重难点17 分子动理论和理想气体综合-2025年高考物理【热点·重点·难点】专练（天津专用）

重难点17 分子动理论和理想气体综合 考点 2025考向预测 考点1：微观量估算的两种“模型” 通过对近几年高考的分析，本专题中分子动理论、热力学定律及理想气体状态方程的应用仍然是高考命题的热点，题型有选择题、实验题及计算题． 趋势分析：在复习过程中应加强对分子动理论以及热力学定律相关的选择题或计算题的练习，加强对综合考查气体实验定律及热力学定律的计算题的训练．。 考点2：布朗运动与分子热运动及分子力和内能 考点3：气体压强的计算及微观解释 考点4：气体实验定律及应用及气体状态变化的图像问题 考点5：热力学第一定律与图像的综合应用 【情境解读】 【高分技巧】 1．微观量估算的两种“模型” ①微观量与宏观量 (1)微观量：分子质量m0、分子体积V0、分子直径d等． (2)宏观量：物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ、物体的体积V、摩尔体积Vmol等． ②分子的两种模型 (1)球模型：V0＝πd3，得直径d＝(常用于固体和液体)． (2)立方体模型：V0＝d3，得边长d＝(常用于气体)． ③几个重要关系 (1)一个分子的质量：m0＝. (2)一个分子的体积：V0＝(注意：对于气体，V0表示一个气体分子占有的空间)． (3)1 mol物体的体积：Vmol＝. 2．分子力和内能 ①分子间的作用力、分子势能与分子间距离的关系 分子间的作用力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)． (1)当r＞r0时，分子间的作用力表现为引力，当r增大时，分子间的作用力做负功，分子势能增大． (2)当r＜r0时，分子间的作用力表现为斥力，当r减小时，分子间的作用力做负功，分子势能增大． (3)当r＝r0时，分子势能最小. ②分析物体内能问题的五点提醒 (1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法． (2)内能的大小与温度、体积、物质的量和物态等因素有关． (3)通过做功或热传递可以改变物体的内能． (4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能都相同． (5)内能由物体内部分子微观运动状态决定，与物体整体运动情况无关．任何物体都具有内能，恒不为零． 3．气体压强的计算及微观解释 ①气体压强的计算 (1)活塞模型 如图所示是最常见的封闭气体的两种方式． 求气体压强的基本方法：先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程． 图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0.由于活塞处于平衡状态，所以p0S＋mg＝pS， 则气体的压强为p＝p0＋. 图乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以pS＋mg＝p0S， 则气体压强为p＝p0－＝p0－ρ液gh. (2)连通器模型 如图所示，U形管竖直放置．同一液体中的相同高度处压强一定相等，所以气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来．则有pB＋ρgh2＝pA， 而pA＝p0＋ρgh1， 所以气体B的压强为pB＝p0＋ρg(h1－h2)． ②气体分子运动的速率分布图像 气体分子间距离大约是分子直径的10倍，分子间作用力十分微弱，可忽略不计；分子沿各个方向运动的机会均等；分子速率的分布规律按“中间多、两头少”的统计规律分布，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大，如图所示． ③气体压强的微观解释 (1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力． (2)决定因素(一定质量的某种理想气体) ①宏观上：决定于气体的温度和体积． ②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度． 4.气体实验定律及应用 ①气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律 内容 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比 表达式 p1V1＝p2V2 ＝ 拓展：Δp＝ΔT ＝ 拓展：ΔV＝ΔT 微观解释 一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变．体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强增大 一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强增大 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大．只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变 图像 ②分析气体状态变化的问题要抓住三点 (1)弄清一个物理过程分为哪几个阶段． (2)找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的． (3)明确哪个阶段应遵循什么实验定律． 5.气体状态变化的图像问题 ①四种图像的比较 类别 特点(其中C为常量) 举例 p－V 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 p－T p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小 V－T V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小 ②处理气体状态变化的图像问题的技巧 (1)首先应明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个状态，它对应着三个状态量；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．看此过程属于等温、等容还是等压变化，然后用相应规律求解． (2)在V－T图像(或p－T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)时，可比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大． 6.热力学第一定律与图像的综合应用 ①气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程＝C分析． ②气体的做功情况、内能变化及吸放热关系可由热力学第一定律分析． (1)由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功． (2)由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小． (3)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断气体是吸热还是放热． (4)在p－V图像中，图像与横轴所围面积表示对外或外界对气体整个过程中所做的功． （建议用时：60分钟） 【考向一：微观量估算的两种“模型”】 1．（2024·山东菏泽·模拟预测）如图所示的露珠，若该露珠的体积为，已知水的密度，摩尔质量，阿伏加德罗常数为。则下列说法正确的是（    ） A．1g水含有的分子数约为个 B．1个水分子的体积约为 C．露珠中含有的分子数约为个 D．个水分子的质量约为24.3g 2．（2024·江西鹰潭·模拟预测）某密封钢瓶的体积为V，内装有密度为ρ的氮气，已知氮气的摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为，则下列说法正确的是（　　） A．钢瓶中氮气的物质的量为 B．钢瓶中氮气的分子数为 C．每个氮气分子的质量为 D．只要知道氮气的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，就可以算出氮气的分子体积 3．（2024·北京海淀·模拟预测）若以表示水的摩尔质量，v表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，为在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，m、V分别表示每个水分子的质量和体积，下面正确的是（　　） A． B． C． D． 4．（2024·吉林松原·模拟预测）氦是一种惰性气体，具有较低的沸点和良好的热传导性能。它被广泛应用于制冷和冷却中。