专题13热学（河北专用）-【好题汇编】5年（2021-2025）高考1年模拟物理真题分类汇编

专题13 热学 考点 五年考情（2021-2025） 命题趋势 考点13热学 2025年河北卷2； 2025年河北卷12； 2024年河北卷9； 2023年河北卷13； 2022年河北卷15； 2022年河北卷16； 2021年河北卷15； 2021年河北卷16； 新课标对交变电流的内容要求了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。观察并能解释布朗运动。了解分子运动速率分布的统计规律，知道分子运动速率分布图像的物理意义。能用分子动理论和统计观点解释气体压强。通过实验，了解气体实验定律，知道理想气体模型，能用分子动理论和统计观点解释气体压强和实验定律。知道热力学第一定律，通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律，了解热力学第二定律的两种表述。 河北省高考物理关于热学命题的趋势基础实验的深化考查，可能出现 “利用压力传感器探究气体压强与体积关系”“通过 U 型管液面差测量大气压强” 等实验，可能热学与力学的综合，热力学定律与能量观念的融合，情境化命题凸显，紧密联系生产生活与科技前沿。 考点13 热学 一、单选题 1．(2025·河北卷·2)某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳曝晒皮球温度升高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体（　　） A．对外做功 B．向外界传递热量 C．分子的数密度增大 D．每个分子的速率都增大 【答案】A 【详解】A．皮球体积变大，气体膨胀，对外界做功，故A正确。 B．太阳暴晒使气体温度升高，是外界对气体传热（气体吸热），而非气体向外界传递热量，故B错误。 C．皮球未漏气，分子总数不变，体积变大，分子的数密度减小，故C错误。 D．温度升高，分子平均动能增大，但并非每个分子速率都增大，只是“平均”情况，故D错误。 故选A。 二、多选题 2．(2024·河北卷·9)如图，水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后（   ） A．弹簧恢复至自然长度 B．活塞两侧气体质量相等 C．与初始时相比，汽缸内气体的内能增加 D．与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少 【答案】ACD 【详解】A．初始状态活塞受到左侧气体向右的压力和弹簧向左的弹力处于平衡状态，弹簧处于压缩状态。因活塞密封不严，可知左侧气体向右侧真空漏出。左侧气体压强变小，右侧出现气体，对活塞有向左的压力，最终左、右两侧气体压强相等，且弹簧恢复原长，故A正确； B．由题知活塞初始时静止在汽缸正中间，但由于活塞向左移动，左侧气体体积小于右侧气体体积，则左侧气体质量小于右侧气体质量，故B错误； C．密闭的汽缸绝热，与外界没有能量交换，但弹簧弹性势能减少了，可知气体内能增加，故C正确； D．初始时气体在左侧，最终气体充满整个汽缸，则初始左侧单位体积内气体分子数应该是最终左侧的两倍，故D正确。 故选ACD。 三、实验题 3．(2025·河北卷·12)自动洗衣机水位检测的精度会影响洗净比和能效等级。某款洗衣机水位检测结构如图1所示。洗衣桶内水位升高时，集气室内气体压强增大，铁芯进入电感线圈的长度增加，从而改变线圈的自感系数。洗衣机智能电路通过测定振荡电路的频率来确定水位高度。 某兴趣小组在恒温环境中对此装置进行实验研究。 (1)研究集气室内气体压强与体积的关系 ①洗衣桶内水位H一定时，其内径D的大小 （填“会”或“不会”）影响集气室内气体压强的大小。 ②测量集气室高度、集气室内径d。然后缓慢增加桶内水量，记录桶内水位高度H和集气室进水高度，同时使用气压传感器测量集气室内气体压强p。H和h数据如下表所示。 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 0.33 0.40 0.42 0.52 0.61 0.70 0.78 0.87 实验中使用同一把刻度尺对H和h进行测量，根据数据判断，测量 （填“H”或“h”）产生的相对误差较小。 ③利用数据处理软件拟合集气室内气体体积V与的关系曲线，如图2所示。图中拟合直线的延长线明显不过原点，经检查实验仪器完好，实验装置密封良好，操作过程规范，数据记录准确，则该延长线不过原点的主要原因是 (2)研究洗衣桶水位高度与振荡电路频率的关系图是桶内水位在两个不同高度时示波器显示的图像，u的频率即为振荡电路的频率。振荡电路的频率f与线圈自感系数L、电容C的关系是，则图中 （填“甲”或“乙”）对应的水位较高。 