02 气体、固体和液体 专项训练-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 以气体实验定律和理想气体状态方程为核心，按“概念-定律-模型”逻辑分层设计，覆盖热学核心知识点与典型问题，注重科学思维中的模型建构与科学推理。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |温度和温标|2考向4题|多选为主，聚焦热平衡与状态参量理解|从热学基本概念切入，为气体定律奠定物理观念基础| |气体实验定律|4考向14题|选择+计算，含图像分析与实际应用|按等温-等压-等容顺序递进，强化实验定律的科学推理| |理想气体状态方程|4考向8题|综合计算，涵盖液柱/气缸/变质量等模型|整合气体定律，培养复杂问题的模型建构能力| |固体和液体|2考向4题|多选为主，考查晶体特性与液体性质|补充热学物质观念，完善知识体系|

02 气体、固体和液体 一．温度和温标 1 考向1：热平衡、热力学温标 1 考向2：状态参量 2 二．气体的等温变化 2 考向1：玻意耳定律的理解及初步应用 2 考向2：气体等温变化的图像 2 三．气体的等压变化与等容变化 3 考向1：查理定律的理解与初步应用 3 考向2：气体等容变化的图像 4 考向3：盖-吕萨克定律的理解与初步应用 4 考向4：气体等压变化的图像 5 四．理想气体与状态方程 6 考向1：液柱模型 6 考向2：气缸模型 6 考向3：变质量模型 7 考向4：关联气体与组合模型 8 五．固体和液体 9 考向1：固体 9 考向2：液体 9 一．温度和温标 考向1：热平衡、热力学温标 1．（多选）关于热平衡，下列说法正确的是（　　） A．热平衡就是平衡态 B．标准状态下冰水混合物与0℃的水未达到热平衡 C．系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同的数值 D．测量体温的温度计需和身体接触十分钟左右是为了让温度计跟身体达到热平衡 2．下列关于热力学温度与摄氏温度的说法正确的是（　　） A．热力学温度与摄氏温度对应的温标都是科学的温标 B．摄氏温度由t升高到，对应的热力学温度升高 C．热力学温度与摄氏温度无法比较 D．热力学温度每一开的大小与摄氏温度每一度的大小是相等的 考向2：状态参量 3．（多选）关于系统的状态参量，下列说法正确的是（　　） A．描述物体的运动状态可以用压强等参量 B．描述系统的力学性质可以用压强来描述 C．描述气体的性质可用温度、体积等参量 D．温度能描述系统的热学性质 二．气体的等温变化 考向1：玻意耳定律的理解及初步应用 4．如图甲所示，一汽缸竖直放置，汽缸内有一质量不可忽略的活塞。将一定质量的气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁无摩擦，活塞处于平衡状态。现保持温度不变，把汽缸向右倾斜90°（如图乙所示），达到平衡后，与原来相比（　　） A．气体的压强变大 B．气体的压强变小 C．气体的体积变大 D．气体的体积不变 5．图甲为气压式升降椅，其简化结构如图乙所示，圆柱形气缸可沿气缸杆上下滑动。气缸与椅面固定在一起，其整体质量；杆与底座固定在一起，横截面积，在气缸与杆间封闭一长的气体（视为理想气体）。当人坐在椅面上，脚悬空稳定后椅面下降高度。已知室内温度不变，气缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力，大气压强，重力加速度，求： (1)椅面未坐人时，气缸中的气体压强； (2)该人的质量。 考向2：气体等温变化的图像 6．一定质量的理想气体由状态A沿直线变到状态B的过程如图所示，A、B两点位于同一双曲线上，则此变化过程中气体（　　） A．温度一直下降 B．内能先减小后增大 C．温度先上升后下降 D．内能一直增大 7．如图为研究气体实验定律的装置，通过压强传感器和数据采集器获取数据，并借助计算机处理数据．用该装置探究一定质量的气体在温度不变时，其压强和体积的关系．实验得到的图像可能是（） A． B． C． D． 三．气体的等压变化与等容变化 考向1：查理定律的理解与初步应用 8．某实验小组利用带有活塞的气缸研究理想气体的状态变化规律，活塞与缸壁间摩擦不计，外界大气压强恒为。初始时，缸内封闭有一定质量的氮气（视为理想气体），体积，温度。实验小组先对气缸缓慢加热，使氮气膨胀至状态B，此过程中活塞可自由移动，测得此时温度，然后固定活塞位置，使氮气冷却至状态C，此时温度恢复为。 (1)求状态B时氮气的体积； (2)求状态C时氮气的压强。 