若以表示氦的摩尔质量，表示在标准状态下氦蒸气的摩尔体积，表示在标准状态下氦蒸气的密度，表示阿伏加德罗常数，分别表示每个氦分子的质量和体积，则下列表达式正确的是（　　） A． B． C． D． 5．（2025·安徽黄山·一模）已知外部环境温度为0℃，大气压强为750mmHg，该环境下1mol气体的体积是22.4L，阿伏伽德罗常数。假设某运动员放松情况下肺内气体体积约为3.5L，该运动员某次深呼吸吸入外部空气的体积。则： (1)求该次吸入的空气分子总数；（结果取一位有效数字） (2)已知运动员肺部的温度恒为37℃，吸气时扩张肺部，大气压把新鲜的外部空气通过鼻喉等升温至37℃压入肺内，并迅速达到内外的气压平衡。求运动员该次深呼吸后肺内气体增加的体积； (3)已知运动员在呼吸时能承受的内外气压差的最大值是150mmHg。此次吸气后，运动员屏住呼吸并收缩肺部，求肺内气体体积能达到的最小值。 6．（2023·江苏南京·模拟预测）某同学估测室温的装置如图所示，用绝热的活塞封闭一定质量的理想气体，气缸导热性能良好。室温时气体的体积，将气缸竖直放置于恒为2℃的水中，稳定后封闭气体的体积。不计活塞重力及活塞与缸壁间的摩擦，室内大气，阿伏加德罗常数。（取） (1)求室温是多少； (2)若已知该气体在、0℃时的摩尔体积为22.4L/mol，求气缸内气体分子数目N；（计算结果保留两位有效数字） (3)若已知该气体内能U与温度T满足，则在上述过程中该气体向外释放的热量Q。 【考向二：布朗运动与分子热运动及分子力和内能】 7．（2024·天津滨海新·三模）下列说法中正确的是（　　） A．两个不同的物体，只要温度和体积相同，内能就相同 B．由热力学第二定律可知从单一热源吸收热量，完全变成功是不可能的 C．当分子间的作用力表现为斥力时，随着分子间距离的增大，分子势能减小 D．单位时间内气体分子对容器壁单位面积上的碰撞次数减小，气体的压强一定减小 8．（2024·天津武清·模拟预测）如图所示，水平液柱封闭了烧瓶中的气体，外界大气压强保持不变。当气体温度变化后，液柱稍稍向右移动，下列关于烧瓶内气体说法正确的是（　　） A．气体分子平均动能减少 B．气体分子的数密度变大 C．单位面积上单位时间内气体分子的撞击器壁的次数变少 D．气体对外做功大于气体从外界吸收的热量 9．（2024·天津滨海新·模拟预测）下列说法正确的是（　　） A．布朗运动是液体分子的无规则运动 B．分子势能Ep=0时，分子间作用力F=0 C．一定质量的理想气体温度不变，体积减小，单位时间单位面积分子碰撞次数变多 D．一定质量的理想气体温度升高，每个分子的动能都增大 10．（2024·天津红桥·二模）如图，一定质量的理想气体，用活塞封闭在开口向上的导热气缸内。若环境温度不变，活塞与气缸壁间无摩擦，现对活塞施加向下压力使其缓慢下降，此过程中（    ） A．缸内气体压强增大，内能增加 B．缸内气体分子平均动能增大，吸收热量 C．外界对气体做功，缸内气体温度升高 D．缸内气体分子在单位时间内碰撞到容器壁单位面积上的次数增多 11．（2024·天津河东·二模）一定质量的理想气体，从状态a开始经历如图所示的状态变化过程回到原状态，则下列说法中正确的是（    ） A．a→b的过程气体放出热量 B．b→c的过程是等温变化 C．c→a的过程气体分子的平均动能减小 D．c状态比b状态单位时间内撞击容器壁单位面积的分子数多 12．（2024·天津和平·二模）取一个空的金属易拉罐，在开口处插入一根粗细均匀的长透明吸管，在吸管内注入一小段油柱（长度、质量均可忽略），然后用蜡将易拉罐开口处密封。以密封处为原点，在吸管上标上刻度，如果不考虑大气压的变化，就是一个简易的气温计，如图所示。当环境温度由缓慢升高到的过程中，油柱从刻度L处上升到2L处，则（　　） A．这一过程中，罐壁单位面积上单位时间内碰撞的气体分子数减少 B．这一过程中，罐内气体分子的平均动能保持不变 C．油柱在刻度L处时罐内气体压强小于油柱在2L处时的压强 D．这一过程中，罐内气体对外做的功小于气体从外界吸收的热量 13．（2024·天津南开·一模）下列说法正确的是（　　） A．由图甲可知，状态①的温度比状态②的温度低 B．由图乙可知，气体由状态A变化到B的过程中，气体分子平均动能一直增大 C．由图丙可知，当分子间的距离时，分子间的作用力随分子间距离的增大先减小后增大 D．由图丁可知，在r由变到的过程中分子力做正功 14．（2024·天津北辰·三模）某同学取一装有少量水的塑料矿泉水瓶，旋紧瓶盖，双手快速用力挤压水瓶，然后迅速拧松瓶盖，瓶盖被顶飞，则（　　） A．快速挤压水瓶过程中，瓶内气体分子的平均动能减小 B．快速挤压水瓶过程中，瓶内气体压强不变 C．瓶盖被顶飞过程中，瓶内气体温度升高 D．瓶盖被顶飞过程中，瓶内气体对外做功 15．（2024·天津和平·三模）自热米饭因其便于加热和携带越来越受到游客的欢迎。自热米饭盒内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热能，不需要明火，温度可超过100，盖上盒盖便能在10～15分钟内迅速加热食品。自热米饭的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵塞，温度升高到一定程度，容易造成小型爆炸（在极短时间内气体急剧膨胀）。下列说法正确的是（　　） A．自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果 B．自热米饭盒爆炸前的加热过程，盒内气体压强保持不变 C．自热米饭盒爆炸的过程中，盒内气体内能减少 D．自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，标志着每一个气体分子速率都增大了 16．（2024·天津河西·模拟预测）一定质量的理想气体由状态A变到状态B的图线如图所示，可知在由A到B的过程中正确的是（    ） A．气体分子的平均动能增大 B．气体分子间的平均距离减小 C．气体的压强增大，体积减小 D．气体一定吸收热量 【考向三：气体压强的计算及微观解释】 17．（2024·天津滨海新·三模）去高原旅游时，通常会发现所带密封的食品包装袋相对在平原上膨胀许多，因旅行路途遥远，此过程变化缓慢，与外界热交换充分。假设环境温度不变，将袋内气体视为理想气体，则可判断（　　） A．袋内气体对外界做正功 B．包装袋中气体内能减小 C．包装袋中气体压强增大 D．包装袋中气体吸收热量 18．（2024·天津河西·二模）气压式电脑升降桌通过汽缸上下运动来支配桌子升降，其简易结构如图所示。圆柱形汽缸与桌面固定连接，柱状活塞与底座固定连接。可自由移动的汽缸与活塞之间封闭着一定质量的理想气体，汽缸导热性能良好，活塞可在气缸内无摩擦活动。设气体的初始状态为A，将电脑放在桌面上保持不动，桌子缓慢下降一段距离后达到稳定状态B。打开空调一段时间后，室内温度降低到设定温度，稳定后气桌面体状态为C。则气体从状态的过程中，下列说法正确的是（　　） A．从A到B的过程中，气体等温压缩，压强增大 B．从A到B的过程中，气体从外界吸热 C．从B到C的过程中，气体等压降温，体积增大 D．从B到C的过程中，气体从外界吸热 19．（2024·天津·一模）下列有关热学问题说法正确的是（　　） A．图甲是理想气体分子速率的分布规律，气体在①状态下的分子平均动能小于②状态下的分子平均动能 B．图乙是分子势能EP与分子间距r的关系示意图，在时分子力表现为引力 C．图丙为压力锅示意图，在关火后打开压力阀开始放气的瞬间，锅内气体对外界做功，内能减少 D．图丁为一定质量的理想气体分别在、温度下发生的等温变化，由图可知 20．（2024·云南红河·一模）北京时间2023年7月20日21时40分，经过约8小时的出舱活动，神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮密切协同，在空间站机械臂支持下，圆满完成出舱活动全部既定任务。气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其原理图如图所示。座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气（可视为理想气体），气闸舱B内为真空。打开阀门K，A中气体进入B中，最终达到平衡，假设此过程中系统与外界没有热交换。下列说法正确的是（　　）    A．气体对外做功，内能减小 B．气体等温膨胀，压强减小 C．气体向真空扩散的过程是可逆过程 D．气体分子单位时间内与A舱壁单位面积上的碰撞次数将减少 21．（2024·天津·一模）一定质量的理想气体状态变化情况如图所示，a、c状态的温度相同，下列判断正确的是（　　） A．a状态比b状态的内能大 B．a到b过程气体吸收热量 C．b到c过程气体对外做功 D．b到c过程气体内能不变 22．（2024·河南焦作·一模）“珍爱生命、预防溺水”。如图中的游泳浮漂是游泳爱好者自我保护的装备，采用高弹、环保的PVC材质，内置双气囊，使用时向里充气使之膨胀，充气后体积可视为不变且不漏气，气囊内气体可视为理想气体。当充气浮漂在水中温度降低时，则浮漂气囊内气体（　　） A．压强变大 B．内能增加 C．向外界放热 D．分子数密度减小 【考向四：气体实验定律及应用及气体状态变化的图像问题】 23．