【答案】(1) 不会 见解析 (2)乙 【详解】（1）①[1]集气室内气体压强等于桶内水位高度H和集气室进水高度的高度差产生的压强和大气压强之和，根据可知其内径D的大小不会影响影响集气室内气体压强的大小； ②[2]由于实验中使用同一把刻度尺进行测量，分度值相同，根据数据分析，桶内水位高度明显大于集气室内进水高度，所以测量桶内水位高度产生的相对误差较小； ③[3]该延长线不过原点的主要原因是与集气室相连的细管中的气体被忽略不计，导致集气室气体体积相比于实际气体体积偏小。 （2）桶内水位高度越大，集气室内气体压强越大，铁芯进入电感线圈的长度越大，电感线圈的自感系数越大，根据可知震荡电路的周期越大，所以图3中乙对应的水位较高。 四、解答题 4．(2023·河北卷·13)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 5．(2021·河北卷·15)某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气，温度为27℃时，压强为。 （1）当夹层中空气的温度升至37℃，求此时夹层中空气的压强； （2）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27℃，大气压强为。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）由题意可知夹层中的气体发生等容变化，根据理想气体状态方程可知 代入数据解得 （2）当保温杯外层出现裂缝后，静置足够长时间，则夹层压强和大气压强相等，设夹层体积为V，以静置后的所有气体为研究对象有 解得 则增加空气的体积为 所以增加的空气质量与原有空气质量之比为 6．(2022·河北卷·16）水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分，“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强。活塞面积为S，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）“H”型连杆活塞的质量（重力加速度大小为g）。 【答案】（1），；（2） 【详解】（1）旋转前后，上部分气体发生等温变化，根据玻意尔定律可知 解得旋转后上部分气体压强为 旋转前后，下部分气体发生等温变化，下部分气体体积增大为，则 解得旋转后下部分气体压强为 （2）对“H”型连杆活塞整体受力分析，活塞的重力竖直向下，上部分气体对活塞的作用力竖直向上，下部分气体对活塞的作用力竖直向下，大气压力上下部分抵消，根据平衡条件可知 解得活塞的质量为 五、填空题 7．(2021·河北卷·15)两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B，汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体，如图1所示，现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若A中细沙的质量大于B中细沙的质量，重新平衡后，汽缸A内气体的内能 （填“大于”“小于”或“等于”）汽缸B内气体的内能，图2为重新平衡后A、B汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线 （填图像中曲线标号）表示汽缸B中气体分子的速率分布规律。 【答案】 大于 ① 【详解】[1]对活塞分析有 因为A中细沙的质量大于B中细沙的质量，故稳定后有；所以在达到平衡过程中外界对气体做功有 则根据 因为汽缸和活塞都是绝热的，故有 即重新平衡后A汽缸内的气体内能大于B汽缸内的气体内能； [2]由图中曲线可知曲线②中分子速率大的分子数占总分子数百分比较大，即曲线②的温度较高，所以由前面分析可知B汽缸温度较低，故曲线①表示汽缸B中气体分子的速率分布。 8．(2022·河北卷·15)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”）。 【答案】 增大 升高 【详解】[2]假设气球内部气体和气球外部气体的温度不变，当气球内部的气体缓慢释放到气球外部，气球内部气体压强大于外部气体压强，根据玻意尔定律可知气球内的气体释放到外部时体积增大，相当于容器的体积增大；而容器的体积无法改变，所以将假设扩大体积的容器绝热压缩到原来容器的体积即可，气体绝热压缩，与外界无热交换，即，外界对气体做功，即，根据绝热情况下的热力学第一定律可知气体内能增加，温度升高； [1]气体温度升高，根据理想气体实验定律可知气体压强增大。 一、单选题 1．（2025·河北沧州·二模）如图所示，气闸舱有两个气闸门，与核心舱连接的是闸门，与外太空连接的是闸门。