位） 【答案】（1）不正常；（2）0.03 【详解】（1）根据理想气体状态方程有解得说明此时胎压不正常； （2）根据理想气体状态方程有放出气体的质量与胎内原来气体质量的比值为。 题型三 热力学定律与气体状态变化的综合 1、 理想气体的常见图像 1．一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。 2．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。 二、热力学定律 1．对热力学第一定律的理解 (1)做功和热传递在改变系统内能上是等效的。 (2)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。 (3)热传递过程是系统与外界之间内能的转移。 2．热力学第一定律的三种特殊情况 (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。 3．公式ΔU＝W＋Q中符号法则的理解 物理量 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 3.热力学第二定律的含义 (1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。 (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程。 15．（2024·山东·高考真题）一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是（　　） A．a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 B．b→c过程，气体对外做功，内能增加 C．a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 D．a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量 【答案】C 【详解】A．a→b过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做功W<0，由盖-吕萨克定律可知 即内能增大，，根据热力学第一定律可知过程，气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内能，A错误； B．方法一：过程中气体与外界无热量交换，即又由气体体积增大可知，由热力学第一定律可知气体内能减少。 方法二：过程为等温过程，所以结合分析可知所以b到c过程气体的内能减少。故B错误； C．过程为等温过程，可知根据热力学第一定律可知过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，C正确； D．根据热力学第一定律结合上述解析可知：一整个热力学循环过程，整个过程气体对外做功，因此热力学第一定律可得故过程气体从外界吸收的热量不等于过程放出的热量，D错误。故选C。 【技巧点拨】 （1）明确每个过程是何种变化，该过程中温度、体积和压强如何变化； （2）利用热力学第一定律判断功、能、热量的变化。 16．（2024·重庆·高考真题）某救生手环主要由高压气罐密闭。气囊内视为理想气体。密闭气囊与人一起上浮的过程中。若气囊内气体温度不变，体积增大，则（   ） A．外界对气囊内气体做正功 B．气囊内气体压强增大 C．气囊内气体内能增大 D．气囊内气体从外界吸热 【答案】D 【详解】AB．气囊上浮过程，密闭气体温度不变，由玻意耳定律pV = C可知，体积变大，则压强变小，气体对外做功，故AB错误； CD．气体温度不变，内能不变，气体对外做功，W < 0，由热力学第一定律ΔU = Q＋W则Q > 0，需要从外界吸热，故C错误，D正确。故选D。 【技巧点拨】 （1）根据玻意耳定律明确体积、压强的变化； （2）根据热力学第一定律判断功、能、热量的变化。 考向一 热力学定律和图像相结合的问题 17．（2024·海南·高考真题）一定质量的理想气体从状态a开始经ab、bc、ca三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过O点，下列说法正确的是（   ） A．bc过程外界对气体做功 B．ca过程气体压强不变 C．ab过程气体放出热量 D．ca过程气体内能减小 【答案】AC 【详解】A．由理想气体状态方程化简可得由图像可知，图像的斜率越大，压强越小，故pa < pb = pcbc过程为等压变化，体积减小，外界对气体做功，故A正确； B．由理想气体状态方程化简可得由图像可知，图像的斜率越大，压强越小，故ca过程气体压强减小，故B错误； C．ab过程为等温变化，内能不变，故根据玻意耳定律可知，体积减小，压强增大，外界对气体做功，故根据热力学第一定律解得Ab过程气体放出热量，故C正确； D．ca过程，温度升高，内能增大，故D错误。故选C。 18．（2024·新疆河南·高考真题）如图，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程（过程中气体不与外界交换热量），2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1为等容过程。上述四个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是（　　） A．1→2过程中，气体内能增加 B．2→3过程中，气体向外放热 C．3→4过程中，气体内能不变 D．4→1过程中，气体向外放热 【答案】AD 【详解】A．1→2为绝热过程，根据热力学第一定律可知此时气体体积减小，外界对气体做功，故内能增加，故A正确； B．2→3为等压过程，根据盖吕萨克定律可知气体体积增大时温度增加，内能增大，此时气体体积增大，气体对外界做功，故气体吸收热量，故B错误； C．