（2024·天津蓟州·三模）中医拔罐疗法在中国有着悠久的历史，其方法是以罐为工具，将点燃的纸片放入一个小罐内，纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上，造成局部瘀血，以达到治疗的效果。在纸片熄灭后很短时间内（　　） A．火罐内的气体温度不变，体积减小，压强增大，气体内能不变 B．火罐内的气体体积不变，温度降低，压强减小，气体内能减小 C．火罐内的气体压强不变，温度降低，体积减小，气体内能减小 D．火罐内的气体体积不变，温度降低，压强增大，气体内能不变 24．（2024·天津南开·二模）进藏自驾游能够让你体验到西藏的自然美景和丰富的文化底蕴。在驾车从低海拔向高海拔行驶过程中，密封包装的食品包装袋会发生膨胀现象，如图所示。若此过程中温度不变，把袋内空气视为理想气体，下列说法正确的是（    ） A．袋内空气一定对外界做功 B．袋内空气分子的平均动能一定增大 C．袋内空气压强一定增大 D．袋内空气一定对外界放热 袋内空气一定对外界吸热，故D错误。 25．（2024·天津·二模）容器内密闭一定质量的理想气体，从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p—V图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．气体处于状态B时的热力学温度是A状态时的3倍 B．从状态B变化到状态C，气体的内能不变 C．从状态B变化到状态C，单位时间容器壁单位面积上碰撞的分子数减少 D．从状态A变化到状态B的过程气体放热 26．（2024·广东·二模）如图为某款自行车的气压式减震装置，活塞连接车把，气缸连接前轮。当路面不平时，自行车颠簸使得活塞上下振动，气缸内封闭的理想气体体积随之变化，起到减震作用。活塞迅速下压的过程中，气缸内的气体（　　） A．对外做正功 B．内能减小 C．温度升高，分子平均动能增加 D．分子对气缸壁单位面积的平均撞击力增加 27．（2024·全国·模拟预测）如图，一竖直放置、导热良好的汽缸上端开口，汽缸内壁上有卡口和b，a距缸底的高度为H，a、间距为，活塞只能在、间移动，其下方密封有一定质量的氮气。开始时活塞静止在卡口处，氮气的压强为0.8。现打开阀门，向缸内充入压强为、温度为的氮气，经时间后关闭，气体稳定后活塞恰好到达卡口处。已知活塞质量为，横截面积为，厚度可忽略，活塞与汽缸间的摩擦忽略不计，大气压强为，环境温度恒为，氮气可视为理想气体，重力加速度大小为。求：    (1)活塞在卡口处时，氮气的压强（结果用表示）； (2)从阀门充气时，氮气的平均流量（单位时间内通过阀门的体积）。 28．（2024·河南·模拟预测）如图所示，上端封口的细玻璃管插入水银槽中，玻璃管中被封闭一定质量的理想气体，管内水银面与槽内水银面的高度差为h，气体的温度为T0、压强为大气压强的0.75倍，气体的长度y为未知量。当把气体的温度缓慢地增加到1.5T0，管内水银面与槽内水银面的高度差变为0，管内水银面在上升或下降的过程中，认为槽内水银面的高度不变，大气压恒定。求： (1)气体的长度y； (2)当气体的温度缓慢增加到什么值时，管内水银面的高度比槽内水银面的高度低h。 【考向五：热力学第一定律与图像的综合应用】 29．（2024·天津·二模）一定质量的气体储存在体积不变的储气罐中，且可视为理想气体，气体温度降低，则关于罐内气体，下列说法正确的是（    ） A．压强减小，内能减小 B．吸收热量，对外做功 C．压强增大，分子平均动能减小 D．压强减小，分子间的作用力减小 30．（2024·天津和平·一模）健身球是一种内部充气的健身辅助器材，如图所示，球内的气体可视为理想气体，当球内气体被快速挤压时来不及与外界热交换，而缓慢变化时可认为能与外界充分的热交换。则下列说法正确的是（　　） A．人体快速挤压健身球过程中，球内气体压强减小 B．人体快速挤压健身球过程中，球内气体分子热运动的平均动能增大 C．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体压强增大 D．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体对外放热 31．（2024·福建泉州·二模）图示为某一种减震垫，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡内均充满一定质量的理想气体。当平板状物品平放在气泡上时，气泡被压缩。假设在压缩过程中，气泡内气体温度保持不变。下列说法正确的是（    ） A．压缩后气泡内气体的压强变大 B．压缩过程气泡内气体对外做正功 C．压缩过程气泡内气体吸收热量 D．压缩过程气泡内气体的内能不变 32．（2025·广西·一模）如图所示，竖直固定在水平桌面上的导热良好的汽缸粗细均匀，内壁光滑，上端开口，下端封闭。一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，汽缸底部与活塞用轻质细弹簧相连。现往活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子，汽缸内气体温度始终不变，弹簧始终处于伸长状态且在弹性限度内。关于汽缸内的气体，下列说法正确的是（    ） A．气体的压强增大 B．气体的压强不变 C．弹簧的弹性势能增大 D．气体从外界吸收热量 33．（2024·四川·模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体从状态开始经、、三个过程回到原状态。已知延长线过点，气体在状态、的压强分别为、，分子平均动能与热力学温度成正比。对于该气体，下列说法正确的是（　　） A．与状态相比，气体在状态下体积更大 B．气体在状态下的内能是状态下内能的2倍 C．过程气体放出热量 D．与过程相比，过程中气体做功的绝对值更大 34．（2024·甘肃·模拟预测）如图所示，筒高为h的汽缸倒立，活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸间的摩擦可忽略不计，活塞、汽缸均绝热，活塞下部空间与外界连通，汽缸底部连接一“U”形细管，细管右端口与大气连通，内部装有部分水银（管内气体的体积忽略不计）。初始时，封闭气体的温度为T0，活塞位于汽缸中央，细管内两侧水银柱的高度差为∆h0，大气压强为p0，活塞横截面积为S，厚度不计，水银的密度为ρ，重力加速度为g，求： (1)汽缸内气体的压强； (2)通过加热装置缓慢提升气体温度，使活塞恰好到达汽缸开口处，求此时汽缸内气体的温度；此加热过程中，若气体吸收的热量为Q，求气体内能的变化量。 35．（2025·宁夏陕西·模拟预测）如图，用绝热材料制成的密闭容器被隔板K分成Ⅰ、Ⅱ两部分，一定量的某理想气体处于Ⅰ中，Ⅱ内为真空。抽取隔板K，气体进入Ⅱ中，最终整个容器均匀地分布了这种气体。则此过程，该气体系统（　　） A．对外做功，体积膨胀 B．对外不做功，最终压强减小 C．内能减少，最终温度降低 D．无序度变大 36．（2024·江苏南通·一模）如图所示，在内壁光滑汽缸内封闭着一定质量的理想气体，用电热丝加热，使其温度升高，若活塞固定，吸收热量为；若活塞不固定，吸收热量为，则与的大小关系（　　） A． B． C． D．均有可能 37．（2024·浙江·模拟预测）某同学用导热性能好的注射器进行气体实验时，先用涂有润滑油柱塞密封一段空气柱（注射口用橡胶套堵住），注射器水平放置时，里面空气柱长度为10cm。然后将注射器竖直固定（如图所示），在柱塞上端左右两侧各挂一个100g的钩码后释放活塞，柱塞缓慢下移后最后静止。一段时间后，再将注射器竖直放入热水中，稳定后柱塞刚好回到最初的位置。已知柱塞的横截面积为2.4×10-4m，柱塞的质量为40g，外界的大气压强为1.0×105Pa，外界气温为27℃，整个过程中，注射器内空气的内能增加了0.42J。柱塞与注射器内壁间的摩擦不计。求： (1)在柱塞竖直下移过程中，气体的内能 （填增大、减小、不变）；在注射器竖直放入热水稳定后，单位面积、单位时间内气体分子撞击器壁的次数 （填增大、减小、不变）； (2)柱塞竖直下移后静止时，注射器内空气柱的长度； (3)在注射器竖直放入热水稳定过程中，注射器内空气吸热还是放热？传递的热量是多少？ 38．（2025·全国·模拟预测）1mol的气体温度变化时，若其吸收或放出的热量为Q，则该气体的摩尔热容为，与气体经历的变化过程有关，常用的有定压摩尔热容和定容摩尔热容两种。如图所示，截面积为S的密封良好的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体，稳定时气体压强与大气压强相同，均为，此时活塞到汽缸底部距离为L，活塞右侧L处有一固定卡环，活塞可在汽缸内无摩擦滑动。现使汽缸内气体温度缓慢升高为初始的2倍，这个过程气体内能升高了，之后再使气体温度升高为初始的3倍。已知理想气体内能与温度成正比，则该气体的定压摩尔热容和定容摩尔热容之比为（    ） A． B． C． D． 