9．一端封闭、粗细均匀、导热性能良好且足够长的玻璃管内，封闭着一定质量的理想气体，如图所示。已知水银柱的长度，玻璃管开口向上，倾角倾斜放置，稳定时被封闭的空气柱长，大气压强始终为，环境的热力学温度，取重力加速度大小，不计水银与玻璃管壁间的摩擦力。 (1)缓慢转动玻璃管，当玻璃管竖直且开口向上时，求管内空气柱的长度； (2)缓慢转动玻璃管，并缓慢改变管内气体的温度，当玻璃管竖直且开口向下时，管内空气柱的长度仍为，求管内气体的热力学温度。 考向2：气体等容变化的图像 10．将压瘪的乒乓球（未漏气）浸泡在热水中，一段时间后乒乓球便恢复原状，乒乓球内部气体（视为理想气体）经历了由的变化过程，气体体积与热力学温度的关系图像如下图所示，设三种状态下的压强分别为，则（　　） A． B． C． D． 考向3：盖-吕萨克定律的理解与初步应用 11．如图所示，在光滑水平面上放置绝热汽缸，汽缸在处有自动锁扣，处距汽缸底部距离，活塞到达该位置即被锁定，汽缸内有加热电阻丝，用活塞密封一定质量气体，汽缸质量为，活塞质量为，活塞及汽缸底部横截面积，初始时缸内气体温度为，活塞距缸底距离为，缓慢给气体加热，设缸内气体不漏气且活塞与汽缸间无摩擦，外界压强为标准大气压强。 (1)求当温度为时，活塞距汽缸底部距离及汽缸和活塞的位移； (2)继续升高温度到时，突然解除锁扣，求汽缸及活塞加速度大小。 12．如图所示，上端开口内壁光滑的绝热圆柱形汽缸A竖直放置在水平面上，导热性能良好的活塞甲和绝热活塞乙质量均为m，横截面积均为S，两活塞均与汽缸接触良好且厚度不计，两活塞之间区域C及活塞乙下部区域D均存在着理想气体，汽缸下面有加热装置B。整个装置处于平衡状态时，缸内理想气体C、D两部分高度均为，温度均为。已知环境温度和外界大气压强均保持不变，重力加速度为g，忽略一切摩擦，现对D区的气体缓慢加热，活塞甲上升h时停止加热，求： (1)停止加热时D区气体的温度； (2)若在活塞甲上缓慢添加质量为m的沙粒，C区气体的高度。 考向4：气体等压变化的图像 13．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。对于该气体，下列说法正确的是（　　） A．过程气体对外界做功 B．气体在状态下的温度是状态下温度的2倍 C．过程气体体积不变 D．过程气体分子碰撞单位面积容器壁的作用力减小 14．一定质量的理想气体发生图中到的状态变化，下列对该变化描述正确的是（　　） A．气体的压强增大 B．气体的压强减小 C．在单位时间内，气体分子对器壁单位面积的撞击次数减少 D．在单位时间内，气体分子对器壁单位面积的撞击次数不变 四．理想气体与状态方程 考向1：液柱模型 15．某位老师想测量自家新买的国产电动汽车的最大加速度。他在一端封闭的细直玻璃管中用水银柱封闭一段空气柱后，将玻璃管沿车行驶方向且封闭端朝向车头水平固定。再用吸管在水银柱外侧表面处滴入少量红墨水，装置示意图如图所示。已知管内水银柱长，大气压强，汽车静止时封闭气柱长。启动汽车，把油门踩到底，让汽车沿直线行驶一段距离，再减速停车，待停稳后根据红墨水的痕迹测量出管内水银柱向管口方向处移动的最大距离。若车内温度不变，不考虑摩擦的影响和水银柱的长度变化，重力加速度g取，求： (1)汽车加速过程中，管内气体压强的最小值； (2)汽车最大加速度的大小。（提示：液体压强公式中，若为水银密度，h的单位为cm，则p等于） 16．如图，导热细玻璃管内，一段长度h=25cm的水银柱封闭了一定质量的理想气体。沿倾角30°的光滑长斜面下滑时气柱长度L=40cm。大气压强，重力加速度g=10m/s2，不计水银与管壁摩擦。求： (1)玻璃管在光滑斜面上滑行时封闭气体的压强； (2)玻璃管开口向上竖直静置，封闭气柱的长度。 考向2：气缸模型 17．如图，圆柱形汽缸竖直放在水平地面上，、两处内部有不计体积的限制装置，底部有体积不计的电热丝（图中未画出），不计厚度重为20N的活塞可在、间运动，开始时活塞静止在B处，缸内理想气体的温度、压强；通过电热丝缓慢加热缸内气体直至温度。已知、两处距缸内底的高度为、，缸内底面积，外部大气压强。汽缸不漏气，不计摩擦。求： (1)活塞刚要离开处时缸内气体的压强； (2)在加热缸内气体过程中活塞增加的重力势能。 18．一种氮气减震装置如图所示，支撑面通过细活塞柱与活塞连接，通过弹簧与气缸连接，气缸内封闭的气体可视为理想气体。该装置静置在水平地面上时，弹簧处于原长状态，活塞恰好位于气缸中心处，活塞上、下两部分气体压强均为，气体长度均为。若将一物块放在支撑面上，稳定时弹簧的压缩量为。