国际空间站核心舱内航天员要到舱外太空行走，需先经过气闸舱，开始时气闸舱内气压为（地球表面标准大气压），用抽气机多次抽取气闸舱中气体，当气闸舱气压降到一定程度后才能打开气闸门。已知每次从气闸舱抽取的气体（视为理想气体）体积都是气闸舱容积的，每次抽气降低的温度是抽气前气闸舱内热力学温度的，不考虑漏气、新气体及航天员大小产生的影响。则抽气3次后气闸舱内气压为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】第一次抽气相当于气体的体积由变为，温度由变为，根据气体实验定律得 得 第二次抽气相当于气体的体积由变为，温度由变为，根据气体实验定律得 得 同理抽气3次后气舱内气压为 故选B。 2．（2025·河北石家庄·模拟预测）一定质量的理想气体，状态变化过程如图中ABC图线所示，其中BC为一段双曲线。若将这一状态变化过程表示在下图中的p-T图像或V-T图像上，下列选项正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】AB．分析图像可知，为等压膨胀， 是等温压缩（反比例函数图像为双曲线），是等容降温，根据理想气体状态方程，可知p-T图像中为平行横轴的直线， 是平行纵轴的直线，是过原点的直线，选项A正确，B错误；。 CD ．V-T图像中为过原点的直线， 是平行纵轴的直线，是平行横轴的直线，图像C的变化方向错误，故选项CD错误。 故选A。 3．（2025·河北·三模）如图所示，水平地面上竖直放置着一个高为的圆柱形绝热汽缸，汽缸内有一定质量的理想气体，汽缸底部通过阀门连接气筒，横截面积为且导热性能良好的活塞将气体分成上下两部分，轻质弹簧上下两端分别固定于活塞下表面和汽缸底部。开始时轻质弹簧处于原长，活塞恰好位于汽缸正中间位置，活塞上部分气体压强为，下部分气体压强为，两部分气体的温度均为。现在对气体缓慢加热使活塞上升，稳定后，两部分气体的温度均为，之后温度保持不变。已知重力加速度为，忽略电热丝、轻质弹簧、阀门所占汽缸内的体积，不计活塞的厚度，活塞与汽缸之间无摩擦且不漏气。下列说法正确的是（　　） A．活塞的质量为 B．弹簧的劲度系数为 C．缓慢抽气使活塞回到汽缸正中间位置，上部分气体的压强为 D．缓慢抽气使活塞回到汽缸正中间位置，需要抽出气体的体积在温度为、压强为的条件下为 【答案】D 【详解】A．活塞静止在汽缸正中间时，设活塞的质量为，由平衡条件 解得，故A错误； B．对气体缓慢加热使活塞上升0.2h，设稳定后上部分气体的压强为，下部分气体的压强为，弹簧的劲度系数为。由理想气体状态方程有， 由平衡条件有 联立上式，解得弹簧的劲度系数为，故B错误； C．对于上部分气体，设活塞回到汽缸正中间位置，上部分气体的压强为，根据理想气体状态方程 解得，故C错误； D．当活塞回到正中间位置，上部分气体的压强为，设下部分气体的压强为。根据平衡条件有 对下部分气体缓慢抽气，等温变化过程满足关系有 解得，故D正确。 故选D。 4．（2025·河北张家口·三模）我国北方地区秋季昼夜温差比较大。一日某室内最高温度为32℃，最低温度为12℃，假设室内气体压强保持不变，该室内有一如图所示的空茶壶，则在温度最高与最低时壶中气体质量之比为（已知摄氏温度t与热力学温度T的关系是T=t+273K）（　　） A．63∶59 B．59∶63 C．61∶57 D．57∶61 【答案】D 【详解】根据 可得气体的摩尔数可表示为 由题意可知壶中气体压强、体积保持不变，则在温度最高与最低时壶中气体质量之比为 故选D。 5．（2024·河北衡水·一模）二氧化碳封存回注，就是通过工程技术手段，把捕集到的二氧化碳注入至地下800米到3500米深度范围内的陆上或海底咸水层，是国际公认的促进碳减排措施。我国第一口位于海底的二氧化碳封存回注井已于2023年正式开钻。实验发现，当水深超过2500m时，二氧化碳会浓缩成近似固体的硬胶体。设在某状态下二氧化碳气体的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为，将二氧化碳分子看作直径为D的球，则在该状态下体积为V的二氧化碳气体变成硬胶体后体积为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据题意可知，在该状态下体积为V的二氧化碳气体的质量为 二氧化碳分子数为 在该状态下体积为V的二氧化碳气体变成硬胶体后体积为 故选B。 6．（2025·河北保定·一模）游泳池底部产生的气泡缓慢向水面浮起，若不计气泡内气体分子个数的变化，游泳池水温恒定。在气泡上浮过程中，关于气泡内气体的说法中正确的是（　　） A．大部分气体分子的速率减小 B．气体分子平均距离减小 C．内能减小 D．气泡吸热 【答案】D 【详解】A．气泡缓慢上升，由于游泳池水温恒定，所以气泡内温度不变，大部分气体分子的速率不变，故A错误； B．