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 重难点17 分子动理论和理想气体综合 考点 2025考向预测 考点1：微观量估算的两种“模型” 通过对近几年高考的分析，本专题中分子动理论、热力学定律及理想气体状态方程的应用仍然是高考命题的热点，题型有选择题、实验题及计算题． 趋势分析：在复习过程中应加强对分子动理论以及热力学定律相关的选择题或计算题的练习，加强对综合考查气体实验定律及热力学定律的计算题的训练．。 考点2：布朗运动与分子热运动及分子力和内能 考点3：气体压强的计算及微观解释 考点4：气体实验定律及应用及气体状态变化的图像问题 考点5：热力学第一定律与图像的综合应用 【情境解读】 【高分技巧】 1．微观量估算的两种“模型” ①微观量与宏观量 (1)微观量：分子质量m0、分子体积V0、分子直径d等． (2)宏观量：物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ、物体的体积V、摩尔体积Vmol等． ②分子的两种模型 (1)球模型：V0＝πd3，得直径d＝(常用于固体和液体)． (2)立方体模型：V0＝d3，得边长d＝(常用于气体)． ③几个重要关系 (1)一个分子的质量：m0＝. (2)一个分子的体积：V0＝(注意：对于气体，V0表示一个气体分子占有的空间)． (3)1 mol物体的体积：Vmol＝. 2．分子力和内能 ①分子间的作用力、分子势能与分子间距离的关系 分子间的作用力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)． (1)当r＞r0时，分子间的作用力表现为引力，当r增大时，分子间的作用力做负功，分子势能增大． (2)当r＜r0时，分子间的作用力表现为斥力，当r减小时，分子间的作用力做负功，分子势能增大． (3)当r＝r0时，分子势能最小. ②分析物体内能问题的五点提醒 (1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法． (2)内能的大小与温度、体积、物质的量和物态等因素有关． (3)通过做功或热传递可以改变物体的内能． (4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能都相同． (5)内能由物体内部分子微观运动状态决定，与物体整体运动情况无关．任何物体都具有内能，恒不为零． 3．气体压强的计算及微观解释 ①气体压强的计算 (1)活塞模型 如图所示是最常见的封闭气体的两种方式． 求气体压强的基本方法：先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程． 图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0.由于活塞处于平衡状态，所以p0S＋mg＝pS， 则气体的压强为p＝p0＋. 图乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以pS＋mg＝p0S， 则气体压强为p＝p0－＝p0－ρ液gh. (2)连通器模型 如图所示，U形管竖直放置．同一液体中的相同高度处压强一定相等，所以气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来．则有pB＋ρgh2＝pA， 而pA＝p0＋ρgh1， 所以气体B的压强为pB＝p0＋ρg(h1－h2)． ②气体分子运动的速率分布图像 气体分子间距离大约是分子直径的10倍，分子间作用力十分微弱，可忽略不计；分子沿各个方向运动的机会均等；分子速率的分布规律按“中间多、两头少”的统计规律分布，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大，如图所示． ③气体压强的微观解释 (1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力． (2)决定因素(一定质量的某种理想气体) ①宏观上：决定于气体的温度和体积． ②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度． 4.气体实验定律及应用 ①气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律 内容 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比 表达式 p1V1＝p2V2 ＝ 拓展：Δp＝ΔT ＝ 拓展：ΔV＝ΔT 微观解释 一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变．体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强增大 一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强增大 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大．只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变 图像 ②分析气体状态变化的问题要抓住三点 (1)弄清一个物理过程分为哪几个阶段． (2)找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的． (3)明确哪个阶段应遵循什么实验定律． 5.气体状态变化的图像问题 ①四种图像的比较 类别 特点(其中C为常量) 举例 p－V 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 p－T p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小 V－T V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小 ②处理气体状态变化的图像问题的技巧 (1)首先应明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个状态，它对应着三个状态量；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．看此过程属于等温、等容还是等压变化，然后用相应规律求解． (2)在V－T图像(或p－T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)时，可比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大． 6.热力学第一定律与图像的综合应用 ①气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程＝C分析． ②气体的做功情况、内能变化及吸放热关系可由热力学第一定律分析． (1)由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功． (2)由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小． (3)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断气体是吸热还是放热． (4)在p－V图像中，图像与横轴所围面积表示对外或外界对气体整个过程中所做的功． （建议用时：60分钟） 【考向一：微观量估算的两种“模型”】 1．（2024·山东菏泽·模拟预测）如图所示的露珠，若该露珠的体积为，已知水的密度，摩尔质量，阿伏加德罗常数为。则下列说法正确的是（    ） A．1g水含有的分子数约为个 B．1个水分子的体积约为 C．露珠中含有的分子数约为个 D．个水分子的质量约为24.3g 【答案】C 【详解】A．1g水的物质的量为 含有的分子数约为个 故A错误； B．水的摩尔体积为 则，1个水分子的体积为 故B错误； C．露珠中含有的分子数约为个 故C正确； D．8.1×109个水分子的物质的量为 水的质量为故D错误。 故选C。 2．（2024·江西鹰潭·模拟预测）某密封钢瓶的体积为V，内装有密度为ρ的氮气，已知氮气的摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为，则下列说法正确的是（　　） A．钢瓶中氮气的物质的量为 B．钢瓶中氮气的分子数为 C．每个氮气分子的质量为 D．只要知道氮气的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，就可以算出氮气的分子体积 【答案】C 【详解】A．钢瓶中氮气的物质的量为 故A错误； B．钢瓶中氮气的分子数为 故B错误； C．每个氮气分子的质量为，故C正确； D．理想气体分子间的距离远大于气体分子的直径，不能认为分子是一个一个紧密相连的，知道氮气的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，不能算出氮气的分子体积，故D错误。 故选C。 3．