已知活塞横截面积为，弹簧的劲度系数为。该装置的活塞、活塞柱、支撑面和弹簧的质量以及一切摩擦均忽略不计，气缸导热性和气密性良好，环境温度不变，重力加速度大小为。求： (1)稳定时活塞上方气体的压强和下方气体压强； (2)物块的质量。 考向3：变质量模型 19．2025年12月9日15：30神舟二十一号航天员武飞首次执行出舱任务。武飞先在出舱前的气闸舱穿上舱外航天服（如图），航天服密封气体的体积约为，压强，温度。他穿好航天服后，需要把气闸舱的气压不断降低，以便打开舱门。若气闸舱气压降低到能打开舱门时，密闭航天服内气体体积膨胀到，温度变为。航天服内气体可视为理想气体。 (1)求此时航天服内气体压强的值，判断此时航天服内气体与气闸舱降压前相比，内能如何变化？ (2)为便于舱外活动，武飞把航天服内一部分气体缓慢放出，出舱后气压降到，航天服内剩余气体体积变为，假设释放气体过程中温度不变，求航天服需要放出的气体与原来气体的质量比。 20．弹簧式安全阀是一种自动泄压保护装置。某款安全阀接入容器后的结构简化图如图乙所示，导热性能良好的容器体积为，右下方为进气口，上端出气口与安全阀连接，安全阀内轻弹簧一端固定在阀管顶端，另一端连接轻质活塞，活塞横截面积为S，可无漏气、无摩擦地在阀管内移动；阀管上的泄压口始终与外界连通，与容器出气口距离为L。现测试其泄压参数，开始时封闭容器进气口，此时容器内气体压强为，温度为，活塞恰好在出气口处且弹簧处于原长，已知大气压强为，弹簧劲度系数为，始终处于弹性限度内。 (1)若使容器的温度缓慢升高，当恰好开始泄压时，容器内气体的压强和温度； (2)若往容器缓慢充入温度为，压强为的同种气体，求充入气体体积为多少时恰好开始泄压。 考向4：关联气体与组合模型 21．如图所示，两个器壁可导热的容器A、B容积相等且均不变，之间由不导热的细管C连通，C的容积可忽略。在温度为的室内，向容器中充入一部分气体，达到热平衡后容器内的气体压强为。现将容器A置于温度较高的液体中，使容器A中气体的温度缓慢升高，B仍在温度为的室内，当容器内气体的压强为时，求： (1)从A进入B中的气体与B中原有气体的质量比； (2)此时A中气体的温度。 22．如图，一定量气体放在体积为V0的容器中，室温为T0=300K，有一光滑导热活塞C（不占体积）将容器分成A、B两室，B室的体积是A室的两倍，A室容器上连接有一U形管（U形管内气体的体积忽略不计），两边水银柱高度差为76cm，右室容器中连接有一阀门K，可与大气相通。（外界大气压等于76cmHg）求： (1)将阀门K打开后，A室的体积变成多少？ (2)打开阀门K后将容器内的气体从300K加热到400K，U形管内两边水银面的高度差为多少？ (3)再加热到675K，U形管内两边水银面的高度差又为多少？ 五．固体和液体 考向1：固体 23．（多选）下列哪些现象能说明晶体与非晶体的区别（　　） A．食盐是正方体，而蜂蜡无规则形状 B．石墨可导电，沥青不能导电 C．冰熔化时，温度保持不变，松香受热熔化时温度持续升高 D．金刚石密度大，石墨密度小 24．如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，石墨烯是单层的石墨，可以通过剥离石墨而获得，是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型材料。下列说法正确的是（　　） A．单层石墨烯的厚度约在厘米数量级 B．石墨烯可以通过物理方法获得 C．石墨和石墨烯中的碳原子都固定在六边形的顶点不动 D．石墨烯熔化过程中吸热，碳原子的平均动能增加 考向2：液体 25．如图所示，热水倒入茶托上的玻璃盖碗后盖上杯盖，在水面和杯盖间就封闭了一部分空气（可视为理想气体）。下列说法正确的是（　　） A．玻璃盖碗是晶体 B．水温越高，每个水分子运动的速率越大 C．温度降低，玻璃盖碗内壁单位面积所受气体分子的平均作用力变小 D．水滴落在干净的茶托上会自然摊开，这说明水不能浸润茶托 26．（多选）一种液体，滴在固体的表面时，出现如图甲所示的情况；当把毛细管插入这种液体中时，液面又出现如图乙所示的情况。若固体和毛细管都很干净，则（　　） A．固体和毛细管可能是由同种材料制成的 B．固体和毛细管一定不是由同种材料制成的 C．固体的分子对液体附着层内的分子的引力比毛细管的分子对液体附着层内的分子的引力小些 D．图乙是液体对毛细管的浸润现象 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 02 气体、固体和液体 一．温度和温标 1 考向1：热平衡、热力学温标 1 考向2：状态参量 2 二．