3→4为绝热过程，此时气体体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知气体内能减小，故C错误； D．4→1为等容过程，根据查理定律可知压强减小时温度减小，故内能减小，由于体积不变，故可知气体向外放热，故D正确。 故选AD。 考向二 热力学定律与气体实验定律相结合的问题 19．（2024·湖北·高考真题）如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为，C为已知常数，大气压强恒为，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求 （1）再次平衡时容器内气体的温度。 （2）此过程中容器内气体吸收的热量。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）气体进行等压变化，则由盖吕萨克定律得即解得 （2）此过程中气体内能增加气体对外做功大小为由热力学第一定律可得此过程中容器内气体吸收的热量 20．（2024·浙江·高考真题）如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为的左右两部分。面积为的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。 （1）气体从状态1到状态2是___（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）求水平恒力F的大小； （3）求电阻丝C放出的热量Q。 【答案】（1）气体从状态1到状态2是不可逆过程，分子平均动能不变；（2）；（3） 【详解】（1）根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板A的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不做功，又没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，分子平均动能不变。 （2）气体从状态1到状态2发生等温变化，则有解得状态2气体的压强为解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为对象，根据受力平衡可得解得 （3）当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，可知气体做等压变化，则有可得状态3气体的体积为该过程气体对外做功为根据热力学第一定律可得解得气体吸收的热量为可知电阻丝C放出的热量为 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 2 / 35 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题17 热学 目录 01考情透视·目标导航 3 4 5 题型一 分子动理论 固体和液体 5 5 一、分子动理论 5 二、固体和液体 6 7 8 考向一 分子动理论 8 考向二 固体和液体 8 题型二 气体实验定律和理想气体状态方程 9 9 一、气体实验定律与理想气体状态方程 9 二、处理气缸类问题的思路 10 三、处理管类问题的思路 10 四、处理变质量类问题的思路 10 11 12 考向一 有关理想气体的气缸类问题 12 考向二 有关理想气体的管类问题 13 考向三 有关理想气体的变质量类问题 14 题型三 热力学定律与气体状态变化的综合 15 15 一、 理想气体的常见图像 15 二、热力学定律 15 16 17 考向一 热力学定律和图像相结合的问题 17 考向二 热力学定律与气体实验定律相结合的问题 18 命题统计 命题要点 2024年 2023年 2022年 热 考 角 度 分子动理论 固体和液体 2023北京卷T1 2023海南卷T5 2022江苏卷T6 气体实验定律 2024江苏卷T13 2024全国甲卷T5 2024湖南卷T13 2024山东卷T16 2024江西卷T13 2024广西卷T14 2024广东卷T13 2023重庆卷T4 2023湖北卷T13 2023辽宁卷T5 2023海南卷T16 2023湖南卷T13 2023全国乙卷T14 2022重庆卷T16 2022广东卷T16 2022河北卷T16 2022湖南卷T16 2022山东卷T15 热力学定律 2024重庆卷T3 2024浙江卷T19 2024海南卷T11 2024北京卷T3 2024河北卷T9 2024湖北卷T13 2023河北卷T13 2023广东卷T13 2023天津卷T2 2023浙江卷T20 2023全国理综卷T8 2022天津卷T6 2022福建卷T10 2022重庆卷T15 2022北京卷T3 2022江苏卷T7 命题规律 从近三年高考试题来看，试题以选择题和计算题为主，其中气体实验定律和热力学定律的考查非常频繁，分子动理论、固体和液体这两部分内容考查频率不是太高。 考向预测 预计在2025年高考中，还会以选择题和计算题的形式重点考查气体实验定律和热力学定律，可能结合图像、生活中的场景和前沿科技进行考查。 命题情景 多以典型的图像、生产生活和科技与气体有关的为命题背景 常用方法 平衡法、牛顿第二定律、整体和隔离法 热学 分子动理论 气体实验定律 玻意耳定律： 查理定律： 物质是由大量分子组成 分子永不停息的无规则运动 分子间相互作用 固体液体 热力学定律 固体：晶体与非晶体 液体：表面张力 盖吕萨克定律： 热力学第一定律：∆U=Q+W 热力学第二定律：开尔文表述；克劳修斯表述 理想气体状态方程： 题型一 分子动理论 固体和液体 一、分子动理论 1.两种分子模型 物质有固态、液态和气态三种情况,不同物态下应将分子看成不同的模型。 (1)固体、液体分子一个一个紧密排列,可将分子看成球形或立方体形,如图所示,分子间距等于小球的直径或立方体的棱长,所以d=(球体模型)或d=(立方体模型)。 (2)气体分子不是一个一个紧密排列的,它们之间的距离很大,所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间,如图所示,此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体,所以d=。 提醒:对于气体,利用d=得到的不是分子直径,而是气体分子间的平均距离。 2.微观量与宏观量间的关系 微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。 宏观量:物体的体积V、摩尔体积Vm、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ。 (1)分子的质量:m0=。 (2)分子的体积:V0=(适用于固体和液体)。 (3)物体所含的分子数:N=·NA=·NA或N=·NA=·NA。 3.扩散现象、布朗运动与热运动的比较 现象 扩散现象 布朗运动 热运动 活动 主体 分子 固体微小颗粒 分子 区别 是分子的运动,发生在任何两种物质之间 是比分子大得多的颗粒的运动,只能在液体、气体中发生 是分子的运动,不能通过光学显微镜直接观察到 共同 点 (1)都是无规则运动;(2)都随温度的升高而更加激烈 联系 扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动 4.气体分子的速率分布 气体分子的速率呈“中间多、两头少”分布。 4.分子力和分子势能 分子力变化 分子势能变化 ①分子斥力、引力同时存在； ②当r>r0时，r增大，斥力引力都减小，斥力减小更快，分子力变现为引力； ③当r<r0当，r减小，斥力引力都增加，斥力增加更快，分子力变现为斥力； ④当r=r0时，斥力等于引力，分子力为零。 ①当r=r0时，分子势能最小； ②当r>r0时，r逐渐减小，分子势能逐渐减小； ③当r<r0当，r逐渐减小，分子势能逐渐增加。 二、固体和液体 1.晶体与非晶体的对比 分类 比较　　 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 外形 规则 不规则 不规则 熔点 确定 确定 不确定 物理性质 各向异性 各向同性 各向同性 原子排列 规则 多晶体的每个晶体间排列不规则 不规则 典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香 2.液体表面张力的理解 形成原因 表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力 表面特性 表面层分子间的引力使液面产生了表面张力,使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜 表面张力的方向 和液面相切,垂直于液面上的各条分界线 表面张力的效果 表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小 典型现象 球形液滴、肥皂泡、涟波、毛细现象、浸润和不浸润 1．（2023·海南·高考真题）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r0时，分子间表现为斥力 B．分子从无限远靠近到距离r0处过程中分子势能变大 C．分子势能在r0处最小 D．分子间距离小于r0且减小时，分子势能在减小 【技巧点拨】 （1）根据分子力大小随距离变化的特点做出判断； （2）分子力做正功分子势能减小，反之，增大。 2．（2022·江苏·高考真题）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 【技巧点拨】 （1）气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的； （2）大量气体分子的速率呈现“中间多，两边少”的规律。 考向一 分子动理论 3．（2024·北京朝阳·二模）分子势能Ep随分子间距离r变化的图像如图所示。下列说法正确的是（　　） A．r1处分子间表现为引力 B．r2处分子间表现为斥力 C．时，r越小分子势能越大 D．分子间距离足够大时分子势能最小 4．（2024·黑龙江齐齐哈尔·三模）茶道文化起源于中国，是一种以茶修身的生活方式。东坡有诗云“一勺励清心，酌水谁含出世想。”下列关于泡茶中的物理现象的说法错误的是（    ） A．泡茶时，开水比冷水能快速泡出茶香，是因为温度越高分子热运动越剧烈 B．放入茶叶后，水的颜色由浅变深，是扩散现象 C．泡茶过程中洒漏在茶托上的茶水可被茶托快速吸收，说明茶水与茶托间是浸润的 D．打碎的茶杯不能拼接复原，说明分子间不存在作用力 考向二 固体和液体 5．（2024·浙江温州·模拟预测）如图所示，甲、乙是课本上的两项实验，甲是探究晶体性质的实验（未画出加热工具），乙是薄膜干涉实验关于这两项实验，下列说法正确的是（　　） A．甲实验中，左图的石蜡熔化区域呈圆形，则呈放石蜡的是玻璃片 B．甲实验中，石蜡温度上升的过程中，内能不变 C．乙实验无论是在地面上还是在太空中，所得的实验现象一致 D．在太空中做乙实验，所得干涉条纹间距较在地面时更短 6．（2024·浙江金华·三模）2022年11月21日中国空间站第三次太空授课中演示了紫色水球从“活跃”到“懒惰”的过程。如图所示，用注射器向水球喷气，水球发生振动。向水球射入一枚质量10g的钢球，钢球留在水球中，再用注射器以相同方式向水球喷气，水球振动幅度减小。则（　　） A．首次喷气水球振幅较大一定是因为注射器喷气的频率与水球的固有频率相等 B．水球振动中不破裂，是因为中心的水对外面的水有万有引力的作用 C．钢球射入水球而未穿出，是水的表面张力起了作用 D．钢球在水中受到浮力为0.1N 题型二 气体实验定律和理想气体状态方程 一、气体实验定律与理想气体状态方程 1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系 2.两个重要的推论 （1）查理定律的推论:Δp=ΔT （2）盖-吕萨克定律的推论:ΔV=ΔT 二、处理气缸类问题的思路 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。 