（2024·北京海淀·模拟预测）若以表示水的摩尔质量，v表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，为在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，m、V分别表示每个水分子的质量和体积，下面正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】AC．由 则得 故A正确，C错误； BD．由于分子之间有空隙，所以 水蒸气的密度为 故BD错误。 故选A。 4．（2024·吉林松原·模拟预测）氦是一种惰性气体，具有较低的沸点和良好的热传导性能。它被广泛应用于制冷和冷却中。若以表示氦的摩尔质量，表示在标准状态下氦蒸气的摩尔体积，表示在标准状态下氦蒸气的密度，表示阿伏加德罗常数，分别表示每个氦分子的质量和体积，则下列表达式正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】D．氦气体中分子之间的距离远大于分子直径，每个分子的体积远小于每个气体分子平均所占的空间。则每个氦分子的体积 D错误； ABC．一摩尔的任何物质包含的分子数都是阿伏加德罗常数，氦的摩尔质量 则，， C正确，AB错误。 故选C。 5．（2025·安徽黄山·一模）已知外部环境温度为0℃，大气压强为750mmHg，该环境下1mol气体的体积是22.4L，阿伏伽德罗常数。假设某运动员放松情况下肺内气体体积约为3.5L，该运动员某次深呼吸吸入外部空气的体积。则： (1)求该次吸入的空气分子总数；（结果取一位有效数字） (2)已知运动员肺部的温度恒为37℃，吸气时扩张肺部，大气压把新鲜的外部空气通过鼻喉等升温至37℃压入肺内，并迅速达到内外的气压平衡。求运动员该次深呼吸后肺内气体增加的体积； (3)已知运动员在呼吸时能承受的内外气压差的最大值是150mmHg。此次吸气后，运动员屏住呼吸并收缩肺部，求肺内气体体积能达到的最小值。 【答案】(1)7×1022个(2)3.1 L(3)5.5 L 【详解】（1）该次吸入的空气分子总数为 （2）外部环境温度 T1=273K ，肺内的温度 T2=310K，研究外部V0=2.73L 的空气，吸入肺部后温度迅速上升到肺部内的温度，发生等压变化 解得 （3）研究吸入后肺内的总气体，收缩过程发生等温变化 其中V 为吸气后通过收缩肺部达到肺部气体体积的最小值，联立可得V = 5.5L 6．（2023·江苏南京·模拟预测）某同学估测室温的装置如图所示，用绝热的活塞封闭一定质量的理想气体，气缸导热性能良好。室温时气体的体积，将气缸竖直放置于恒为2℃的水中，稳定后封闭气体的体积。不计活塞重力及活塞与缸壁间的摩擦，室内大气，阿伏加德罗常数。（取） (1)求室温是多少； (2)若已知该气体在、0℃时的摩尔体积为22.4L/mol，求气缸内气体分子数目N；（计算结果保留两位有效数字） (3)若已知该气体内能U与温度T满足，则在上述过程中该气体向外释放的热量Q。 【答案】(1)302.5K(2)个(3)1.325J 【详解】（1）由等压变化得 解得K （2）根据阿伏伽德罗的计算公式有 解得个 （3）根据公式U=0.03T 得初、末状态的气体的内能为， 内能变化量为 气体经历等压变化,外界对气体做功为 由热力学第一定律得 解得J 即气体向外界释放的热量为1.325J 【考向二：布朗运动与分子热运动及分子力和内能】 7．（2024·天津滨海新·三模）下列说法中正确的是（　　） A．两个不同的物体，只要温度和体积相同，内能就相同 B．由热力学第二定律可知从单一热源吸收热量，完全变成功是不可能的 C．当分子间的作用力表现为斥力时，随着分子间距离的增大，分子势能减小 D．单位时间内气体分子对容器壁单位面积上的碰撞次数减小，气体的压强一定减小 【答案】C 【详解】A．两个不同的物体，如果物质的量不同，只有温度和体积相同，内能一般不相同。故A错误； B．由热力学第二定律可知从单一热源吸收热量，完全变成功而不引起其他变化是不可能的。故B错误； C．当分子间的作用力表现为斥力时，随着分子间距离的增大，分子力做正功，分子势能减小。故C正确； D．当温度不变时，单位时间内气体分子对容器壁单位面积上的碰撞次数减小，气体的压强才会减小。故D错误。 故选C。 8．（2024·天津武清·模拟预测）如图所示，水平液柱封闭了烧瓶中的气体，外界大气压强保持不变。当气体温度变化后，液柱稍稍向右移动，下列关于烧瓶内气体说法正确的是（　　） A．气体分子平均动能减少 B．气体分子的数密度变大 C．单位面积上单位时间内气体分子的撞击器壁的次数变少 D．气体对外做功大于气体从外界吸收的热量 【答案】C 【详解】AB．水平液柱向右移动，说明气体温度升高，体积变大，则气体分子平均动能增加，气体分子的数密度变小，选项AB错误； C．气体压强不变，气体分子平均速率变大，对器壁的平均碰撞力变大，则单位面积上单位时间内气体分子的撞击器壁的次数变少，选项C正确； D．气体温度升高，内能增加，则根据热力学第一定律，则气体对外做功小于气体从外界吸收的热量，选项D错误。 故选C。 9．（2024·天津滨海新·模拟预测）下列说法正确的是（　　） A．布朗运动是液体分子的无规则运动 B．分子势能Ep=0时，分子间作用力F=0 C．一定质量的理想气体温度不变，体积减小，单位时间单位面积分子碰撞次数变多 D．一定质量的理想气体温度升高，每个分子的动能都增大 【答案】C 【详解】A．布朗运动指悬浮在液体中的颗粒所做的无规则运动的运动，故A错误； B．分子间作用力F=0时，分子势能最小，故B错误； C．一定质量的理想气体温度不变，体积减小，分子运动的剧烈程度不变，分子的数密度变大，单位时间单位面积分子碰撞次数变多，故C正确； D．温度是分子的平均动能的标志，气体温度升高，并不是物体所有分子的动能都增大，故D错误； 故选C。 10．（2024·天津红桥·二模）如图，一定质量的理想气体，用活塞封闭在开口向上的导热气缸内。若环境温度不变，活塞与气缸壁间无摩擦，现对活塞施加向下压力使其缓慢下降，此过程中（    ） A．缸内气体压强增大，内能增加 B．缸内气体分子平均动能增大，吸收热量 C．外界对气体做功，缸内气体温度升高 D．缸内气体分子在单位时间内碰撞到容器壁单位面积上的次数增多 【答案】D 【详解】ABC．若环境温度不变，现对活塞施加向下压力使其缓慢下降，则气体体积减小，根据玻意耳定律 可知缸内气体压强增大，由于气体温度不变，缸内气体分子平均动能增大，气体内能不变；由于气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故ABC错误； D．由于气体压强增大，气体温度不变，缸内气体分子平均动能增大，根据压强微观意义可知，缸内气体分子在单位时间内碰撞到容器壁单位面积上的次数增多，故D正确。 故选D。 11．（2024·天津河东·二模）一定质量的理想气体，从状态a开始经历如图所示的状态变化过程回到原状态，则下列说法中正确的是（    ） A．a→b的过程气体放出热量 B．b→c的过程是等温变化 C．c→a的过程气体分子的平均动能减小 D．c状态比b状态单位时间内撞击容器壁单位面积的分子数多 【答案】CD 【详解】A．由理想气体状态方程及图像得，a→b温度增加，内能增加，又由牛顿第一定律内容,图像知体积增大，气体对外做功，气体吸收热量。故A错误； B．由理想气体状态方程得等温过程压强与体积成反比，等温线应是一条双曲线，b→c的过程不是等温变化，故B错误； C．由理想气体状态方程得，c→a温度降低，气体分子的平均动能减小，故C正确； D．由理想气体状态方程得，c状态与b状态温度相同，c状态比b状态压强大，单位时间内撞击容器壁单位面积的分子数多，故D正确。 故选CD。 12．（2024·天津和平·二模）取一个空的金属易拉罐，在开口处插入一根粗细均匀的长透明吸管，在吸管内注入一小段油柱（长度、质量均可忽略），然后用蜡将易拉罐开口处密封。以密封处为原点，在吸管上标上刻度，如果不考虑大气压的变化，就是一个简易的气温计，如图所示。当环境温度由缓慢升高到的过程中，油柱从刻度L处上升到2L处，则（　　） A．这一过程中，罐壁单位面积上单位时间内碰撞的气体分子数减少 B．这一过程中，罐内气体分子的平均动能保持不变 C．油柱在刻度L处时罐内气体压强小于油柱在2L处时的压强 D．这一过程中，罐内气体对外做的功小于气体从外界吸收的热量 【答案】AD 【详解】AB．这一过程中，气体压强不变，温度升高，气体分子的平均动能变大，分子平均速率变大，分子对器壁的平均作用力变大，气体数密度减小，可知罐壁单位面积上单位时间内碰撞的气体分子数减少，选项A正确，B错误； C．外界大气压保持不变，油柱产生的压强可忽略，则油柱在刻度L处时罐内气体压强等于油柱在2L处时的压强，选项C错误； D．这一过程中，气体体积变大，对外做功，温度升高，内能变大，根据 可知，气体从外界吸收的热量等于气体对外做功与气体内能增量之和，则罐内气体对外做的功小于气体从外界吸收的热量，选项D正确。 故选AD。 13．（2024·天津南开·一模）下列说法正确的是（　　） A．由图甲可知，状态①的温度比状态②的温度低 B．