气体的等温变化 2 考向1：玻意耳定律的理解及初步应用 2 考向2：气体等温变化的图像 3 三．气体的等压变化与等容变化 5 考向1：查理定律的理解与初步应用 5 考向2：气体等容变化的图像 6 考向3：盖-吕萨克定律的理解与初步应用 7 考向4：气体等压变化的图像 8 四．理想气体与状态方程 10 考向1：液柱模型 10 考向2：气缸模型 11 考向3：变质量模型 13 考向4：关联气体与组合模型 14 五．固体和液体 16 考向1：固体 16 考向2：液体 17 一．温度和温标 考向1：热平衡、热力学温标 1．（多选）关于热平衡，下列说法正确的是（　　） A．热平衡就是平衡态 B．标准状态下冰水混合物与0℃的水未达到热平衡 C．系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同的数值 D．测量体温的温度计需和身体接触十分钟左右是为了让温度计跟身体达到热平衡 【答案】CD 【解析】A．热平衡指两个系统温度相同，而平衡态是系统宏观性质稳定的状态，二者概念不同，故A错误； B．标准状态下冰水混合物温度为0℃，与0℃的水温度相同，已达到热平衡，故B错误； C．热平衡的本质是温度相同，故C正确； D．温度计需与身体充分热交换至温度一致，即达到热平衡，故D正确。 故选CD。 2．下列关于热力学温度与摄氏温度的说法正确的是（　　） A．热力学温度与摄氏温度对应的温标都是科学的温标 B．摄氏温度由t升高到，对应的热力学温度升高 C．热力学温度与摄氏温度无法比较 D．热力学温度每一开的大小与摄氏温度每一度的大小是相等的 【答案】D 【解析】A．热力学温度对应开尔文温标，是基于绝对零度的科学温标；摄氏温度对应摄氏温标，是实用温标，常用于科学测量，但并非基于热力学定律的绝对温标，故A错误； B．摄氏温度从升高到，热力学温度从变为 ， 升高量， 而非，故B错误； C．热力学温度与摄氏温度可通过关系式相互转换，因此可以比较，故C错误； D．热力学温度的单位开尔文（K）与摄氏温度的单位摄氏度（°C）在温度间隔上相同，即ΔT=Δt，故每一开的大小与每一度的大小相等，故D正确。 故选D。 考向2：状态参量 3．（多选）关于系统的状态参量，下列说法正确的是（　　） A．描述物体的运动状态可以用压强等参量 B．描述系统的力学性质可以用压强来描述 C．描述气体的性质可用温度、体积等参量 D．温度能描述系统的热学性质 【答案】BCD 【解析】A．描述物体的运动状态可以用速度、加速度、位移等参量，A错误； B．压强是单位面积上受到的压力，是描述系统力学性质的参量，B正确； C．描述气体的性质可用温度、体积、压强等参量，C正确； D．温度是用来描述物体冷热程度的物理量，可以描述系统的热学性质，D正确。 故选BCD。 二．气体的等温变化 考向1：玻意耳定律的理解及初步应用 4．如图甲所示，一汽缸竖直放置，汽缸内有一质量不可忽略的活塞。将一定质量的气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁无摩擦，活塞处于平衡状态。现保持温度不变，把汽缸向右倾斜90°（如图乙所示），达到平衡后，与原来相比（　　） A．气体的压强变大 B．气体的压强变小 C．气体的体积变大 D．气体的体积不变 【答案】A 【解析】AB．对图甲中活塞进行分析，根据平衡条件有 解得 对图乙中活塞进行分析有 可知 即与原来相比，气体的压强变大，故A正确，B错误； CD．气体温度不变，根据玻意耳定律有 由于压强增大，则气体体积变小，故CD错误。 故选A。 5．图甲为气压式升降椅，其简化结构如图乙所示，圆柱形气缸可沿气缸杆上下滑动。气缸与椅面固定在一起，其整体质量；杆与底座固定在一起，横截面积，在气缸与杆间封闭一长的气体（视为理想气体）。当人坐在椅面上，脚悬空稳定后椅面下降高度。已知室内温度不变，气缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力，大气压强，重力加速度，求： (1)椅面未坐人时，气缸中的气体压强； (2)该人的质量。 【答案】(1) (2) 【解析】（1）初始状态时，以气缸和椅面整体为研究对象，由平衡条件可得 代入数据解得 （2）人坐在椅面上脚悬空稳定后，设气缸内气体柱长度为，根据玻意耳定律可得 其中 代入数据解得 根据平衡条件可得 代入数据解得 考向2：气体等温变化的图像 6．一定质量的理想气体由状态A沿直线变到状态B的过程如图所示，A、B两点位于同一双曲线上，则此变化过程中气体（　　） A．温度一直下降 B．内能先减小后增大 C．