三、处理管类问题的思路 解答此类问题，关键是液柱封闭气体压强的计算，求液柱封闭的气体压强时，一般以液柱为研究对象分析受力、列平衡方程，要注意： 1.液体因重力产生的压强大小为p＝ρgh(其中h为至液面的竖直高度)； 2.不要漏掉大气压强，同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力； 3.有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的液体，同种液体在同一水平面上各处压强相等； 4.当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”等，使计算过程简捷。 四、处理变质量类问题的思路 分析气体的变质量问题时，可以通过巧妙地选择合适的研究对象“化变为定”，即把“变质量”问题转化为“定质量”的气体问题，然后利用气体实验定律或理想气体状态方程求解。 1.充气问题：在充气时，将充进容器内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.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。 3.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。 4.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。 5.也可以利用pV＝nRT来处理有关变质量问题。 7．（2024·海南·高考真题）用铝制易拉罐制作温度计，一透明薄吸管里有一段油柱（长度不计）粗细均匀，吸管与罐密封性良好，罐内气体可视为理想气体，已知罐体积为，薄吸管底面积，罐外吸管总长度为20cm，当温度为27℃时，油柱离罐口10cm，不考虑大气压强变化，下列说法正确的是（　　） A．若在吸管上标注等差温度值，则刻度左密右疏 B．该装置所测温度不高于31.5℃ C．该装置所测温度不低于23.5℃ D．其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，则油柱离罐口距离增大 【技巧点拨】 （1）该变化是一个等压变化，利用盖吕萨克定律写出T和x的关系； （2）找出温度最高和最低x对应的长度。 8．（2024·甘肃·高考真题）如图，刚性容器内壁光滑、盛有一定量的气体，被隔板分成A、B两部分，隔板与容器右侧用一根轻质弹簧相连（忽略隔板厚度和弹簧体积）。容器横截面积为S、长为2l。开始时系统处于平衡态，A、B体积均为Sl，压强均为，弹簧为原长。现将B中气体抽出一半，B的体积变为原来的。整个过程系统温度保持不变，气体视为理想气体。求： （1）抽气之后A、B的压强。 （2）弹簧的劲度系数k。 【技巧点拨】 （1）对两部分气体分别列玻意耳定律方程； （2）对活塞列平衡方程，求弹簧劲度系数。 考向一 有关理想气体的气缸类问题 9．（2024·广东·高考真题）差压阀可控制气体进行单向流动，广泛应用于减震系统。如图所示，A、B两个导热良好的气缸通过差压阀连接，A内轻质活塞的上方与大气连通，B内气体体积不变。当A内气体压强减去B内气体压强大于时差压阀打开，A内气体缓慢进入B中；当该差值小于或等于时差压阀关闭。当环境温度时，A内气体体积，B内气体压强等于大气压强，已知活塞的横截面积，，，重力加速度大小取，A、B内的气体可视为理想气体，忽略活塞与气缸间的摩擦、差压阀与连接管内的气体体积不计。当环境温度降到时： （1）求B内气体压强； （2）求A内气体体积； （3）在活塞上缓慢倒入铁砂，若B内气体压强回到并保持不变，求已倒入铁砂的质量。 10．（2024·宁夏四川·高考真题）如图，一竖直放置的汽缸内密封有一定量的气体，一不计厚度的轻质活塞可在汽缸内无摩擦滑动，移动范围被限制在卡销a、b之间，b与汽缸底部的距离，活塞的面积为。初始时，活塞在卡销a处，汽缸内气体的压强、温度与活塞外大气的压强、温度相同，分别为和。在活塞上施加竖直向下的外力，逐渐增大外力使活塞缓慢到达卡销b处（过程中气体温度视为不变），外力增加到并保持不变。 （1）求外力增加到时，卡销b对活塞支持力的大小； （2）再将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，求当活塞刚好能离开卡销b时气体的温度。 考向二 有关理想气体的管类问题 11．（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。外界温度为时，气柱长度为；当外界温度缓慢升高到时，气柱长度变为。已知外界大气压恒为，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）。已知氮气在状态下的体积约为，阿伏伽德罗常数取。 12．（2025·陕西宝鸡·一模）如图所示，均匀薄壁U形玻璃管，左管上端封闭，右管上端开口且足够长，管内装有一定量的某种液体。右管内有一轻活塞，与管壁间无摩擦且不漏气。活塞与管内液体在左、右管内密封了两段空气柱（可视为理想气体）。当温度为T0时，左、右管内液面等高，两管内空气柱长度均为L。已知大气压强为P0，玻璃管横截面积为S，不计轻活塞重力。现将左右两管理想气体缓慢升高相同的温度，使两管液面高度差为L，左管压强变为原来的1.2倍。求： (1)理想气体温度升高到多少时两管液面高度差为L？ (2)温度升高过程中， 右管内的轻活塞上升的距离为多少？ 考向三 有关理想气体的变质量类问题 13．（2024·广东·模拟预测）如图，竖直放置的内壁光滑且导热良好的圆柱体储气罐上、下封闭，上面带有一单向的限压阀，储气罐的高为，横截面积为，距离底部的地方有一圈卡槽，卡槽上放有一质量的活塞将罐内空间分为上、下两部分，当上部分气体的压强大于时，顶部的限压阀就会被顶开，金属孔盖与外部预警电路（图中未画出）连通发出预警，当上部分气体压强小于等于时，顶部的孔盖就会自动复原。