由图乙可知，气体由状态A变化到B的过程中，气体分子平均动能一直增大 C．由图丙可知，当分子间的距离时，分子间的作用力随分子间距离的增大先减小后增大 D．由图丁可知，在r由变到的过程中分子力做正功 【答案】D 【详解】A．由图甲可知，①中速率大的分子占据比例较大，说明状态①对应的温度较高，故A错误； B．一定质量的理想气体由状态A变化到B的过程中，由图乙可知，状态A与状态B的相等，则状态A与状态B的温度相同，由图线的特点可知，增大，温度升高，气体由状态A到状态B温度先升高再降低到原来温度，气体分子平均动能先增大后减小，故B错误； C．由图丙可知，当分子间的距离时，分子间的作用力随分子间距离的增大先增大后减小，故C错误； D．由图丁可知，在r由变到的过程中，分子势能一直减小，则分子力做正功，故D正确。 故选D。 14．（2024·天津北辰·三模）某同学取一装有少量水的塑料矿泉水瓶，旋紧瓶盖，双手快速用力挤压水瓶，然后迅速拧松瓶盖，瓶盖被顶飞，则（　　） A．快速挤压水瓶过程中，瓶内气体分子的平均动能减小 B．快速挤压水瓶过程中，瓶内气体压强不变 C．瓶盖被顶飞过程中，瓶内气体温度升高 D．瓶盖被顶飞过程中，瓶内气体对外做功 【答案】D 【详解】AB．快速挤压水瓶过程中，气体体积减小，外界对气体做正功，瓶内气体来不及发生热传导，根据热力学第一定律可知，瓶内气体内能变大，瓶内气体温度升高，则瓶内气体分子的平均动能增大，根据 可知瓶内气体压强增大，故AB错误； CD．然后迅速拧松瓶盖，瓶盖被顶飞过程中，瓶内气体对外做功，，瓶内气体来不及发生热传导，根据热力学第一定律可知，瓶内气体内能变小，瓶内气体温度降低，故C错误，D正确。 故选D。 15．（2024·天津和平·三模）自热米饭因其便于加热和携带越来越受到游客的欢迎。自热米饭盒内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热能，不需要明火，温度可超过100，盖上盒盖便能在10～15分钟内迅速加热食品。自热米饭的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵塞，温度升高到一定程度，容易造成小型爆炸（在极短时间内气体急剧膨胀）。下列说法正确的是（　　） A．自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果 B．自热米饭盒爆炸前的加热过程，盒内气体压强保持不变 C．自热米饭盒爆炸的过程中，盒内气体内能减少 D．自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，标志着每一个气体分子速率都增大了 【答案】C 【详解】A．自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体不变，压强急剧变大的缘故，与分子间斥力无关，故A错误； B．自热米饭盒爆炸前的加热过程，盒内气体体积不变，温度升高，则压强变大，故B错误； C．自热米饭盒爆炸的过程中，盒内气体对外做功，但来不及与外界发生热交换，则气体内能减少，故C正确； D．自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，分子平均动能变大，但不是每一个气体分子速率都增大了，故D错误。 故选C。 16．（2024·天津河西·模拟预测）一定质量的理想气体由状态A变到状态B的图线如图所示，可知在由A到B的过程中正确的是（    ） A．气体分子的平均动能增大 B．气体分子间的平均距离减小 C．气体的压强增大，体积减小 D．气体一定吸收热量 【答案】AD 【详解】A．由图像可知由A到B的过程中，气体温度升高，则气体分子的平均动能增大，故A正确； BC．根据理想气体状态方程 可得 由图像可知图线上点与原点连线斜率逐渐减小，则气体体积增大，气体分子间的平均距离增大，故BC错误； D．由于气体温度升高，气体内能增大，气体体积增大，外界对气体做负功，根据热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，故D正确。 故选AD。 【考向三：气体压强的计算及微观解释】 17．（2024·天津滨海新·三模）去高原旅游时，通常会发现所带密封的食品包装袋相对在平原上膨胀许多，因旅行路途遥远，此过程变化缓慢，与外界热交换充分。假设环境温度不变，将袋内气体视为理想气体，则可判断（　　） A．袋内气体对外界做正功 B．包装袋中气体内能减小 C．包装袋中气体压强增大 D．包装袋中气体吸收热量 【答案】AD 【详解】A. 袋内气体膨胀，体积变大，对外界做正功，故A正确； B. 包装袋中气体温度不变，内能不变，故B错误； C. 包装袋中气体是等温变化，根据玻意耳定律，体积变大，压强变小，故C错误； D. 袋内气体膨胀，体积变大，对外界做正功，内能减少，为保持温度不变，包装袋中气体需从外界吸收热量，故D正确。 故选AD。 18．（2024·天津河西·二模）气压式电脑升降桌通过汽缸上下运动来支配桌子升降，其简易结构如图所示。圆柱形汽缸与桌面固定连接，柱状活塞与底座固定连接。可自由移动的汽缸与活塞之间封闭着一定质量的理想气体，汽缸导热性能良好，活塞可在气缸内无摩擦活动。设气体的初始状态为A，将电脑放在桌面上保持不动，桌子缓慢下降一段距离后达到稳定状态B。打开空调一段时间后，室内温度降低到设定温度，稳定后气桌面体状态为C。则气体从状态的过程中，下列说法正确的是（　　） A．从A到B的过程中，气体等温压缩，压强增大 B．从A到B的过程中，气体从外界吸热 C．从B到C的过程中，气体等压降温，体积增大 D．从B到C的过程中，气体从外界吸热 【答案】A 【详解】A．从A到B的过程中，桌子缓慢下降，由于汽缸导热性能良好，可知气体等温压缩，体积减小，根据玻意耳定律可知，压强增大，故A正确； B．从A到B的过程中，气体温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体会向外界放热，故B错误； C．从B到C的过程中，桌面受力不变，气体压强一定，根据盖吕萨克定律可知，温度降低，体积一定减小，故C错误； D．从B到C的过程中，气体温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体会向外界放热，故D错误。 故选A。 19．（2024·天津·一模）下列有关热学问题说法正确的是（　　） A．图甲是理想气体分子速率的分布规律，气体在①状态下的分子平均动能小于②状态下的分子平均动能 B．图乙是分子势能EP与分子间距r的关系示意图，在时分子力表现为引力 C．图丙为压力锅示意图，在关火后打开压力阀开始放气的瞬间，锅内气体对外界做功，内能减少 D．图丁为一定质量的理想气体分别在、温度下发生的等温变化，由图可知 【答案】CD 【详解】A．图甲是理想气体分子速率的分布规律，气体在①状态下分子速率占总分子数的百分比的极大值的速率较大，则气体在①状态下分子平均动能大于②状态下的分子平均动能，选项A错误； B．图乙是分子势能EP与分子间距r的关系示意图，在r=r2时分子力表现为零，可知在时分子力表现为斥力，选项B错误； C．图丙为压力锅示意图，在关火后打开压力阀开始放气的瞬间，锅内气体体积变大，对外界做功，因来不及与外界进行热交换，则气体的内能减少，选项C正确； D．图丁为一定质量的理想气体分别在、温度下发生的等温变化，由图可知距离原点越远的曲线上pV乘积越大，可知温度越高，即，故选项D正确。 故选CD。 20．（2024·云南红河·一模）北京时间2023年7月20日21时40分，经过约8小时的出舱活动，神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮密切协同，在空间站机械臂支持下，圆满完成出舱活动全部既定任务。气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其原理图如图所示。座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气（可视为理想气体），气闸舱B内为真空。打开阀门K，A中气体进入B中，最终达到平衡，假设此过程中系统与外界没有热交换。下列说法正确的是（　　）    A．气体对外做功，内能减小 B．气体等温膨胀，压强减小 C．气体向真空扩散的过程是可逆过程 D．气体分子单位时间内与A舱壁单位面积上的碰撞次数将减少 【答案】BD 【详解】A．由于气闸舱B内为真空，可知气体进入B中的过程中不对外做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据热力学第一定律 可知内能不变，故A错误； BD．因为内能不变，故温度不变，平均动能不变，因为气闸舱B内为真空，根据玻意耳定律可知 可知扩散后体积V增大，压强p减小，所以气体的密集程度减小，根据气体压强的微观意义可知，气体分子单位时间对汽缸壁单位面积碰撞的次数将变少，故BD正确； C．根据熵增加原理可知一切宏观热现象均具有方向性，故B中气体不可能自发地全部退回到A中，故C错误； 故选BD。 21．（2024·天津·一模）一定质量的理想气体状态变化情况如图所示，a、c状态的温度相同，下列判断正确的是（　　） A．