温度先上升后下降 D．内能一直增大 【答案】C 【解析】A、B位于同一双曲线上，由图示图像可知，A、B两点在同一条等温线上，在直线AB上取一点C（可以取中点），过C点的等温曲线如图所示 由理想气体状态方程可知，两等温线的温度关系为 则有 由此可知，一定质量的理想气体由状态A变到状态B的过程中，温度先上升后下降，则气体内能先增大后减小。 故选C。 7．如图为研究气体实验定律的装置，通过压强传感器和数据采集器获取数据，并借助计算机处理数据．用该装置探究一定质量的气体在温度不变时，其压强和体积的关系．实验得到的图像可能是（） A． B． C． D． 【答案】B 【解析】由玻意耳定律可知一定质量的气体在温度不变，满足 故 B正确。 故选B。 三．气体的等压变化与等容变化 考向1：查理定律的理解与初步应用 8．某实验小组利用带有活塞的气缸研究理想气体的状态变化规律，活塞与缸壁间摩擦不计，外界大气压强恒为。初始时，缸内封闭有一定质量的氮气（视为理想气体），体积，温度。实验小组先对气缸缓慢加热，使氮气膨胀至状态B，此过程中活塞可自由移动，测得此时温度，然后固定活塞位置，使氮气冷却至状态C，此时温度恢复为。 (1)求状态B时氮气的体积； (2)求状态C时氮气的压强。 【答案】(1) (2) 【解析】（1）过程中活塞可自由移动，气体压强始终等于外界大气压，为等压变化 根据盖-吕萨克定律 解得 （2）求状态气体压强 过程中活塞位置固定，气体体积不变，为等容变化 根据查理定律 由题意可知， 代入可解得 9．一端封闭、粗细均匀、导热性能良好且足够长的玻璃管内，封闭着一定质量的理想气体，如图所示。已知水银柱的长度，玻璃管开口向上，倾角倾斜放置，稳定时被封闭的空气柱长，大气压强始终为，环境的热力学温度，取重力加速度大小，不计水银与玻璃管壁间的摩擦力。 (1)缓慢转动玻璃管，当玻璃管竖直且开口向上时，求管内空气柱的长度； (2)缓慢转动玻璃管，并缓慢改变管内气体的温度，当玻璃管竖直且开口向下时，管内空气柱的长度仍为，求管内气体的热力学温度。 【答案】(1) (2) 【解析】（1）由题意可知，初始时封闭气体的压强为 当玻璃管竖直且开口向上时，封闭气体的压强为 设玻璃管的横截面积为，根据玻意耳定律可得 解得 （2）当玻璃管竖直且开口向下时，封闭气体的压强为 由题意可知，封闭气体的体积不变，根据查理定律可得 代入数据，解得 考向2：气体等容变化的图像 10．将压瘪的乒乓球（未漏气）浸泡在热水中，一段时间后乒乓球便恢复原状，乒乓球内部气体（视为理想气体）经历了由的变化过程，气体体积与热力学温度的关系图像如下图所示，设三种状态下的压强分别为，则（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【解析】对状态、，由图可知，，， 由理想气体状态方程有 代入解得 所以 由图可知，从状态到状态是等容变化，根据查理定律有 可知温度升高压强增大，由图可知 因此 综上可得压强关系为 故选D。 考向3：盖-吕萨克定律的理解与初步应用 11．如图所示，在光滑水平面上放置绝热汽缸，汽缸在处有自动锁扣，处距汽缸底部距离，活塞到达该位置即被锁定，汽缸内有加热电阻丝，用活塞密封一定质量气体，汽缸质量为，活塞质量为，活塞及汽缸底部横截面积，初始时缸内气体温度为，活塞距缸底距离为，缓慢给气体加热，设缸内气体不漏气且活塞与汽缸间无摩擦，外界压强为标准大气压强。 (1)求当温度为时，活塞距汽缸底部距离及汽缸和活塞的位移； (2)继续升高温度到时，突然解除锁扣，求汽缸及活塞加速度大小。 【答案】(1)，， (2)， 【解析】（1）升温过程气体做等压变化，初状态：，， 当温度升高到，，，温度 根据盖-吕萨克定律有 解得 即活塞相对汽缸的位移为 设升温过程汽缸和活塞位移分别为、，汽缸与活塞动量守恒有 同时有 联立解得， （2）温度为时，活塞移动到处被锁定，继续升温气体做等容变化，当温度时，根据查理定律有 解得 打开锁扣瞬间，汽缸向左加速，设加速度为，由牛顿第二定律有 解得 活塞向右加速，设加速度为，由牛顿第二定律有 解得 12．如图所示，上端开口内壁光滑的绝热圆柱形汽缸A竖直放置在水平面上，导热性能良好的活塞甲和绝热活塞乙质量均为m，横截面积均为S，两活塞均与汽缸接触良好且厚度不计，两活塞之间区域C及活塞乙下部区域D均存在着理想气体，汽缸下面有加热装置B。整个装置处于平衡状态时，缸内理想气体C、D两部分高度均为，温度均为。已知环境温度和外界大气压强均保持不变，重力加速度为g，忽略一切摩擦，现对D区的气体缓慢加热，活塞甲上升h时停止加热，求： (1)停止加热时D区气体的温度； (2)若在活塞甲上缓慢添加质量为m的沙粒，C区气体的高度。 