开始时活塞下部分是真空的，上部分气体压强与外界一样均为，环境的热力学温度始终为。现在往储气罐的下部分充入外界气体，活塞恰好没动，气体视为理想气体，储气罐密封良好，重力加速度取。 (1)求此时储气罐下部分的气体压强； (2)若继续往储气罐下部分充入相同气体，预警器恰好未报警，求稳定时活塞上移的距离； (3)在第（2）问的条件下，求第二次充入气体的质量与第一次充入气体的质量之比。 14．（2024·陕西西安·三模）胎压指的是轮胎内部空气的压强，胎压的高低对汽车的性能和动力有着至关重要的作用，过高和过低都会缩短轮胎的使用寿命。绝大多数小轿车的轮胎胎压在230~250kPa之间为正常范围。已知轮胎内原有空气的压强为p=240kPa，胎内空气温度t=27℃，体积为V=20L。由于长时间行驶，胎内空气温度t1=77℃，胎内空气体积变成V1=21L。胎内气体均可视为理想气体。 （1）通过计算说明此时胎压是否正常？ （2）若胎压不正常，则需要放出部分空气，已知放出气体后胎压为p2=250kPa，胎内空气温度为t2=57°，胎内空气体积变成V'=20.5L，求放出气体的质量与胎内原来气体质量的比值。（保留小数点后两位） 题型三 热力学定律与气体状态变化的综合 1、 理想气体的常见图像 1．一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。 2．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。 二、热力学定律 1．对热力学第一定律的理解 (1)做功和热传递在改变系统内能上是等效的。 (2)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。 (3)热传递过程是系统与外界之间内能的转移。 2．热力学第一定律的三种特殊情况 (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。 3．公式ΔU＝W＋Q中符号法则的理解 物理量 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 3.热力学第二定律的含义 (1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。 (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程。 15．（2024·山东·高考真题）一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是（　　） A．a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 B．b→c过程，气体对外做功，内能增加 C．a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 D．a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量 【技巧点拨】 （1）明确每个过程是何种变化，该过程中温度、体积和压强如何变化； （2）利用热力学第一定律判断功、能、热量的变化。 16．（2024·重庆·高考真题）某救生手环主要由高压气罐密闭。气囊内视为理想气体。密闭气囊与人一起上浮的过程中。若气囊内气体温度不变，体积增大，则（   ） A．外界对气囊内气体做正功 B．气囊内气体压强增大 C．气囊内气体内能增大 D．气囊内气体从外界吸热 【技巧点拨】 （1）根据玻意耳定律明确体积、压强的变化； （2）根据热力学第一定律判断功、能、热量的变化。 考向一 热力学定律和图像相结合的问题 17．（2024·海南·高考真题）一定质量的理想气体从状态a开始经ab、bc、ca三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过O点，下列说法正确的是（   ） A．bc过程外界对气体做功 B．ca过程气体压强不变 C．ab过程气体放出热量 D．ca过程气体内能减小 18．（2024·新疆河南·高考真题）如图，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程（过程中气体不与外界交换热量），2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1为等容过程。上述四个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是（　　） A．1→2过程中，气体内能增加 B．2→3过程中，气体向外放热 C．3→4过程中，气体内能不变 D．4→1过程中，气体向外放热 考向二 热力学定律与气体实验定律相结合的问题 19．（2024·湖北·高考真题）如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为，C为已知常数，大气压强恒为，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求 （1）再次平衡时容器内气体的温度。 （2）此过程中容器内气体吸收的热量。 20．（2024·浙江·高考真题）如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为的左右两部分。面积为的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。 （1）气体从状态1到状态2是___（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）求水平恒力F的大小； （3）求电阻丝C放出的热量Q。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 2 / 35 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$