a状态比b状态的内能大 B．a到b过程气体吸收热量 C．b到c过程气体对外做功 D．b到c过程气体内能不变 【答案】B 【详解】AB．从a状态到b状态，气体产生等压变化，体积增大，由盖−吕萨克定律可得 可知气体温度升高，一定质量的理想气体内能由温度决定，因此气体的内能增加，即，由热力学第一定律，由于体积增大，气体对外做功，即，则有，即气体吸收热量，A错误，B正确； CD．从 b到c过程，气体产生等容变化，由查理定律可得 气体压强减小，温度降低，因此气体的内能减小，即，气体的体积不变，气体对外不做功，CD错误。 故选B。 22．（2024·河南焦作·一模）“珍爱生命、预防溺水”。如图中的游泳浮漂是游泳爱好者自我保护的装备，采用高弹、环保的PVC材质，内置双气囊，使用时向里充气使之膨胀，充气后体积可视为不变且不漏气，气囊内气体可视为理想气体。当充气浮漂在水中温度降低时，则浮漂气囊内气体（　　） A．压强变大 B．内能增加 C．向外界放热 D．分子数密度减小 【答案】C 【详解】A．根据体积不变，温度降低，根据 可知，压强降低，故A错误； B．气囊内气体可视为理想气体，其内能的大小由温度决定，温度降低，内能减小，故B错误； C．根据 其中减小，，故，故气体向外界放热，故C正确； D．气体质量不变，分子数不变，体积不变，故单位时间内的分子数减小，故分子数密度不变，故D错误。 故选C。 【考向四：气体实验定律及应用及气体状态变化的图像问题】 23．（2024·天津蓟州·三模）中医拔罐疗法在中国有着悠久的历史，其方法是以罐为工具，将点燃的纸片放入一个小罐内，纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上，造成局部瘀血，以达到治疗的效果。在纸片熄灭后很短时间内（　　） A．火罐内的气体温度不变，体积减小，压强增大，气体内能不变 B．火罐内的气体体积不变，温度降低，压强减小，气体内能减小 C．火罐内的气体压强不变，温度降低，体积减小，气体内能减小 D．火罐内的气体体积不变，温度降低，压强增大，气体内能不变 【答案】B 【详解】在纸片熄灭后很短时间内，火罐内部气体体积不变，由于火罐导热性良好，所以火罐内气体温度迅速降低，则气体内能减小；根据理想气体状态方程 可知气体压强减小。 故选B。 24．（2024·天津南开·二模）进藏自驾游能够让你体验到西藏的自然美景和丰富的文化底蕴。在驾车从低海拔向高海拔行驶过程中，密封包装的食品包装袋会发生膨胀现象，如图所示。若此过程中温度不变，把袋内空气视为理想气体，下列说法正确的是（    ） A．袋内空气一定对外界做功 B．袋内空气分子的平均动能一定增大 C．袋内空气压强一定增大 D．袋内空气一定对外界放热 【答案】A 【详解】A．食品包装袋会发生膨胀，气体体积变大，则袋内空气对外界做功，故A正确； B．气体膨胀过程中温度不变，所以袋内空气分子的平均动能不变，故B错误； C．根据 温度不变，体积变大， 所以压强减小，故C错误； D．根据热力学第一定律 温度不变，则体积变大，则 所以 袋内空气一定对外界吸热，故D错误。 故选A。 25．（2024·天津·二模）容器内密闭一定质量的理想气体，从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p—V图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．气体处于状态B时的热力学温度是A状态时的3倍 B．从状态B变化到状态C，气体的内能不变 C．从状态B变化到状态C，单位时间容器壁单位面积上碰撞的分子数减少 D．从状态A变化到状态B的过程气体放热 【答案】AC 【详解】A．根据理想气体状态方程有 结合图像中的数据解得 即气体处于状态B时的热力学温度是A状态时的3倍，故A正确； B．从状态B变化到状态C，根据理想气体状态方程有 结合图像中的数据解得 可知，从状态B变化到状态C，气体温度降低，气体内能减小，故B错误； C．从状态B变化到状态C，气体体积不变，气体分布的密集程度不变，结合上述可知，气体温度降低，分子运动的平均速率减小，则单位时间容器壁单位面积上碰撞的分子数减少，故C正确； D．从状态A变化到状态B的过程，体积增大，气体对外做功，结合上述可知，气体温度升高，气体内能增大，根据热力学第一定律可知，从状态A变化到状态B的过程气体吸热，且吸收的热量大于气体对外做功的大小，故D错误。 故选AC。 26．（2024·广东·二模）如图为某款自行车的气压式减震装置，活塞连接车把，气缸连接前轮。当路面不平时，自行车颠簸使得活塞上下振动，气缸内封闭的理想气体体积随之变化，起到减震作用。活塞迅速下压的过程中，气缸内的气体（　　） A．对外做正功 B．内能减小 C．温度升高，分子平均动能增加 D．分子对气缸壁单位面积的平均撞击力增加 【答案】CD 【详解】A．活塞迅速下压的过程中，气缸内的气体被压缩，外界对气体做正功。故A错误； B．外界对气体做正功，活塞迅速下压，可近似看成是绝热过程，则由热力学第一定律 可知，气体内能增加。故B错误； C．理想气体内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增加。故C正确； D．根据理想气体的状态方程 气体体积减小，温度升高，则气体压强增大，即分子对气缸壁单位面积的平均撞击力增加。故D正确。 故选CD。 27．（2024·全国·模拟预测）如图，一竖直放置、导热良好的汽缸上端开口，汽缸内壁上有卡口和b，a距缸底的高度为H，a、间距为，活塞只能在、间移动，其下方密封有一定质量的氮气。开始时活塞静止在卡口处，氮气的压强为0.8。现打开阀门，向缸内充入压强为、温度为的氮气，经时间后关闭，气体稳定后活塞恰好到达卡口处。已知活塞质量为，横截面积为，厚度可忽略，活塞与汽缸间的摩擦忽略不计，大气压强为，环境温度恒为，氮气可视为理想气体，重力加速度大小为。求：    (1)活塞在卡口处时，氮气的压强（结果用表示）； (2)从阀门充气时，氮气的平均流量（单位时间内通过阀门的体积）。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）设活塞在卡口处时，氮气的压强为，对活塞受力分析，根据平衡关系解得 （2）对缸内原有气体，由玻意耳定律有 解得 则充入的气体稳定后所占据的体积 设由K进入缸内的气体体积为，由理想气体状态方程有 解得 氮气的平均流量 解得 28．（2024·河南·模拟预测）如图所示，上端封口的细玻璃管插入水银槽中，玻璃管中被封闭一定质量的理想气体，管内水银面与槽内水银面的高度差为h，气体的温度为T0、压强为大气压强的0.75倍，气体的长度y为未知量。当把气体的温度缓慢地增加到1.5T0，管内水银面与槽内水银面的高度差变为0，管内水银面在上升或下降的过程中，认为槽内水银面的高度不变，大气压恒定。求： (1)气体的长度y； (2)当气体的温度缓慢增加到什么值时，管内水银面的高度比槽内水银面的高度低h。 【答案】(1)8h (2) 【详解】（1）管内水银面与槽内水银面的高度差变为0，气体的压强为p0，由理想气体状态方程可得 解得 （2）大气压为p0，气体的压强为0.75p0，说明高度差为h的水银柱对应的压强为 当管内水银面的高度比槽内水银面的高度低h，气体的压强为 由理想气体状态方程可得 解得 【考向五：热力学第一定律与图像的综合应用】 29．（2024·天津·二模）一定质量的气体储存在体积不变的储气罐中，且可视为理想气体，气体温度降低，则关于罐内气体，下列说法正确的是（    ） A．压强减小，内能减小 B．吸收热量，对外做功 C．压强增大，分子平均动能减小 D．压强减小，分子间的作用力减小 【答案】A 【详解】ACD．气体储存在体积不变的储气罐中，气体做等容变化，则 气体温度降低，故压强减小，分子平均动能减小，内能减小，气体可视为理想气体，则分子间的作用力不变，为零，故A正确，CD错误； B．气体体积不变，则外界对气体不做功，由于内能减小，根据热力学第一定律 可知气体放出热量，故B错误。 故选A。 30．（2024·天津和平·一模）健身球是一种内部充气的健身辅助器材，如图所示，球内的气体可视为理想气体，当球内气体被快速挤压时来不及与外界热交换，而缓慢变化时可认为能与外界充分的热交换。则下列说法正确的是（　　） A．人体快速挤压健身球过程中，球内气体压强减小 B．人体快速挤压健身球过程中，球内气体分子热运动的平均动能增大 C．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体压强增大 D．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体对外放热 【答案】B 【详解】AB．人体快速挤压健身球过程中，来不及与外界热交换，体积减小，外部对气体做功，根据热力学第一定律可知，球内温度升高，球内气体分子热运动的平均动能增大，由理想气体状态方程可知，球内压强变大，A错误；B正确； C．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体与外界发生充分的热交换，则球内气体的温度不变，由理想气体状态方程可知，当体积变大时球内气体压强变小，C错误； D．