【答案】(1) (2) 【解析】（1）D区气体经历等压过程 初态：，，末态： 根据盖-吕萨克定律，有 联立解得停止加热时缸内D区气体的温度： （2）在活塞甲上逐渐添加沙粒，C区气体经历等温压缩过程 初态， 末态：， 根据玻意耳定律，有 联立解得C区气体的高度 考向4：气体等压变化的图像 13．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。对于该气体，下列说法正确的是（　　） A．过程气体对外界做功 B．气体在状态下的温度是状态下温度的2倍 C．过程气体体积不变 D．过程气体分子碰撞单位面积容器壁的作用力减小 【答案】B 【解析】A．由图像可知，过程，由于，可知气体发生等容变化，所以不做功，故A错误； B．过程，由查理定律可得 可得 由于过程气体温度不变，可知气体在状态下的温度是状态下温度的2倍，故B正确； C．过程，气体压强不变，温度降低，则气体体积减小，故C错误； D．过程，气体压强不变，则气体分子碰撞单位面积容器壁的作用力不变，故D错误。 故选B。 14．一定质量的理想气体发生图中到的状态变化，下列对该变化描述正确的是（　　） A．气体的压强增大 B．气体的压强减小 C．在单位时间内，气体分子对器壁单位面积的撞击次数减少 D．在单位时间内，气体分子对器壁单位面积的撞击次数不变 【答案】C 【解析】AB．理想气体状态方程为 热力学温度T与摄氏温度t的关系为 从图像可知，B到A的过程中，图线是过的直线，说明这是等压变化，即气体的压强不变，故AB错误； CD．由于气体的压强不变，故气体分子对器壁单位面积的作用力不变，从B到A气体温度升高，所以气体分子热运动的平均速率变大，则单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小，故C正确、D错误。 故选C。 四．理想气体与状态方程 考向1：液柱模型 15．某位老师想测量自家新买的国产电动汽车的最大加速度。他在一端封闭的细直玻璃管中用水银柱封闭一段空气柱后，将玻璃管沿车行驶方向且封闭端朝向车头水平固定。再用吸管在水银柱外侧表面处滴入少量红墨水，装置示意图如图所示。已知管内水银柱长，大气压强，汽车静止时封闭气柱长。启动汽车，把油门踩到底，让汽车沿直线行驶一段距离，再减速停车，待停稳后根据红墨水的痕迹测量出管内水银柱向管口方向处移动的最大距离。若车内温度不变，不考虑摩擦的影响和水银柱的长度变化，重力加速度g取，求： (1)汽车加速过程中，管内气体压强的最小值； (2)汽车最大加速度的大小。（提示：液体压强公式中，若为水银密度，h的单位为cm，则p等于） 【答案】(1)72cmHg (2) 【解析】（1）汽车静止时，气柱长、压强 管内气柱最长时，气柱长 此时压强最小，设为，由玻意耳定律有 代入数据解得 （2）设管的横截面积为、水银柱质量为，依题意，管内压强最小时，加速度最大。 对水银柱受力分析，有 又， 联立得 以cmHg为压强单位，代入数据得 16．如图，导热细玻璃管内，一段长度h=25cm的水银柱封闭了一定质量的理想气体。沿倾角30°的光滑长斜面下滑时气柱长度L=40cm。大气压强，重力加速度g=10m/s2，不计水银与管壁摩擦。求： (1)玻璃管在光滑斜面上滑行时封闭气体的压强； (2)玻璃管开口向上竖直静置，封闭气柱的长度。 【答案】(1)75cmHg (2)30cm 【解析】（1）对玻璃管和水银柱整体，由牛顿第二定律 得，方向平行斜面向下 对水银柱受力分析，设封闭气体压强为，玻璃管横截面积S，由牛顿第二定律 代入数据得 （2）玻璃管开口向上竖直放置时气柱的长度，设此时封闭气体的压强为，水银柱受力平衡 可得 代入数据得 由玻意耳定律可得 又，， 解得封闭气柱的长度cm 考向2：气缸模型 17．如图，圆柱形汽缸竖直放在水平地面上，、两处内部有不计体积的限制装置，底部有体积不计的电热丝（图中未画出），不计厚度重为20N的活塞可在、间运动，开始时活塞静止在B处，缸内理想气体的温度、压强；通过电热丝缓慢加热缸内气体直至温度。已知、两处距缸内底的高度为、，缸内底面积，外部大气压强。汽缸不漏气，不计摩擦。求： (1)活塞刚要离开处时缸内气体的压强； (2)在加热缸内气体过程中活塞增加的重力势能。 【答案】(1) (2)4J 【解析】（1）活塞刚要离开处时有 解得 （2）设缸内气体温度到达时，活塞未运动到处，此时缸内气体压强为，，活塞距离汽缸底部的高度为。 根据理想气体状态方程有 解得 因为，所以假设不成立，缸内气体温度到达时，活塞已经运动到处并且停留在处。