气泡上升过程中，温度不变，压强逐渐减小，根据玻意耳定律，气泡膨胀，所以气体分子平均距离增大，故B错误； C．由于温度不变，所以气泡内能不变，，故C错误； D．根据热力学第一定律 气泡膨胀对外做功，所以 可知 气泡吸热，故D正确。 故选D。 二、多选题 7．（2025·河北秦皇岛·三模）一定质量的理想气体的压强p与温度T的关系图像如图所示。气体先经过等压变化由状态A变为状态B，再经过等容变化由状态B变为状态C，已知气体在状态C的体积为6L。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态B的温度为300K B．气体在状态B的温度为400K C．气体在状态A的体积为4L D．气体在状态A的体积为3L 【答案】AC 【详解】AB．气体由状态B变为状态C，气体的体积不变，则有 可得气体在状态B的温度为 故A正确，B错误； CD．气体由状态A变为状态B，气体的压强不变，则有 可得气体在状态A的体积为 故C正确，D错误。 故选AC。 8．（2025·河北沧州·二模）保温壶在日常生活中非常实用。如图所示，保温壶的容积为2L，壶盖上的面板能显示温度。现将1.5L的热水倒入壶内，盖紧壶盖，水面上方封闭有一定量的气体，气体压强为大气压强p0，面板显示温度为97℃，一晚过后，面板显示温度为77℃。若封闭气体可看作理想气体且认为气体体积没有变化，认为封闭气体和水的温度相同，不考虑水的蒸发对气体压强的影响。已知热力学温度T与摄氏温度t的关系为T=t+273K。下列说法正确的是（　　） A．一晚过后封闭气体的压强为 B．此过程封闭气体向外放热 C．此过程每个气体分子的动能都减小 D．此过程中单位时间撞击到壶壁单位面积上的气体分子的数目增大 【答案】AB 【详解】A．封闭气体做等容变化 ， 根据理想气体状态方程 可知，一晚过后封闭气体的压强为 故A正确； B．此过程封闭气体温度降低，气体分子平均动能减小，内能减小，又由于体积不变，则对外做功，又根据热力学第一定律 可知，气体向外放热，故B正确； C．气体温度降低，气体分子平均动能减小，但不是所有分子动能都减小，故C错误； D．气体温度降低，气体分子平均动能减小，又体积不变，所以单位时间撞击到壶壁单位面积上的气体分子的数目减小，故D错误。 故选AB。 9．（2025·河北唐山·二模）一定质量的理想气体经历了A→B→C→D变化过程，其p-T图像如图所示。则下列说法正确的是（　　） A．A→B过程中，气体对外做功 B．B→C过程中，气体对外做功 C．B→C过程中，气体释放热量 D．C→A过程中，气体释放热量 【答案】BD 【详解】A．在p-T图像中，过原点的倾斜直线表示等容变化，A→B过程是等容变化，气体体积不变，可知气体不对外做功，外界也不对气体做功，A错误； B．B→C过程中，温度不变，压强减小，由可知体积增大，气体对外做功，B正确； C．B→C过程温度不变，内能不变；气体对外做功，根据热力学第一定律，气体吸收热量，C错误； D．C→A过程中，压强不变，温度降低，由可知体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减少，根据热力学第一定律，气体释放热量， D正确。 故选BD。 三、解答题 10．（2025·河北保定·二模）学校开展科技文化节，如图所示，其中水火箭的原理是将水装入可乐瓶，再通过打气筒向瓶内注入气体，高压气体将水向外压出，可乐瓶获得反作用力向外飞出。某兴趣小组希望瓶内气体恢复到无法对水做功时，瓶内的水也恰好喷完。已知可乐瓶的容积为，外界大气压强恒为，初始时可乐瓶内的气体压强为，全程不考虑温度和可乐瓶容积的变化。 (1)求瓶内水的体积； (2)按（1）中求出的水的体积装好水后，用高压气瓶给密闭可乐瓶灌气，高压气瓶与可乐瓶体积相同，为了让可乐瓶达到需要的气压，求灌气前高压气瓶中气体压强的最小值。 【答案】(1)V0 (2)p0 【详解】（1）发射前可乐瓶内气体的体积为V1，压强p1=4p0 水喷射完后，气体体积V2=V0，压强p2=p0 整个过程可以看成等温变化，根据玻意耳定律可得p1V1=p2V2 解得V1=V0 水的体积V=V0-V1=V0 （2）设可乐瓶内初始气体压缩后的体积为V3，根据玻意耳定律则有p0V1=p1V3 解得V3=V0 高压气瓶恰好能完成对可乐瓶的灌气，对高压气瓶中的气体，灌气前的体积为V0，设压强为p3，给可乐瓶罐气后，体积V4=V0+V1-V3=V0 同样气体为等温变化，则有p3V0=p1V4 解得高压气瓶中初始气体压强的最小值p3=p0 11．（2025·河北邢台·三模）内壁光滑的汽缸固定在水平面上，用质量为m的活塞密封一段长度为L的理想气体，活塞的横截面积为S，给活塞一个向左的初速度，活塞向左移动速度恰好为零。已知大气体压强为，汽缸导热性能良好，环境温度保持不变。 (1)求该过程气体放出的热量Q； (2)证明活塞的运动是简谐运动。 【答案】(1) (2)见解析 【详解】（1）设活塞对气体做功为W，气体放出的热量为Q，对气体由热力学第一定律得 由题意可知 对活塞由动能定理得 联立解得气体放出的热量 （2）设活塞向左离开初始位置的距离为x，对封闭气体有 对活塞有 解得 又因为, 所以有 方向向右，即回复力可表示为 即活塞的运动是简谐运动。 12．（2025·河北邢台·三模）我国交通便利，物流快递业发达，网购成为越来越多人的主要购物方式。海南某同学网购了黑龙江生产的某玻璃瓶装的坚果。瓶子密封良好，装瓶时气温为-23 ℃，瓶内气体体积为，海南的同学收到货时，海南气温为27 ℃。两地大气压强相差不大，可认为相等，都为。不考虑瓶内物体的挥发和瓶子的体积变化，认为0 ℃等于273 K，瓶内气体可视为理想气体。求： (1)到海南后未开瓶时瓶内气体的压强； (2)海南的同学缓慢打开瓶盖后，瓶内减少的气体与开瓶前气体的质量之比。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）在黑龙江时，瓶内气体温度 到海南时，瓶内气体温度 从黑龙江到海南，瓶内气体体积不变，由查理定律有 解得 （2）到海南后可认为打开瓶盖前后温度不变，设开瓶后气体体积为V，则由玻意耳定律有 解得 减少的气体与开瓶前气体的质量之比为 13．（2025·河北石家庄·模拟预测）如图所示，、两容器间用一长、细管道相连接，细管上的阀门可以控制容器间的通断。、两容器的容积之比为，均充满了理想气体，阀门处于关闭状态，容器中气体压强为，容器中气体压强为，温度均为，现将阀门打开使细管导通，一段时间后气体状态达到平衡，此过程中温度不变。细管中的气体可忽略。求： (1)达到平衡时容器中气体与初始时容器中气体的质量比； (2)保持中气体温度不变，对容器中的气体进行加热，使其温度升至，再次达到平衡时中气体的压强。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）设容器的容积为、容器的容积为，以容器、中的气体为整体进行研究有 解得 方法一：体积相同、温度相同时，气体质量比为压强比 有，解得 方法二：压强相同、温度相同时，气体质量比为体积比 以容器中的气体为研究对象，压强为时，有 达到平衡时容器中气体与初始时容器中气体的质量比为 解得 （2）以容器、中的气体为整体进行研究有 解得 14．（2025·河北沧州·二模）如图所示，某高压锅锅盖中央有一横截面积为的出气口，孔上盖有限压阀加热前，盖上锅盖，限压阀密封好后，高压锅内气体温度为、压强为。对高压锅加热，当锅内气体压强达到时，锅内气体将限压阀顶起，开始向外排气。锅内气体视为理想气体，大气压强为，重力加速度为，不计摩擦阻力。求： (1)开始向外排气时锅内气体的温度； (2)限压阀的质量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）气体发生等容变化，则有 解得开始向外排气时锅内气体的温度为 （2）根据平衡条件可得 解得限压阀的质量为 15．（2025·河北张家口·二模）如图所示是一同学设计的烤烟车间的温度监控器，平台上表面有一个压力传感器（大小可忽略），开口向上、导热良好的汽缸通过活塞密封了一定质量的气体，活塞固定在竖直轻杆上，轻杆上端固定在水平面上。当温度为时，活塞下表面距汽缸底部上表面的距离为，平台上表面到汽缸下表面的距离为，随着温度升高，汽缸下移，汽缸接触平台时，活塞未脱离汽缸。已知汽缸的质量为，活塞的横截面积为，大气压强，重力加速度为。 (1)求温度为时，封闭气体的压强； (2)当压力传感器的示数为时，传感器就会报警，求传感器报警的最低环境温度。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）温度为时，对汽缸受力分析，可得 解得封闭气体的压强为 （2）设活塞刚好报警时，末状态封闭气体的压强为，此时封闭气体的体积为；对汽缸受力分析，可得 由理想气体状态方程可得 解得传感器报警的最低环境温度为 四、填空题 16．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）如图，一定质量的某种理想气体的循环由下面三个过程组成：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→1为等温过程。1→2过程中，气体分子的平均动能 。（选填“增大”“减小”或“不变”）；2→3过程中，气体 （选填“放热”或“吸热”）；3→1过程中，气体的内能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 增大 吸热 不变 【详解】[1]1→2过程为绝热压缩，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，内能增大、温度升高，气体分子的平均动能增大； [2]2→3过程为等压过程，气体体积增大，气体对外做功，根据 可知气体温度升高，内能增加，由热力学第一定律可知气体吸热； [3]3→1为等温过程，气体温度不变，内能不变。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题13 热学 考点 五年考情（2021-2025） 命题趋势 考点13热学 2025年河北卷2； 2025年河北卷12； 2024年河北卷9； 2023年河北卷13； 2022年河北卷15； 2022年河北卷16； 2021年河北卷15； 2021年河北卷16； 新课标对交变电流的内容要求了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。观察并能解释布朗运动。了解分子运动速率分布的统计规律，知道分子运动速率分布图像的物理意义。能用分子动理论和统计观点解释气体压强。通过实验，了解气体实验定律，知道理想气体模型，能用分子动理论和统计观点解释气体压强和实验定律。知道热力学第一定律，通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律，了解热力学第二定律的两种表述。 河北省高考物理关于热学命题的趋势基础实验的深化考查，可能出现 “利用压力传感器探究气体压强与体积关系”“通过 U 型管液面差测量大气压强” 等实验，可能热学与力学的综合，热力学定律与能量观念的融合，情境化命题凸显，紧密联系生产生活与科技前沿。 考点13 热学 一、单选题 1．(2025·河北卷·2)某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳曝晒皮球温度升高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体（　　） A．对外做功 B．向外界传递热量 C．分子的数密度增大 D．每个分子的速率都增大 二、多选题 2．(2024·河北卷·9)如图，水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后（   ） A．弹簧恢复至自然长度 B．活塞两侧气体质量相等 C．与初始时相比，汽缸内气体的内能增加 D．与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少 三、实验题 3．(2025·河北卷·12)自动洗衣机水位检测的精度会影响洗净比和能效等级。某款洗衣机水位检测结构如图1所示。洗衣桶内水位升高时，集气室内气体压强增大，铁芯进入电感线圈的长度增加，从而改变线圈的自感系数。洗衣机智能电路通过测定振荡电路的频率来确定水位高度。 某兴趣小组在恒温环境中对此装置进行实验研究。 (1)研究集气室内气体压强与体积的关系 ①洗衣桶内水位H一定时，其内径D的大小 （填“会”或“不会”）影响集气室内气体压强的大小。 ②测量集气室高度、集气室内径d。然后缓慢增加桶内水量，记录桶内水位高度H和集气室进水高度，同时使用气压传感器测量集气室内气体压强p。H和h数据如下表所示。 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 0.33 0.40 0.42 0.52 0.61 0.70 0.78 0.87 实验中使用同一把刻度尺对H和h进行测量，根据数据判断，测量 （填“H”或“h”）产生的相对误差较小。 ③利用数据处理软件拟合集气室内气体体积V与的关系曲线，如图2所示。图中拟合直线的延长线明显不过原点，经检查实验仪器完好，实验装置密封良好，操作过程规范，数据记录准确，则该延长线不过原点的主要原因是 (2)研究洗衣桶水位高度与振荡电路频率的关系图是桶内水位在两个不同高度时示波器显示的图像，u的频率即为振荡电路的频率。振荡电路的频率f与线圈自感系数L、电容C的关系是，则图中 （填“甲”或“乙”）对应的水位较高。 四、解答题 4．(2023·河北卷·13)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。 5．(2021·河北卷·15)某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气，温度为27℃时，压强为。 （1）当夹层中空气的温度升至37℃，求此时夹层中空气的压强； （2）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27℃，大气压强为。 6．(2022·河北卷·16）水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分，“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强。活塞面积为S，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）“H”型连杆活塞的质量（重力加速度大小为g）。 五、填空题 7．(2021·河北卷·15)两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B，汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体，如图1所示，现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若A中细沙的质量大于B中细沙的质量，重新平衡后，汽缸A内气体的内能 （填“大于”“小于”或“等于”）汽缸B内气体的内能，图2为重新平衡后A、B汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线 （填图像中曲线标号）表示汽缸B中气体分子的速率分布规律。 8．(2022·河北卷·15)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”）。 一、单选题 1．（2025·河北沧州·二模）如图所示，气闸舱有两个气闸门，与核心舱连接的是闸门，与外太空连接的是闸门。国际空间站核心舱内航天员要到舱外太空行走，需先经过气闸舱，开始时气闸舱内气压为（地球表面标准大气压），用抽气机多次抽取气闸舱中气体，当气闸舱气压降到一定程度后才能打开气闸门。已知每次从气闸舱抽取的气体（视为理想气体）体积都是气闸舱容积的，每次抽气降低的温度是抽气前气闸舱内热力学温度的，不考虑漏气、新气体及航天员大小产生的影响。则抽气3次后气闸舱内气压为（　　） A． B． C． D． 2．（2025·河北石家庄·模拟预测）一定质量的理想气体，状态变化过程如图中ABC图线所示，其中BC为一段双曲线。若将这一状态变化过程表示在下图中的p-T图像或V-T图像上，下列选项正确的是（　　） A． B． C． D． 3．（2025·河北·三模）如图所示，水平地面上竖直放置着一个高为的圆柱形绝热汽缸，汽缸内有一定质量的理想气体，汽缸底部通过阀门连接气筒，横截面积为且导热性能良好的活塞将气体分成上下两部分，轻质弹簧上下两端分别固定于活塞下表面和汽缸底部。开始时轻质弹簧处于原长，活塞恰好位于汽缸正中间位置，活塞上部分气体压强为，下部分气体压强为，两部分气体的温度均为。现在对气体缓慢加热使活塞上升，稳定后，两部分气体的温度均为，之后温度保持不变。已知重力加速度为，忽略电热丝、轻质弹簧、阀门所占汽缸内的体积，不计活塞的厚度，活塞与汽缸之间无摩擦且不漏气。下列说法正确的是（　　） A．活塞的质量为 B．弹簧的劲度系数为 C．缓慢抽气使活塞回到汽缸正中间位置，上部分气体的压强为 D．缓慢抽气使活塞回到汽缸正中间位置，需要抽出气体的体积在温度为、压强为的条件下为 4．（2025·河北张家口·三模）我国北方地区秋季昼夜温差比较大。一日某室内最高温度为32℃，最低温度为12℃，假设室内气体压强保持不变，该室内有一如图所示的空茶壶，则在温度最高与最低时壶中气体质量之比为（已知摄氏温度t与热力学温度T的关系是T=t+273K）（　　） A．63∶59 B．59∶63 C．61∶57 D．57∶61 5．（2024·河北衡水·一模）二氧化碳封存回注，就是通过工程技术手段，把捕集到的二氧化碳注入至地下800米到3500米深度范围内的陆上或海底咸水层，是国际公认的促进碳减排措施。我国第一口位于海底的二氧化碳封存回注井已于2023年正式开钻。实验发现，当水深超过2500m时，二氧化碳会浓缩成近似固体的硬胶体。设在某状态下二氧化碳气体的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为，将二氧化碳分子看作直径为D的球，则在该状态下体积为V的二氧化碳气体变成硬胶体后体积为（　　） A． B． C． D． 6．（2025·河北保定·一模）游泳池底部产生的气泡缓慢向水面浮起，若不计气泡内气体分子个数的变化，游泳池水温恒定。在气泡上浮过程中，关于气泡内气体的说法中正确的是（　　） A．大部分气体分子的速率减小 B．气体分子平均距离减小 C．内能减小 D．气泡吸热 二、多选题 7．（2025·河北秦皇岛·三模）一定质量的理想气体的压强p与温度T的关系图像如图所示。气体先经过等压变化由状态A变为状态B，再经过等容变化由状态B变为状态C，已知气体在状态C的体积为6L。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态B的温度为300K B．气体在状态B的温度为400K C．气体在状态A的体积为4L D．气体在状态A的体积为3L 8．（2025·河北沧州·二模）保温壶在日常生活中非常实用。如图所示，保温壶的容积为2L，壶盖上的面板能显示温度。现将1.5L的热水倒入壶内，盖紧壶盖，水面上方封闭有一定量的气体，气体压强为大气压强p0，面板显示温度为97℃，一晚过后，面板显示温度为77℃。若封闭气体可看作理想气体且认为气体体积没有变化，认为封闭气体和水的温度相同，不考虑水的蒸发对气体压强的影响。已知热力学温度T与摄氏温度t的关系为T=t+273K。下列说法正确的是（　　） A．一晚过后封闭气体的压强为 B．此过程封闭气体向外放热 C．此过程每个气体分子的动能都减小 D．此过程中单位时间撞击到壶壁单位面积上的气体分子的数目增大 9．（2025·河北唐山·二模）一定质量的理想气体经历了A→B→C→D变化过程，其p-T图像如图所示。则下列说法正确的是（　　） A．A→B过程中，气体对外做功 B．B→C过程中，气体对外做功 C．B→C过程中，气体释放热量 D．C→A过程中，气体释放热量 三、解答题 10．（2025·河北保定·二模）学校开展科技文化节，如图所示，其中水火箭的原理是将水装入可乐瓶，再通过打气筒向瓶内注入气体，高压气体将水向外压出，可乐瓶获得反作用力向外飞出。某兴趣小组希望瓶内气体恢复到无法对水做功时，瓶内的水也恰好喷完。已知可乐瓶的容积为，外界大气压强恒为，初始时可乐瓶内的气体压强为，全程不考虑温度和可乐瓶容积的变化。 (1)求瓶内水的体积； (2)按（1）中求出的水的体积装好水后，用高压气瓶给密闭可乐瓶灌气，高压气瓶与可乐瓶体积相同，为了让可乐瓶达到需要的气压，求灌气前高压气瓶中气体压强的最小值。 11．（2025·河北邢台·三模）内壁光滑的汽缸固定在水平面上，用质量为m的活塞密封一段长度为L的理想气体，活塞的横截面积为S，给活塞一个向左的初速度，活塞向左移动速度恰好为零。已知大气体压强为，汽缸导热性能良好，环境温度保持不变。 (1)求该过程气体放出的热量Q； (2)证明活塞的运动是简谐运动。 12．（2025·河北邢台·三模）我国交通便利，物流快递业发达，网购成为越来越多人的主要购物方式。海南某同学网购了黑龙江生产的某玻璃瓶装的坚果。瓶子密封良好，装瓶时气温为-23 ℃，瓶内气体体积为，海南的同学收到货时，海南气温为27 ℃。两地大气压强相差不大，可认为相等，都为。不考虑瓶内物体的挥发和瓶子的体积变化，认为0 ℃等于273 K，瓶内气体可视为理想气体。求： (1)到海南后未开瓶时瓶内气体的压强； (2)海南的同学缓慢打开瓶盖后，瓶内减少的气体与开瓶前气体的质量之比。 13．（2025·河北石家庄·模拟预测）如图所示，、两容器间用一长、细管道相连接，细管上的阀门可以控制容器间的通断。、两容器的容积之比为，均充满了理想气体，阀门处于关闭状态，容器中气体压强为，容器中气体压强为，温度均为，现将阀门打开使细管导通，一段时间后气体状态达到平衡，此过程中温度不变。细管中的气体可忽略。求： (1)达到平衡时容器中气体与初始时容器中气体的质量比； (2)保持中气体温度不变，对容器中的气体进行加热，使其温度升至，再次达到平衡时中气体的压强。 14．（2025·河北沧州·二模）如图所示，某高压锅锅盖中央有一横截面积为的出气口，孔上盖有限压阀加热前，盖上锅盖，限压阀密封好后，高压锅内气体温度为、压强为。对高压锅加热，当锅内气体压强达到时，锅内气体将限压阀顶起，开始向外排气。锅内气体视为理想气体，大气压强为，重力加速度为，不计摩擦阻力。求： (1)开始向外排气时锅内气体的温度； (2)限压阀的质量。 15．（2025·河北张家口·二模）如图所示是一同学设计的烤烟车间的温度监控器，平台上表面有一个压力传感器（大小可忽略），开口向上、导热良好的汽缸通过活塞密封了一定质量的气体，活塞固定在竖直轻杆上，轻杆上端固定在水平面上。当温度为时，活塞下表面距汽缸底部上表面的距离为，平台上表面到汽缸下表面的距离为，随着温度升高，汽缸下移，汽缸接触平台时，活塞未脱离汽缸。已知汽缸的质量为，活塞的横截面积为，大气压强，重力加速度为。 (1)求温度为时，封闭气体的压强； (2)当压力传感器的示数为时，传感器就会报警，求传感器报警的最低环境温度。 四、填空题 16．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）如图，一定质量的某种理想气体的循环由下面三个过程组成：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→1为等温过程。1→2过程中，气体分子的平均动能 。（选填“增大”“减小”或“不变”）；2→3过程中，气体 （选填“放热”或“吸热”）；3→1过程中，气体的内能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$