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体与外界发生充分的热交换，则球内气体的温度不变，由热力学第一定律可知，体积增大，气体对外做功，内能不变，则球内气体从外界吸热，D错误。 故选B。 31．（2024·福建泉州·二模）图示为某一种减震垫，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡内均充满一定质量的理想气体。当平板状物品平放在气泡上时，气泡被压缩。假设在压缩过程中，气泡内气体温度保持不变。下列说法正确的是（    ） A．压缩后气泡内气体的压强变大 B．压缩过程气泡内气体对外做正功 C．压缩过程气泡内气体吸收热量 D．压缩过程气泡内气体的内能不变 【答案】AD 【详解】A．由理想气体状态方程可知压缩过程中气泡内气体温度保持不变，体积变小，则气泡内气体的压强变大，故A正确； B．压缩过程气泡内气体对外做负功，故B错误； CD．压缩过程中气泡内气体温度保持不变，则 体积变小，则 由热力学第一定律可知 压缩过程气泡内气体放出热量，故C错误，D正确。 故选AD。 32．（2025·广西·一模）如图所示，竖直固定在水平桌面上的导热良好的汽缸粗细均匀，内壁光滑，上端开口，下端封闭。一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，汽缸底部与活塞用轻质细弹簧相连。现往活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子，汽缸内气体温度始终不变，弹簧始终处于伸长状态且在弹性限度内。关于汽缸内的气体，下列说法正确的是（    ） A．气体的压强增大 B．气体的压强不变 C．弹簧的弹性势能增大 D．气体从外界吸收热量 【答案】A 【详解】AB．对汽缸内密封的气体，根据玻意耳定律有p1V1=p2V2 气体的体积减小，压强增大，故A正确，B错误； C．弹簧的伸长量减小，弹性势能减小，故C错误； D．外界对气体做正功，理想气体内能由温度决定，温度始终不变，气体的内能不变，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，故D错误。 故选A。 33．（2024·四川·模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体从状态开始经、、三个过程回到原状态。已知延长线过点，气体在状态、的压强分别为、，分子平均动能与热力学温度成正比。对于该气体，下列说法正确的是（　　） A．与状态相比，气体在状态下体积更大 B．气体在状态下的内能是状态下内能的2倍 C．过程气体放出热量 D．与过程相比，过程中气体做功的绝对值更大 【答案】B 【详解】A．为等压过程，根据盖吕萨克定律可知，该过程压强一定，当温度减小时，体积减小，即与状态相比，气体在状态下体积更小，故A错误； B．过程，由于延长线过点，即压强与温度成正比，即该过程体积一定，根据查理定律有解得 根据图像可知，过程温度一定，则有 理想气体内能由温度决定，而温度决定了理想气体分子的平均动能，由于分子平均动能与热力学温度成正比，则气体在状态下的内能是状态下内能的2倍，故B正确； C．过程温度一定，即气体内能不变，根据玻意耳定律，气体压强减小，则气体体积增大，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，过程气体吸收热量，故C错误； D．过程温度一定，根据玻意耳定律有 解得为等压过程，根据盖吕萨克定律有 结合上述有 解得则有 即过程与过程气体体积变化量的绝对值相等，由于过程气体的压强始终大于过程气体的压强，则与过程相比，过程中气体做功的绝对值更小，故D错误。 故选B。 34．（2024·甘肃·模拟预测）如图所示，筒高为h的汽缸倒立，活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸间的摩擦可忽略不计，活塞、汽缸均绝热，活塞下部空间与外界连通，汽缸底部连接一“U”形细管，细管右端口与大气连通，内部装有部分水银（管内气体的体积忽略不计）。初始时，封闭气体的温度为T0，活塞位于汽缸中央，细管内两侧水银柱的高度差为∆h0，大气压强为p0，活塞横截面积为S，厚度不计，水银的密度为ρ，重力加速度为g，求： (1)汽缸内气体的压强； (2)通过加热装置缓慢提升气体温度，使活塞恰好到达汽缸开口处，求此时汽缸内气体的温度；此加热过程中，若气体吸收的热量为Q，求气体内能的变化量。 【答案】(1)(2)， 【详解】（1）设封闭气体的压强为p，则有 （2）缓慢加热过程中气体做等压变化，初状态气体温度为T0，体积为 末状态气体温度为T，体积为 由盖－吕萨克定律得 解得 此加热过程中气体对外做功为 由热力学第一定律可知 可得 35．（2025·宁夏陕西·模拟预测）如图，用绝热材料制成的密闭容器被隔板K分成Ⅰ、Ⅱ两部分，一定量的某理想气体处于Ⅰ中，Ⅱ内为真空。抽取隔板K，气体进入Ⅱ中，最终整个容器均匀地分布了这种气体。则此过程，该气体系统（　　） A．对外做功，体积膨胀 B．对外不做功，最终压强减小 C．内能减少，最终温度降低 D．无序度变大 【答案】BD 【详解】绝热容器内的气体与外界没有热交换，则 气体向真空扩散，没有对外界做功，则 根据热力学第一定律可知气体的内能不变，温度不变，气体体积变大，气体无序度变大，根据理想气体状态方程可知压强减小。 故选BD。 36．（2024·江苏南通·一模）如图所示，在内壁光滑汽缸内封闭着一定质量的理想气体，用电热丝加热，使其温度升高，若活塞固定，吸收热量为；若活塞不固定，吸收热量为，则与的大小关系（　　） A． B． C． D．均有可能 【答案】B 【详解】对一定量的气体内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相同，气体内能变化量相等，即 第一种情况，汽缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功 由热力学第一定律 可知 第二种情况，活塞自由移动，气体受热膨胀，体积增大，气体对外做功 由热力学第一定律 可知 故选B。 37．（2024·浙江·模拟预测）某同学用导热性能好的注射器进行气体实验时，先用涂有润滑油柱塞密封一段空气柱（注射口用橡胶套堵住），注射器水平放置时，里面空气柱长度为10cm。然后将注射器竖直固定（如图所示），在柱塞上端左右两侧各挂一个100g的钩码后释放活塞，柱塞缓慢下移后最后静止。一段时间后，再将注射器竖直放入热水中，稳定后柱塞刚好回到最初的位置。已知柱塞的横截面积为2.4×10-4m，柱塞的质量为40g，外界的大气压强为1.0×105Pa，外界气温为27℃，整个过程中，注射器内空气的内能增加了0.42J。柱塞与注射器内壁间的摩擦不计。求： (1)在柱塞竖直下移过程中，气体的内能 （填增大、减小、不变）；在注射器竖直放入热水稳定后，单位面积、单位时间内气体分子撞击器壁的次数 （填增大、减小、不变）； (2)柱塞竖直下移后静止时，注射器内空气柱的长度； (3)在注射器竖直放入热水稳定过程中，注射器内空气吸热还是放热？传递的热量是多少？ 【答案】(1) 不变 减小(2)9.1cm(3)吸热，0.66J 【详解】（1）柱塞竖直下移过程中，等温，内能不变；放入热水等压膨胀，温度升高，分子平均速率增大，单位时间单位面积碰撞次数减小。 （2）前一过程是等温过程，有 即 解得 （3）前一过程中内能不变，有 后一过程， 即内部空气对外做功，根据热力学第一定律有 即内部空气从热水中吸收0.66J的热量。 38．（2025·全国·模拟预测）1mol的气体温度变化时，若其吸收或放出的热量为Q，则该气体的摩尔热容为，与气体经历的变化过程有关，常用的有定压摩尔热容和定容摩尔热容两种。如图所示，截面积为S的密封良好的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体，稳定时气体压强与大气压强相同，均为，此时活塞到汽缸底部距离为L，活塞右侧L处有一固定卡环，活塞可在汽缸内无摩擦滑动。现使汽缸内气体温度缓慢升高为初始的2倍，这个过程气体内能升高了，之后再使气体温度升高为初始的3倍。已知理想气体内能与温度成正比，则该气体的定压摩尔热容和定容摩尔热容之比为（    ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】第一步：分析定压变化过程中气体吸收的热量 因活塞与缸壁间无摩擦，则活塞运动到卡环前，缸内气体压强始终为，刚开始升温时，气体做等压变化，设温度达到时，活塞恰与卡环接触，有 解得 该过程外界对气体做功 由 可知该过程气体吸收的热量为 设该气体有，根据题意有 第二步：分析等容变化过程中气体吸收的热量 气体温度从升到的过程中，气体发生等容变化，在等压变化过程、等容变化过程中，气体温度变化量相同，则气体内能变化量相同，则有 联立以上解得 故选A。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$