则活塞整个过程上升的高度 加热过程活塞增加的重力势能 18．一种氮气减震装置如图所示，支撑面通过细活塞柱与活塞连接，通过弹簧与气缸连接，气缸内封闭的气体可视为理想气体。该装置静置在水平地面上时，弹簧处于原长状态，活塞恰好位于气缸中心处，活塞上、下两部分气体压强均为，气体长度均为。若将一物块放在支撑面上，稳定时弹簧的压缩量为。已知活塞横截面积为，弹簧的劲度系数为。该装置的活塞、活塞柱、支撑面和弹簧的质量以及一切摩擦均忽略不计，气缸导热性和气密性良好，环境温度不变，重力加速度大小为。求： (1)稳定时活塞上方气体的压强和下方气体压强； (2)物块的质量。 【答案】(1)， (2) 【解析】（1）稳定时弹簧的压缩量为，则活塞下方气体长度为 对活塞下方气体，由玻意耳定律有 稳定时活塞上方气体长度为 对活塞上方气体，由玻意耳定律有 解得 （2）设活塞柱的弹力为，弹簧的弹力为，以活塞为研究对象，受力分析可知 解得 以支撑面为研究对象，受力分析可知 其中 解得 考向3：变质量模型 19．2025年12月9日15：30神舟二十一号航天员武飞首次执行出舱任务。武飞先在出舱前的气闸舱穿上舱外航天服（如图），航天服密封气体的体积约为，压强，温度。他穿好航天服后，需要把气闸舱的气压不断降低，以便打开舱门。若气闸舱气压降低到能打开舱门时，密闭航天服内气体体积膨胀到，温度变为。航天服内气体可视为理想气体。 (1)求此时航天服内气体压强的值，判断此时航天服内气体与气闸舱降压前相比，内能如何变化？ (2)为便于舱外活动，武飞把航天服内一部分气体缓慢放出，出舱后气压降到，航天服内剩余气体体积变为，假设释放气体过程中温度不变，求航天服需要放出的气体与原来气体的质量比。 【答案】(1)，减小 (2) 【解析】（1）根据理想气体状态方程 解得 由题意知航天服内气体温度降低，所以气体内能减小 （2）设航天员需要放出气体体积，根据玻意耳定律有 解得 则放出的气体与原来气体的质量比为 解得 20．弹簧式安全阀是一种自动泄压保护装置。某款安全阀接入容器后的结构简化图如图乙所示，导热性能良好的容器体积为，右下方为进气口，上端出气口与安全阀连接，安全阀内轻弹簧一端固定在阀管顶端，另一端连接轻质活塞，活塞横截面积为S，可无漏气、无摩擦地在阀管内移动；阀管上的泄压口始终与外界连通，与容器出气口距离为L。现测试其泄压参数，开始时封闭容器进气口，此时容器内气体压强为，温度为，活塞恰好在出气口处且弹簧处于原长，已知大气压强为，弹簧劲度系数为，始终处于弹性限度内。 (1)若使容器的温度缓慢升高，当恰好开始泄压时，容器内气体的压强和温度； (2)若往容器缓慢充入温度为，压强为的同种气体，求充入气体体积为多少时恰好开始泄压。 【答案】(1)，； (2) 【解析】（1）活塞受力平衡有 解得 升温后体积 由理想气体状态方程有 解得 （2）充气过程为等温变化 解得 考向4：关联气体与组合模型 21．如图所示，两个器壁可导热的容器A、B容积相等且均不变，之间由不导热的细管C连通，C的容积可忽略。在温度为的室内，向容器中充入一部分气体，达到热平衡后容器内的气体压强为。现将容器A置于温度较高的液体中，使容器A中气体的温度缓慢升高，B仍在温度为的室内，当容器内气体的压强为时，求： (1)从A进入B中的气体与B中原有气体的质量比； (2)此时A中气体的温度。 【答案】(1) (2) 【解析】（1）设A、B容积为，当容器内气体的压强为时，设原来B容器中气体的总体积为，因为B容器的温度不变，根据玻意耳定律有 进入B中的气体密度是均匀的，所以质量之比即为它们的体积之比，则从A进入B中的气体与B中原有气体的质量比为 解得 （2）由得出， 其中R为常数，n为物质的量，M为气体相对分子质量，m为A、B容器中原有的质量，M为常量，因为封闭气体是同种气体 对A在未升温时有 对A升温后有 解得此时A的温度 22．如图，一定量气体放在体积为V0的容器中，室温为T0=300K，有一光滑导热活塞C（不占体积）将容器分成A、B两室，B室的体积是A室的两倍，A室容器上连接有一U形管（U形管内气体的体积忽略不计），两边水银柱高度差为76cm，右室容器中连接有一阀门K，可与大气相通。（外界大气压等于76cmHg）求： (1)将阀门K打开后，A室的体积变成多少？ (2)打开阀门K后将容器内的气体从300K加热到400K，U形管内两边水银面的高度差为多少？ (3)再加热到675K，U形管内两边水银面的高度差又为多少？ 【答案】(1) (2)高度差为0 (3)38cm 【解析】（1）打开阀门，A室气体等温变化，有 其中，， 解得 （2）设从升到T时，缸内气体的体积为V0，等压膨胀过程，有 解得 由于，故缸内的气压等于大气压，故U形管内两边水银面的高度差为0。 （3）从升到的过程中，气体为等容变化，根据， 解得 故U形管内两边水银面的高度差为38.0cm。 五．固体和液体 考向1：固体 23．（多选）下列哪些现象能说明晶体与非晶体的区别（　　） A．食盐是正方体，而蜂蜡无规则形状 B．石墨可导电，沥青不能导电 C．冰熔化时，温度保持不变，松香受热熔化时温度持续升高 D．金刚石密度大，石墨密度小 【答案】AC 【解析】A．食盐是正方体（晶体规则形状），蜂蜡无规则形状（非晶体），体现了晶体可能具有规则几何形状而非晶体无规则形状的区别，故A正确。 B．石墨可导电（晶体），沥青不能导电（非晶体），但导电性取决于材料的电子结构，并非晶体与非晶体的普遍区别（如晶体金刚石不导电，非晶硅可能导电），故B错误。 C．冰熔化时温度保持不变（晶体固定熔点），松香熔化时温度持续升高（非晶体无固定熔点），直接反映了晶体与非晶体熔化行为的根本区别，故C正确。 D．金刚石密度大，石墨密度小，但两者均为晶体，密度差异源于晶体结构不同，与晶体和非晶体的区别无关（非晶体密度因材料而异），故D错误。 故选AC。 24．如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，石墨烯是单层的石墨，可以通过剥离石墨而获得，是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型材料。下列说法正确的是（　　） A．单层石墨烯的厚度约在厘米数量级 B．石墨烯可以通过物理方法获得 C．石墨和石墨烯中的碳原子都固定在六边形的顶点不动 D．石墨烯熔化过程中吸热，碳原子的平均动能增加 【答案】B 【解析】A．据查到的资料可知，1毫米厚的石墨大约包含三百万层石墨烯，所以计算可得单层石墨烯的厚度约在纳米数量级以下，故A错误； B．由题可知，可以通过剥离石墨而获得石墨烯，所以石墨烯可以通过物理方法获得，故B正确； C．石墨中的碳原子是运动的，故C错误； D．石墨烯是晶体，熔解过程中吸热，温度不变，碳原子的平均动能不变，故D错误。 故选B。 考向2：液体 25．如图所示，热水倒入茶托上的玻璃盖碗后盖上杯盖，在水面和杯盖间就封闭了一部分空气（可视为理想气体）。下列说法正确的是（　　） A．玻璃盖碗是晶体 B．水温越高，每个水分子运动的速率越大 C．温度降低，玻璃盖碗内壁单位面积所受气体分子的平均作用力变小 D．水滴落在干净的茶托上会自然摊开，这说明水不能浸润茶托 【答案】C 【解析】A．玻璃没有固定熔点，属于非晶体，不是晶体，A错误； B．温度是分子平均动能的标志，水温越高，水分子的平均运动速率越大，并不是每个水分子的运动速率都增大，B错误； C．杯内封闭空气体积近似不变，温度降低时，根据查理定律，封闭气体压强减小；压强的微观本质是气体分子对容器壁单位面积的平均作用力，因此玻璃内壁单位面积所受气体分子的平均作用力变小，C正确； D．水滴落在干净茶托上自然摊开，说明水能够浸润茶托，不浸润时水滴会收缩成球形，D错误。 故选C。 26．（多选）一种液体，滴在固体的表面时，出现如图甲所示的情况；当把毛细管插入这种液体中时，液面又出现如图乙所示的情况。若固体和毛细管都很干净，则（　　） A．固体和毛细管可能是由同种材料制成的 B．固体和毛细管一定不是由同种材料制成的 C．固体的分子对液体附着层内的分子的引力比毛细管的分子对液体附着层内的分子的引力小些 D．图乙是液体对毛细管的浸润现象 【答案】BCD 【解析】A．由图甲可知，液滴在固体表面收缩，接触角大于，说明液体不浸润该固体；由图乙可知，毛细管内液面上升，且液面呈凹形，说明液体浸润毛细管。同一种液体对同种材料的浸润性质应当相同，既然出现一种不浸润、一种浸润的情况，说明固体和毛细管一定不是由同种材料制成的，故A错误B正确； C．液体不浸润固体，是因为固体分子对液体附着层内分子的引力（附着力）小于液体内部分子对附着层内分子的引力（内聚力），导致附着层分子稀疏，表现为引力，液面收缩；液体浸润毛细管，是因为毛细管分子对液体附着层内分子的引力（附着力）大于液体内部分子对附着层内分子的引力（内聚力），导致附着层分子密集，表现为斥力，液面扩展。因此，固体的分子对液体附着层内的分子的引力比毛细管的分子对液体附着层内的分子的引力小，故C正确； D．图乙中毛细管内液面上升，且液面呈凹形，这是液体对毛细管浸润产生的毛细现象，故D正确。 故选BCD。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $