专题09 气体实验定律和热力学定律的综合应用（专项训练）物理人教版高二下学期期末复习

**基本信息** 以热力学定律与气体实验定律为核心，构建"知识梳理-方法提炼-分层训练"体系，通过转化法、克拉伯龙方程等技巧突破综合应用与变质量问题，强化能量观念与科学推理。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |知识梳理|3知识点|热力学定律内涵、变质量转化策略、多过程分析框架|从基础定律到特殊问题再到综合应用，形成"概念-方法-应用"递进链条| |方法技巧|3技巧|综合问题思维流程、变质量转化法与方程法、规范解题步骤与陷阱规避|针对热学计算核心痛点，提炼可迁移的解题模型与推理路径| |巩固训练|12题|按题型分类训练，覆盖单一过程、关联气体等典型考法|匹配知识点与方法技巧，实现"学-练"精准对应| |综合训练|15题|含多过程、跨模块综合题，突出真实情境应用|模拟期末命题趋势，强化科学探究与问题解决能力|

专题09 气体实验定律和热力学定律的综合应用 目录 【知识梳理】····························································································1 知识点 1热力学定律和能量守恒定律···········································································1 知识点 2理想气体的变质量问题·····················································3 知识点 3气体实验定律的综合应用·································································3 【方法技巧】····························································································4 方法技巧 1热力学第一定律与气体实验定律的综合应用·····················4 方法技巧 2变质量理想气体问题的两种处理方法·······················4 方法技巧 3热学计算题解题技巧总结·······················4 【巩固训练】····························································································4 【综合训练】···························································································15 【知识梳理】 知识点 1热力学定律和能量守恒定律 1.改变物体内能的两种方式 (1)做功；(2)传热。 2.热力学第一定律 (1)内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 (2)表达式：ΔU＝Q＋W。 (3)表达式中的正、负号法则： 符号 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 (4)解题时特殊字眼“翻译”： ①绝热：没有传热(Q＝0)； ②等容：体积不变，不做功(W＝0)； ③膨胀：体积变大，物体对外界做功(W<0)； ④等温：分子平均动能不变，理想气体内能不变(理想气体ΔU＝0)； ⑤等压，体积变化ΔV：外界对物体做的功W＝－pΔV。 3.能量守恒定律 (1)内容 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 (2)第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。 4.热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 (2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响或表述为“第二类永动机是不可能制成的”。 (3)说明： ①“自发地”指明了传热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。 5.热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 (1)高温物体低温物体。 (2)功热。 (3)气体体积V1气体体积V2(较大)。 (4)不同气体A和B混合气体AB。 6.两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器 不可能制成的原因 违背能量守恒定律 不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律 知识点 2 理想气体的变质量问题 1.充气问题 选择原有气体和即将充入的气体整体作为研究对象，就可把充气过程中气体质量变化问题转化为定质量气体问题。 2.抽气问题 选择每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体整体作为研究对象，抽气过程可以看成质量不变的等温膨胀过程。 3.灌气分装 把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题。 4.漏气问题 选容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象，便可使漏气过程中气体质量变化问题转化为定质量气体问题。 知识点 3 气体实验定律的综合应用 1.单一气体多过程问题 解题的一般思路 (1)确定研究对象 研究对象分两类：热学研究对象(一定质量的理想气体)；力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)。 (2)分析物理过程，确定状态参量 ①对热学研究对象，分析清楚一定质量的理想气体状态变化过程及对应每一过程初、末状态，写出对应状态的状态参量，依据气体实验定律列出方程。 ②分析力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)的受力情况，依据力学规律列出方程求解气体压强。 (3)挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程。 (4)多个方程联立求解。注意检验求解结果的合理性。 2.关联气体问题 由液柱或活塞封闭的两部分(或多部分)气体，并且由液柱或汽缸相互关联的问题，解题基本思路： (1)分别选取各部分气体为研究对象，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程。 (2)依据平衡条件写出各部分气体之间的压强关系，依据几何关系写出各部分气体的体积关系式，作为辅助方程。 (3)多个方程联立求解。若有必要，注意检验求解结果的合理性。 【方法技巧】 技巧1：热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 解决热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的思维流程 技巧2：变质量理想气体问题的两种处理方法 若混合前或分装后两部分或几部分气体压强不相等，不能直接应用气体实验定律列方程。可采取下列两种方法处理此类问题： 1.转化法：应先转化为相同压强下，再将两部分气体整体作为研究对象，然后用气体实验定律或理想气体状态方程列式求解。 2.利用克拉伯龙方程： 若把压强、体积、温度分别为p1、V1、T1，p2、V2、T2…的几部分理想气体进行混合，混合后气体的压强、体积、温度分别为p、V、T，根据＝n1R，＝n2R，…，＝(n1＋n2＋…)R，得＋…＝，若温度不变，可得p1V1＋p2V2＋…＝pV。 技巧3：热学计算题解题技巧总结 1.规范步骤：先“选对象、定状态、列方程”，再代数求解。单位统一用国际单位（压强用Pa，体积用m³或L但要前后一致，温度用K）。 2.快速检查：压强、体积、温度是否有遗漏或错估？是否用到绝热、等温等条件？ 典型陷阱：温度忘记换算成开尔文；活塞重力漏算；误认为气体压强恒为大气压；内能变化只由温度决定（与体积变化无关）。 3. 多过程：分清不同阶段，每个过程用对应方程，找中间状态参量。 变质量：无漏气用克拉伯龙方程 pV = nRT；有漏气或打气、抽气，常用虚拟法将变质量转化为定质量，或列出气体总质量守恒方程。 【巩固训练】 题型 1 热力学定律和能量守恒定律 1．洪涝灾害时，可利用圆柱形塑料盆实施紧急漂浮自救，如图（a）所示。将盆口用力向下迅速竖直压入水面，如图（b）所示。设盆内气体可以视为理想气体，盆内气体压缩过程中与外界无热量交换。关于此过程说法正确的是（    ）    A．大小保持不变 B．气体压强与体积成反比 C．封闭气体分子的无规则运动更加剧烈 D．气体内能保持不变 【答案】C 【详解】A．将盆用力向下迅速竖直压入水面，受力分析有 即 因为下压过程为绝热压缩，气体体积减小、温度升高，压强增大，所以逐渐增大，故A错误； B．气体经历的是绝热压缩过程，不是等温过程，不满足玻意耳定律，故B错误； CD．由于竖直向下压盆过程中，外界对气体做功，忽略此过程中封闭气体与外界的热交换，根据热力学第一定律可知，气体内能增大，温度升高，气体分子的无规则运动更加剧烈，故C正确，D错误。 故选C。 2．如图所示，一个导热良好的圆柱形汽缸，开口向上竖直放置于水平面上，缸内储存文物，用活塞封闭一定质量的理想气体。现环境温度缓慢升高，活塞离汽缸底部的距离由h变为H，已知大气压恒定，活塞与汽缸壁密封良好且不计摩擦，忽略文物热胀冷缩的影响，则下列说法正确的是（    ） A．气体压强增大 B．气体对外做功，内能增大 C．气体放出热量 D．单位时间撞击器壁单位面积的气体分子数增多 【答案】B 【详解】A．设活塞的质量为m，对活塞受力分析，根据平衡条件可得 解得气体的压强为 因此整个过程气体的压强不变，故A错误； B．由题可知，整个过程气体膨胀对外做功，温度升高内能增大，故B正确； C．根据上述分析可知，气体内能增大，则有 气体对外做功，则有 结合热力学第一定律 解得 则 气体吸收热量，故C错误； D．由于气体等压膨胀，体积增大，分子数密度减小，单位时间撞击器壁单位面积的气体分子数减少，故D错误。 故选B。 3．用密封性好、充满气体的充气袋包裹易碎品，充气袋四周被挤压如图所示。现将易碎品取出，则袋内气体（假设袋内气体与外界无热交换）（　　） A．体积增大，内能增大 B．体积增大，压强增大 C．对外界做正功，内能减小 D．对外界做负功，压强减小 【答案】C 【详解】易碎品取出后，袋内气体体积增大，对外界做正功，且袋内气体与外界无热交换，根据热力学第一定律可知，气体的内能减小，温度降低，根据，可知压强会减小。 故选C。 题型 2 理想气体的变质量问题 4．一驾驶员在恒温库中卸货时，看到胎压表显示汽车轮胎的胎压，离开恒温库后，用便携充气泵将每个轮胎的气压都补充至。已知恒温库内的温度，外界环境温度，大气压强，轮胎的体积始终保持。轮胎内部空气可视为理想气体，且始终与外界温度相同。则每个轮胎应充入压强为、温度为的气体体积是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据理想气体状态方程可得 其中， 解得 故选D。 5．如图所示，高空科研探测气球悬停空中，其配备智能温控系统可精准调控气球内部气体温度。气球第一次悬停时调节温控系统，使气球内部气体迅速升温并维持恒定，气球上升一段距离后第二次悬停，此时探测到外界空气压强变为第一次悬停处的，温度变为第一次悬停处的。已知气球体积始终为，运动过程中气球内外压强始终相等，第一次悬停处外界空气密度为，气体密度与压强、温度关系满足常量。第二次悬停相比于第一次悬停气球内气体质量减少了（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设第一次悬停时压强为，温度为，气球内的气体质量为 依题意，第二次悬停时压强，温度，气体密度为，气体质量 由常量 有 得 由 解得 故选A。 6．如图，小朋友去游池前给泳圈充气至105kpa，体积为V。游泳完闲置一段时间后，由于气嘴处漏气，泳圈内外压强相同，求泳圈内漏出的空气质量与原有空气质量的比值为（设环境温度为27 ℃，大气压强为101kpa，漏气过程泳圈体积近似认为不变）（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据玻意耳定律可得 解得 则泳圈内漏出的空气质量与原有空气质量的比值为 故选A。 题型 3 气体实验定律的综合应用 7．如图所示，上端开口、下端封闭的足够长光滑气缸（右侧带有足够长且上端开口的细玻璃管）竖直固定在调温装置内。气缸导热性能良好，用活塞封闭一定质量理想气体。现用调温装置对封闭气体缓慢加热，T1=300K时，活塞刚开始向上运动且细玻璃管内水面与气缸内水面的高度差h=1m，此时缸内气体的体积V1=2×10⁻3m3；继续缓慢加热至温度T2=330K，活塞移动至某一位置后静止不动；保持温度不变，锁定活塞，再缓慢地从细玻璃管中抽出部分水直至细玻璃管内的水面与缸内的水面相平，达到最终状态。已知从T1到最终状态，气体吸收的热量为Q=116.6J；从T2到最终状态，气体对外做功为W1=19.4J，大气压强p0=1×105pa，水的密度ρ=1×103kg/m3。求： (1)气体在最终状态时的体积； (2)从T1到最终状态气体内能的变化量。 【答案】(1)2.42×10-3m3 (2) 【详解】（1）从到最终状态，根据理想气体状态方程 其中，， 解得 （2）从缓慢加热至，气体状态变化为等压变化 气体对外做功为 解得 根据热力学第一定律 解得 8．如图所示，绝热气缸固定在水平地面上，距离缸底处有面积为的绝热活塞封闭一定质量的理想气体，活塞可沿汽缸无摩擦滑动且不漏气。靠近气缸开口端有物块P，物块P与活塞用水平轻弹簧相连，此时弹簧恰为原长。气缸内气体温度为27℃，压强与外界大气压强相同，均为。已知物块P的质量，与气缸内壁的动摩擦因数，可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，弹簧的劲度系数，弹簧的形变始终在弹性限度内，取重力加速度。对缸内气体缓慢加热，当物块P刚要滑动时，求： (1)活塞移动的距离； (2)气缸内气体的温度。 【答案】(1)0.1m (2)495K 【详解】（1）物块P刚要滑动时，设弹簧的压缩量为，可得 解得 （2）设物块P刚要滑动时，气缸内气体的压强为，对活塞，根据受力平衡可得 解得 初始时，气缸内气体的体积为 物块P刚要滑动时，气缸内气体的体积为 设物块P刚要滑动时，气缸内气体的温度为，根据理想气体状态方程有 其中 联立解得 9．如图所示，两个导热密闭容器置于温度不变的环境中。A和B内部存储有同种理想气体，连接两容器细管的开关处于闭合状态。A的容积是B容积的，初始时A中气体的压强是B中气体压强的2倍，忽略连接细管的体积。打开开关稳定后，求： (1)A中压强与开关打开前A中压强之比； (2)从A中进入B中的气体质量与开关打开前A中气体质量之比。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）设初状态中的压强、体积为，则初状态中的压强、体积为，以中气体为研究对象，假设中气体被压缩到压强为，此时其体积变为，由玻意耳定律有 解得 设开关打开并稳定后中气体的压强为，由玻意耳定律有 解得 （2）设开关打开并稳定后，中的气体再被压缩到原来的压强时，体积为，由玻意耳定律有 解得 中气体质量与开关打开前中气体质量之比 从中进入中的气体质量与开关打开前中气体质量之比 10．医疗呼吸机在临床医疗中正发挥着极其重要的作用，某型号呼吸机工作原理可简化为如图所示装置，竖直放置的绝热密闭容器，横截面积为，有一质量为的绝热隔板放在卡槽上，隔板与容器密封良好，将容器分隔为容积均为的上下两部分，另有一只气筒分别通过单向气阀与容器上下两部分连接，气筒内活塞和气筒与容器连接处的体积不计，抽气、打气时气体温度保持不变。两部分气体初始时温度为，均关闭，活塞位于气筒最右侧，上下气体压强均为大气压强，活塞从气筒的最右侧运动到最左侧完成一次抽气，从最左侧运动到最右侧完成一次打气。活塞完成一次抽气、打气后，隔板与卡槽未分离，此时容器上下两部分气体压强之比为，重力加速度为。 (1)求气筒的容积； (2)完成一次打气后，将关闭，容器保持密封状态，通过电热丝对B中气体缓慢加热，使绝热隔板缓慢向上移动，当A中气体变为时停止加热，求此时B气体的温度。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）设气筒的容积为，抽气后A中气体的压强变为，由于抽气、打气时气体温度保持不变，根据玻意耳定律可得抽气过程有 解得 同理设打气后B中气体的压强变为，则打气过程有 解得 由题意可知 解得气筒的容积为 同时可求出完成一次打气后A中气体的压强变为 B中气体的压强变为 （2）设当A中气体体积变为时，其压强为，则根据玻意耳定律可得 解得 设此时B中气体的压强为，对隔板进行受力分析，列平衡方程有 解得停止加热时B中气体的压强为 已知未加热时B中气体的压强为，体积为，温度为 停止加热时B中气体的体积为 设停止加热时其温度为，则对B中气体列理想气体状态方程有 解得停止加热时B中气体的温度为 11．如图所示，一定质量的气体放在体积为的导热容器中，室温，有一光滑导热活塞C（体积忽略不计）将容器分成A、B两室，B室的体积是A室的三倍，A室容器上连接有一管内体积不计的足够长的U形管（U形管各部分横截面积相同），两侧水银柱高度差为76cm，A内有体积可以忽略的电阻丝，B室容器可通过一阀门K与大气相通。已知外界大气压。 (1)此时A室内气体压强是多少？ (2)若A室内气体的温度保持不变，将阀门K打开，稳定后： ①A室内气体的体积变为多少？ ②U形管右侧水银柱液面下降多少cm？ (3)若打开阀门K稳定后，给A室内的电阻丝通电，将A室内气体温度加热到多少K时，活塞C恰好到达容器的最左端？ 【答案】(1) (2)①；② (3) 【详解】（1）开始时，设室内气体压强为，则 则室内气体压强是 （2）①开始时，设室内气体压强为，则 室的体积为 阀门打开后，室内气体等温变化，稳定后压强为，则 体积设为，根据玻意耳定律有 解得 ②水银总体积不变，形管横截面积不变，最终两侧压强均为，则右边下降高度为。 （3）假设打开阀门后，气体从升到时，活塞恰好到达容器最左端，即室内气体体积变为，根据理想气体状态方程有 解得 12．如图所示，一定质量的气体放在体积为的导热容器中，室温，有一光滑导热活塞C（体积忽略不计）将容器分成A、B两室，B室的体积是A室的两倍，A室容器上连接有一管内体积不计的足够长的U形管，两侧水银柱高度差为38cm，A内有体积可以忽略的电阻丝，B室容器可通过一阀门K与大气相通。已知外界大气压。 (1)此时B室内气体压强是多少？ (2)若A室内气体的温度保持不变，将阀门K打开，稳定后B室内剩余气体的质量和B室原有气体质量之比是多少？ (3)若打开阀门K稳定后，给A室内的电阻丝通电，将A室内气体温度加热到多少K时，A室体积是B室的两倍？ (4)若在（3）后，关闭阀门K，将A室内气体温度继续加热到800K时，求此时A室内气体的压强。 【答案】(1)114cmHg (2) (3)400K (4)152cmHg 【详解】（1）开始时，设A室内气体压强为，则 其中 解得B室内气体压强是 （2）开始时，设A室内气体压强为，则 A室的体积为 阀门K打开后，A室内气体等温变化，稳定后压强为，则 体积设为，根据玻意耳定律有 解得 B室内气体等温变化，依题意有 其中 根据玻意耳定律有 解得 则稳定后B室内剩余气体的质量和B室原有气体质量之比为 （3）假设打开阀门后，气体从升到T1时，A室体积是B室的两倍，即A室内气体体积变为， 压强始终为 即为等压变化过程，根据盖一吕萨克定律有 解得 （4）因为从T1=400K继续升高到T2=800K的过程中，A室内气体为等容变化过程。设其最终压强为，根据查理定律有 解得 【综合训练】 一、单选题 1．如图所示，内径均匀的倾斜玻璃管下端开口，上部用水银柱封闭一定长度的理想气体。现将玻璃管顺时针缓慢转动至竖直，环境温度恒定，则管内气体（　　） A．体积减小 B．单个分子撞击管壁的平均作用力减小 C．单位时间单位面积撞击管壁的分子个数减少 D．放出热量 【答案】C 【详解】A．设玻璃管与水平方向的夹角为，对水银柱受力分析可知，管内气体压强满足 可得 现将玻璃管顺时针缓慢转动至竖直，可得变大，气体压强变小，根据等温变化可知气体体积变大，故A错误； B．温度是分子平均动能的标志，环境温度恒定，则气体温度不变，分子的平均动能不变，单个分子撞击管壁的平均作用力不变，故B错误； C．气体压强从微观角度看，取决于分子的平均动能和单位体积内的分子数（分子数密度），温度不变，分子平均动能不变；压强减小，单位体积内的分子数减少，因此单位时间单位面积撞击管壁的分子个数减少，故C正确； D．理想气体内能只与温度有关，温度不变，内能不变，即 气体体积增大，对外做功，即 可得，即气体吸收热量，故D错误。 故选C。 2．一定质量的理想气体经历A→B→C的过程，其体积与温度的变化如图所示，下列说法中正确的是（    ） A．A→B的过程中气体的压强减小 B．A→B的过程中气体的内能增大 C．A→B→C整个过程中气体向外界放出热量 D．A→B→C整个过程中气体从外界吸收热量 【答案】C 【详解】A．根据 整理得 可知图像斜率表示。由图像可知A→B的过程图像的点与O点连线的直线斜率减小，可知该过程气体压强增大，故A错误； B．由图像可知A→B的过程，气体温度一直降低，因此内能一直减小，故B错误； CD．A→B→C整个过程中，气体体积减小，外界对气体做功（W>0），温度降低，气体内能减小（），根据热力学第一定律可知，Q<0，因此气体向外界放出热量，故C正确，D错误。 故选C。 3．如图所示，一定质量的理想气体从状态开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态和。下列说法正确的是（    ） A．和状态，理想气体的温度相等 B．到状态，外界对理想气体做功 C．到状态，理想气体向外界放热 D．到状态，理想气体的分子平均动能逐渐变小 【答案】D 【详解】A．由图可得：状态的 状态的 因为 所以状态的温度高于状态的温度，故A错误； B．从状态到状态的过程中，气体体积由增大到，气体对外做功，即外界对气体做负功，故B错误； C．从状态到状态的过程中，气体发生等压膨胀，体积增大，温度升高，气体内能增大（）；同时气体对外做功（）。根据热力学第一定律 ，可得 ，即气体从外界吸收热量，故C错误； D．从状态到状态的过程中，气体体积不变，压强减小，根据查理定律可知，气体温度降低。温度是分子平均动能的标志，温度降低，分子的平均动能逐渐变小，故D正确。 故选D。 4．篮球赛上某同学发现一只篮球气压不足，用气压计测得球内气体压强为1.3atm，已知篮球内部容积为7.5L。现用简易打气筒给篮球打气，每次能将体积为0.3L、压强为1atm的空气打入球内，直到篮球的气压为1.5atm。忽略球内容积与气体温度的变化，则向篮球内打气的次数为（　　） A．3次 B．4次 C．5次 D．6次 【答案】C 【详解】打气过程温度不变，气体做等温变化，符合玻意耳定律，即一定质量的理想气体温度不变时，压强与体积的乘积为定值。将篮球内原有气体和打入的气体作为整体研究，设打气次数为，初始篮球内气体压强、体积，每次打入气体压强、体积，末态气体压强、体积，根据玻意耳定律列方程 代入数据解得 故选C。 5．如图所示，竖直细玻璃管、与水平细玻璃管底部连通，各部分玻璃管内径相同。管上端封有长为的理想气体，管上端开口并与大气相通，此时、两管中水银面恰好相平，且水银面到玻璃管底部的距离为。水平玻璃管内用小活塞封有长度为的理想气体。已知外界大气压强为，忽略环境温度的变化。现用力将活塞缓慢向左推压，使管内的气柱长度变为，此时管内气体未到达管，则活塞向左移动的距离为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】设玻璃管截面积为S，以A管内气体为研究对象，状态1有，，状态2有 由玻意耳定律可得 解得 以C管内气体为研究对象，状态1有， 状态2有， 由玻意耳定律可得 解得 则活塞向左移动的距离，故选D。 6．如图所示。孔明灯在我国有非常悠久的历史，其“会飞”的原因是：灯内燃料燃烧使内部空气升温膨胀，一部分空气从灯内排出，使孔明灯及内部气体的总重力变小，空气浮力将其托起。某盏孔明灯灯体（包括燃料、气袋）的质量为，气袋体积恒为。重力加速度为，大气密度为，环境温度恒为（单位：K），忽略燃料的质量变化，大气压强不变，是衡量孔明灯升空性能的参量。记，若气袋内气体温度最高不能超过（单位：K）。则为了使孔明灯顺利升空，应满足（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】设刚好从地面浮起时气袋内的气体密度为，则升起时浮力等于孔明灯和内部气体的总重力，有 将气袋内的气体温度升高时，气体视为等压变化，原来的气体温度升高时体积为，升高后体积为（有留在气袋内），根据质量相等则有 原来的气体温度升高后压强不变，体积从变为，由等压变化得 根据题意 联立解得 故选C。 7．如图所示，一端封闭的细长玻璃管，开口向下竖直插在水银槽里，管内有一段水银柱将管内气体分隔成长度分别为H1和H2的两部分，管内外水银面相平。若将玻璃管竖直向下移动一点，则（　　） A．稳定后管内两部分气体的长度H1变大，H2变小 B．稳定后管内两部分气体的长度H1变小，H2变大 C．稳定后管内两部分气体的长度H1和H2都变大 D．稳定后管内两部分气体的长度H1和H2都变小 【答案】D 【详解】假设管内气体体积不变，将玻璃管竖直向下移动，管口没入水银中，管内气体所处深度增加，压强增大。对于下部气体，压强增大，由玻意耳定律 可知变小；对于上部气体，压强 其中为中间水银柱产生的压强，因增大，不变，则增大，由玻意耳定律可知变小。 故选D。 8．如图所示，两个导热性能良好的柱形汽缸A、B，横截面积，底部通过体积可以忽略不计的细管连通，内部各有一个活塞，质量关系为。A、B汽缸内壁光滑，B汽缸离底部4h高处有一活塞销。当汽缸内充有某种理想气体时，A、B中的活塞距底部均为h。在A活塞上方逐渐加沙子，最终加的沙子的质量为，两个汽缸静止。环境温度不变，外界大气压为，则最终（　　） A．B活塞距离底部为3h B．B活塞距离底部为4h C．A活塞距离底部为 D．A活塞距离底部为 【答案】A 【详解】设缸内气体压强为 对B活塞缓慢上升时有 而对A活塞 即对A活塞缸内气体产生向上的压力小于大气压力与活塞和所加的沙子的重力之和 故A活塞一直“沉”到缸底，对缸内气体，因温度、压强都没变，故体积也不变 又 联立解得 故选A。 二、多选题 9．某深海探测胶囊的核心是一个水平固定的绝热密闭汽缸，其结构示意图如图所示，绝热活塞将汽缸内的理想气体分成左、右两部分，活塞通过轻弹簧与汽缸底相连，初始时系统平衡，弹簧处于原长。启动加热后，汽缸内气体缓慢吸热，推动活塞向右移动一段距离后再次平衡。不计活塞与汽缸间的摩擦。关于加热过程，下列说法正确的是（　　） A．活塞对右侧气体做正功 B．活塞左侧每个气体分子的动能都增大 C．活塞左侧的气体压强增大 D．弹簧的弹力对活塞做正功 【答案】AC 【详解】A．加热过程，活塞向右运动压缩气体，对右侧气体做正功，A正确； C．活塞向右运动压缩气体，右侧的气体压强增大，设活塞横截面积为，弹簧弹力为，对活塞由平衡条件可得 ，增大，知活塞左侧的气体压强增大，C正确； B．对活塞左侧的气体，由气体状态方程可知，气体的温度升高，分子平均动能增大，但不是每个气体分子的动能都增大，B错误； D．弹簧的弹力方向与活塞的位移方向相反，弹簧的弹力对活塞做负功，D错误。 故选AC。 10．如图所示，高度为3h、内部横截面积为S的绝热汽缸竖直放置，厚度均不计的绝热活塞a和导热活塞b封闭两部分理想气体甲、乙。初始时活塞a与汽缸底面之间的距离为h，两活塞之间的距离也为h，两部分气体和外界温度均为T0，大气压强为p0。现通过电热丝对气体甲缓慢加热，当活塞b到达汽缸口且卡扣对活塞b的总作用力为0.6p0S时停止加热并立即锁定活塞b，然后打开阀门P，区域乙的气体缓慢漏出，经过足够长的时间后，气体乙剩余的质量是原来质量的。已知活塞a的质量不计，活塞b的质量为（g为当地重力加速度），两活塞与汽缸之间接触良好且无摩擦，不计电热丝的体积，外界温度保持不变。则（　　） A．活塞b刚到汽缸口时，气体甲的温度为1.5T0 B．停止加热时，气体甲的温度为3.5T0 C．打开阀门且稳定后，活塞a到汽缸底部的距离为2h D．打开阀门且稳定后，气体甲的温度为2T0 【答案】BD 【详解】A．对活塞b受力分析，初始时b处于平衡状态，有 解得 活塞a质量不计，故 初始时甲、乙的体积分别为， b导热，乙的温度保持，活塞b刚到汽缸口时，b的平衡条件未发生变化，压强保持，则乙的体积保持，气体甲等压膨胀，气体甲的体积 对甲，由盖‑吕萨克定律，得 解得，故A错误； B．停止加热时，b受力平衡，有 解得 b导热，乙温度保持，做等温变化，对乙由玻意耳定律，得 代入得 解得 则两活塞之间的距离为。汽缸总高，则甲的体积 且 对甲，由理想气体状态方程，得 代入得 解得​，故B正确； C．打开阀门后，乙与大气相通，最终 温度仍为​，剩余的乙的质量为初始时的，故乙的物质的量 由理想气体状态方程 代入得 解得 则两活塞之间的距离为。因此活塞a到汽缸底部的距离为，故C错误； D．甲的物质的量不变，且， 由理想气体状态方程，得 代入得 解得，故D正确。 故选BD。 11．下列四幅图中，左侧的汽缸通过管道和右侧的容器连接，活塞和管道上均设有可自由转动的单向阀门。工作时，手持活塞左右移动，通过改变阀门的开向，就可以实现“打气”或“抽气”功能。以下说法正确的是（　　） A．图甲可以实现抽气功能 B．图乙可以实现打气功能 C．图丙可以实现打气功能 D．图丁可以实现抽气功能 【答案】AC 【详解】A．拉活塞向左，汽缸容积变大、压强减小，右端管道阀打开，左端阀关闭，容器内空气进入汽缸；推活塞向右，汽缸容积变小、压强增大，左端阀打开，右端阀关闭，汽缸内空气排出，因此甲是抽气功能，故A正确； B．  拉活塞向左，汽缸容积变大、压强减小，右端管道阀和左端进气阀同时打开，外界和容器的气体都进入汽缸；推活塞向右，压强增大后两个阀门都关闭，气体既无法排到外界也无法进入容器，不能实现打气，故B错误； C．拉活塞向左，汽缸容积增大、压强减小，左端阀打开吸入外界空气，右端阀关闭；推活塞向右，汽缸压强增大，左端阀关闭，右端阀打开，汽缸内空气压入容器，因此可以实现打气功能，故C正确； D． 拉活塞向左，汽缸容积变大、压强减小，右端管道阀和左端进气阀同时关闭，外界和容器的气体都无法进入汽缸；推活塞向右，压强增大后两个阀门都打开，不能实现抽气，故D错误。 故选AC。 12．一个水平放置的导热性能良好的汽缸如图甲所示，横截面积为S的光滑活塞将汽缸分割成A、B两部分，初始阀门打开，活塞到汽缸左、右两底面的距离分别为L和3L。现通过阀门缓慢向A中充入空气，关闭阀门，最终活塞恰好静止在汽缸的正中间位置，已知重力加速度为g，环境温度不变，外界大气压为，则（　　） A．充入气体后，两部分气体的压强为 B．充入气体的质量与A部分原有气体的质量为 C．若将A中充入空气稳定后的汽缸竖直放置如图乙，稳定后活塞与阀门间距3L，则活塞质量为 D．若将汽缸如图乙所示竖直放置，平衡后，降低环境温度，则活塞下移 【答案】ACD 【详解】A．初始阀门打开，A、B压强均为大气压，B初始体积 充气后活塞在汽缸中点，B体积变为 环境温度不变，对B由玻意耳定律 解得 活塞光滑平衡，A压强等于B压强，因此两部分压强均为，故A正确； B．同温同压下，气体质量比等于物质的量（体积）之比，原有A气体 充气后A总物质的量 充入气体物质的量 因此充入质量与原有质量比 故B错误； C．竖直放置后，A长度，体积 对A由玻意耳定律 解得 对B，B长度，体积 由玻意耳定律 解得 对活塞受力平衡（向上，和重力向下） 解得 故C正确； D．平衡后降低环境温度，假设活塞暂时不动，A、B体积不变，由查理定律，压强与温度成正比，压强均随温度降低成比例减小，压强差满足 因此 合力向下，活塞下移，故D正确。 故选ACD。 三、解答题 13．2025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) 【详解】（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 14．制作水火箭是青少年科技活动的常见项目之一。某研究小组为了探究水火箭在充气与喷水过程中气体的热学规律，把水火箭的塑料容器竖直固定，其中A、C分别是塑料容器的充气口、喷水口，B是气压计，如图（a）所示。在室温环境下，容器内装入一定质量的水，此时容器内的气体体积为，压强为，现缓慢充气后压强变为，不计容器的容积变化。 (1)设充气过程中气体温度不变，求充入的气体在该室温环境下压强为时的体积。 (2)打开喷水口阀门，喷出一部分水后关闭阀门，容器内气体从状态M变化到状态N，其压强p与体积V的变化关系如图（b）中实线所示，已知气体在状态N时的体积为，压强为。求气体在状态M与状态N时的热力学温度之比。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）设充入的气体在该室温环境下压强为时的体积为V，充气过程中气体温度不变，则有 解得 （2）容器内气体从状态M变化到状态N，由理想气体的状态方程可得 可得 15．如图，水平面上固定一个导热良好的足够高的圆柱形气缸。其中通过质量为的活塞密封了一定量理想气体。活塞和气缸光滑接触。初始时用大小为的力向下压住活塞保持静止，此时活塞到气缸底面的距离为。设气缸底面积为，环境温度为，大气压强，认为活塞运动过程中受到的大气压强保持不变，忽略活塞和气缸的比热容。 (1)求此时气缸内气体的压强。 (2)突然释放活塞，求 a．最终活塞静止时活塞的高度 b．从开始释放到最终停止，气体从外界吸收的热量 【答案】(1) (2)a．；b． 【详解】（1）对活塞，根据平衡条件有 解得 （2）a．突然释放活塞后，当活塞重新静止时有 解得 题意可知气体做等温变化，根据玻意耳定律有 联立解得 b．从开始释放到最终停止，对活塞，根据动能定理有 联立解得气体对外做功 根据热力学第一定律有 其中（因为气体温度不变），，联立解得 因此气体从外界吸收的热量。 18 / 30 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题09 气体实验定律和热力学定律的综合应用 【巩固训练】 题号 1 2 3 4 5 6 答案 C B C D A A 7．(1)2.42×10-3m3 (2) 【详解】（1）从到最终状态，根据理想气体状态方程 其中，， 解得 （2）从缓慢加热至，气体状态变化为等压变化 气体对外做功为 解得 根据热力学第一定律 解得 8．(1)0.1m (2)495K 【详解】（1）物块P刚要滑动时，设弹簧的压缩量为，可得 解得 （2）设物块P刚要滑动时，气缸内气体的压强为，对活塞，根据受力平衡可得 解得 初始时，气缸内气体的体积为 物块P刚要滑动时，气缸内气体的体积为 设物块P刚要滑动时，气缸内气体的温度为，根据理想气体状态方程有 其中 联立解得 9．(1) (2) 【详解】（1）设初状态中的压强、体积为，则初状态中的压强、体积为，以中气体为研究对象，假设中气体被压缩到压强为，此时其体积变为，由玻意耳定律有 解得 设开关打开并稳定后中气体的压强为，由玻意耳定律有 解得 （2）设开关打开并稳定后，中的气体再被压缩到原来的压强时，体积为，由玻意耳定律有 解得 中气体质量与开关打开前中气体质量之比 从中进入中的气体质量与开关打开前中气体质量之比 10．(1) (2) 【详解】（1）设气筒的容积为，抽气后A中气体的压强变为，由于抽气、打气时气体温度保持不变，根据玻意耳定律可得抽气过程有 解得 同理设打气后B中气体的压强变为，则打气过程有 解得 由题意可知 解得气筒的容积为 同时可求出完成一次打气后A中气体的压强变为 B中气体的压强变为 （2）设当A中气体体积变为时，其压强为，则根据玻意耳定律可得 解得 设此时B中气体的压强为，对隔板进行受力分析，列平衡方程有 解得停止加热时B中气体的压强为 已知未加热时B中气体的压强为，体积为，温度为 停止加热时B中气体的体积为 设停止加热时其温度为，则对B中气体列理想气体状态方程有 解得停止加热时B中气体的温度为 11．(1) (2)①；② (3) 【详解】（1）开始时，设室内气体压强为，则 则室内气体压强是 （2）①开始时，设室内气体压强为，则 室的体积为 阀门打开后，室内气体等温变化，稳定后压强为，则 体积设为，根据玻意耳定律有 解得 ②水银总体积不变，形管横截面积不变，最终两侧压强均为，则右边下降高度为。 （3）假设打开阀门后，气体从升到时，活塞恰好到达容器最左端，即室内气体体积变为，根据理想气体状态方程有 解得 12．(1)114cmHg (2) (3)400K (4)152cmHg 【详解】（1）开始时，设A室内气体压强为，则 其中 解得B室内气体压强是 （2）开始时，设A室内气体压强为，则 A室的体积为 阀门K打开后，A室内气体等温变化，稳定后压强为，则 体积设为，根据玻意耳定律有 解得 B室内气体等温变化，依题意有 其中 根据玻意耳定律有 解得 则稳定后B室内剩余气体的质量和B室原有气体质量之比为 （3）假设打开阀门后，气体从升到T1时，A室体积是B室的两倍，即A室内气体体积变为， 压强始终为 即为等压变化过程，根据盖一吕萨克定律有 解得 （4）因为从T1=400K继续升高到T2=800K的过程中，A室内气体为等容变化过程。设其最终压强为，根据查理定律有 解得 【综合训练】 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C C D C D C D A AC BD 题号 11 12 答案 AC ACD 13．(1)，减小 (2) 【详解】（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 14．(1) (2) 【详解】（1）设充入的气体在该室温环境下压强为时的体积为V，充气过程中气体温度不变，则有 解得 （2）容器内气体从状态M变化到状态N，由理想气体的状态方程可得 可得 15．(1) (2)a．；b． 【详解】（1）对活塞，根据平衡条件有 解得 （2）a．突然释放活塞后，当活塞重新静止时有 解得 题意可知气体做等温变化，根据玻意耳定律有 联立解得 b．从开始释放到最终停止，对活塞，根据动能定理有 联立解得气体对外做功 根据热力学第一定律有 其中（因为气体温度不变），，联立解得 因此气体从外界吸收的热量。 6 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题09 气体实验定律和热力学定律的综合应用 目录 【知识梳理】····························································································1 知识点 1热力学定律和能量守恒定律···········································································1 知识点 2理想气体的变质量问题·····················································3 知识点 3气体实验定律的综合应用·································································3 【方法技巧】····························································································4 方法技巧 1热力学第一定律与气体实验定律的综合应用·····················4 方法技巧 2变质量理想气体问题的两种处理方法·······················4 方法技巧 3热学计算题解题技巧总结·······················4 【巩固训练】····························································································4 【综合训练】···························································································9 【知识梳理】 知识点 1热力学定律和能量守恒定律 1.改变物体内能的两种方式 (1)做功；(2)传热。 2.热力学第一定律 (1)内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 (2)表达式：ΔU＝Q＋W。 (3)表达式中的正、负号法则： 符号 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 (4)解题时特殊字眼“翻译”： ①绝热：没有传热(Q＝0)； ②等容：体积不变，不做功(W＝0)； ③膨胀：体积变大，物体对外界做功(W<0)； ④等温：分子平均动能不变，理想气体内能不变(理想气体ΔU＝0)； ⑤等压，体积变化ΔV：外界对物体做的功W＝－pΔV。 3.能量守恒定律 (1)内容 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 (2)第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。 4.热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 (2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响或表述为“第二类永动机是不可能制成的”。 (3)说明： ①“自发地”指明了传热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。 5.热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 (1)高温物体低温物体。 (2)功热。 (3)气体体积V1气体体积V2(较大)。 (4)不同气体A和B混合气体AB。 6.两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器 不可能制成的原因 违背能量守恒定律 不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律 知识点 2 理想气体的变质量问题 1.充气问题 选择原有气体和即将充入的气体整体作为研究对象，就可把充气过程中气体质量变化问题转化为定质量气体问题。 2.抽气问题 选择每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体整体作为研究对象，抽气过程可以看成质量不变的等温膨胀过程。 3.灌气分装 把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题。 4.漏气问题 选容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象，便可使漏气过程中气体质量变化问题转化为定质量气体问题。 知识点 3 气体实验定律的综合应用 1.单一气体多过程问题 解题的一般思路 (1)确定研究对象 研究对象分两类：热学研究对象(一定质量的理想气体)；力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)。 (2)分析物理过程，确定状态参量 ①对热学研究对象，分析清楚一定质量的理想气体状态变化过程及对应每一过程初、末状态，写出对应状态的状态参量，依据气体实验定律列出方程。 ②分析力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)的受力情况，依据力学规律列出方程求解气体压强。 (3)挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程。 (4)多个方程联立求解。注意检验求解结果的合理性。 2.关联气体问题 由液柱或活塞封闭的两部分(或多部分)气体，并且由液柱或汽缸相互关联的问题，解题基本思路： (1)分别选取各部分气体为研究对象，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程。 (2)依据平衡条件写出各部分气体之间的压强关系，依据几何关系写出各部分气体的体积关系式，作为辅助方程。 (3)多个方程联立求解。若有必要，注意检验求解结果的合理性。 【方法技巧】 技巧1：热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 解决热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的思维流程 技巧2：变质量理想气体问题的两种处理方法 若混合前或分装后两部分或几部分气体压强不相等，不能直接应用气体实验定律列方程。可采取下列两种方法处理此类问题： 1.转化法：应先转化为相同压强下，再将两部分气体整体作为研究对象，然后用气体实验定律或理想气体状态方程列式求解。 2.利用克拉伯龙方程： 若把压强、体积、温度分别为p1、V1、T1，p2、V2、T2…的几部分理想气体进行混合，混合后气体的压强、体积、温度分别为p、V、T，根据＝n1R，＝n2R，…，＝(n1＋n2＋…)R，得＋…＝，若温度不变，可得p1V1＋p2V2＋…＝pV。 技巧3：热学计算题解题技巧总结 1.规范步骤：先“选对象、定状态、列方程”，再代数求解。单位统一用国际单位（压强用Pa，体积用m³或L但要前后一致，温度用K）。 2.快速检查：压强、体积、温度是否有遗漏或错估？是否用到绝热、等温等条件？ 典型陷阱：温度忘记换算成开尔文；活塞重力漏算；误认为气体压强恒为大气压；内能变化只由温度决定（与体积变化无关）。 3. 多过程：分清不同阶段，每个过程用对应方程，找中间状态参量。 变质量：无漏气用克拉伯龙方程 pV = nRT；有漏气或打气、抽气，常用虚拟法将变质量转化为定质量，或列出气体总质量守恒方程。 【巩固训练】 题型 1 热力学定律和能量守恒定律 1．洪涝灾害时，可利用圆柱形塑料盆实施紧急漂浮自救，如图（a）所示。将盆口用力向下迅速竖直压入水面，如图（b）所示。设盆内气体可以视为理想气体，盆内气体压缩过程中与外界无热量交换。关于此过程说法正确的是（    ）    A．大小保持不变 B．气体压强与体积成反比 C．封闭气体分子的无规则运动更加剧烈 D．气体内能保持不变 2．如图所示，一个导热良好的圆柱形汽缸，开口向上竖直放置于水平面上，缸内储存文物，用活塞封闭一定质量的理想气体。现环境温度缓慢升高，活塞离汽缸底部的距离由h变为H，已知大气压恒定，活塞与汽缸壁密封良好且不计摩擦，忽略文物热胀冷缩的影响，则下列说法正确的是（    ） A．气体压强增大 B．气体对外做功，内能增大 C．气体放出热量 D．单位时间撞击器壁单位面积的气体分子数增多 3．用密封性好、充满气体的充气袋包裹易碎品，充气袋四周被挤压如图所示。现将易碎品取出，则袋内气体（假设袋内气体与外界无热交换）（　　） A．体积增大，内能增大 B．体积增大，压强增大 C．对外界做正功，内能减小 D．对外界做负功，压强减小 题型 2 理想气体的变质量问题 4．一驾驶员在恒温库中卸货时，看到胎压表显示汽车轮胎的胎压，离开恒温库后，用便携充气泵将每个轮胎的气压都补充至。已知恒温库内的温度，外界环境温度，大气压强，轮胎的体积始终保持。轮胎内部空气可视为理想气体，且始终与外界温度相同。则每个轮胎应充入压强为、温度为的气体体积是（　　） A． B． C． D． 5．如图所示，高空科研探测气球悬停空中，其配备智能温控系统可精准调控气球内部气体温度。气球第一次悬停时调节温控系统，使气球内部气体迅速升温并维持恒定，气球上升一段距离后第二次悬停，此时探测到外界空气压强变为第一次悬停处的，温度变为第一次悬停处的。已知气球体积始终为，运动过程中气球内外压强始终相等，第一次悬停处外界空气密度为，气体密度与压强、温度关系满足常量。第二次悬停相比于第一次悬停气球内气体质量减少了（　　） A． B． C． D． 6．如图，小朋友去游池前给泳圈充气至105kpa，体积为V。游泳完闲置一段时间后，由于气嘴处漏气，泳圈内外压强相同，求泳圈内漏出的空气质量与原有空气质量的比值为（设环境温度为27 ℃，大气压强为101kpa，漏气过程泳圈体积近似认为不变）（　　） A． B． C． D． 题型 3 气体实验定律的综合应用 7．如图所示，上端开口、下端封闭的足够长光滑气缸（右侧带有足够长且上端开口的细玻璃管）竖直固定在调温装置内。气缸导热性能良好，用活塞封闭一定质量理想气体。现用调温装置对封闭气体缓慢加热，T1=300K时，活塞刚开始向上运动且细玻璃管内水面与气缸内水面的高度差h=1m，此时缸内气体的体积V1=2×10⁻3m3；继续缓慢加热至温度T2=330K，活塞移动至某一位置后静止不动；保持温度不变，锁定活塞，再缓慢地从细玻璃管中抽出部分水直至细玻璃管内的水面与缸内的水面相平，达到最终状态。已知从T1到最终状态，气体吸收的热量为Q=116.6J；从T2到最终状态，气体对外做功为W1=19.4J，大气压强p0=1×105pa，水的密度ρ=1×103kg/m3。求： (1)气体在最终状态时的体积； (2)从T1到最终状态气体内能的变化量。 8．如图所示，绝热气缸固定在水平地面上，距离缸底处有面积为的绝热活塞封闭一定质量的理想气体，活塞可沿汽缸无摩擦滑动且不漏气。靠近气缸开口端有物块P，物块P与活塞用水平轻弹簧相连，此时弹簧恰为原长。气缸内气体温度为27℃，压强与外界大气压强相同，均为。已知物块P的质量，与气缸内壁的动摩擦因数，可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，弹簧的劲度系数，弹簧的形变始终在弹性限度内，取重力加速度。对缸内气体缓慢加热，当物块P刚要滑动时，求： (1)活塞移动的距离； (2)气缸内气体的温度。 9．如图所示，两个导热密闭容器置于温度不变的环境中。A和B内部存储有同种理想气体，连接两容器细管的开关处于闭合状态。A的容积是B容积的，初始时A中气体的压强是B中气体压强的2倍，忽略连接细管的体积。打开开关稳定后，求： (1)A中压强与开关打开前A中压强之比； (2)从A中进入B中的气体质量与开关打开前A中气体质量之比。 10．医疗呼吸机在临床医疗中正发挥着极其重要的作用，某型号呼吸机工作原理可简化为如图所示装置，竖直放置的绝热密闭容器，横截面积为，有一质量为的绝热隔板放在卡槽上，隔板与容器密封良好，将容器分隔为容积均为的上下两部分，另有一只气筒分别通过单向气阀与容器上下两部分连接，气筒内活塞和气筒与容器连接处的体积不计，抽气、打气时气体温度保持不变。两部分气体初始时温度为，均关闭，活塞位于气筒最右侧，上下气体压强均为大气压强，活塞从气筒的最右侧运动到最左侧完成一次抽气，从最左侧运动到最右侧完成一次打气。活塞完成一次抽气、打气后，隔板与卡槽未分离，此时容器上下两部分气体压强之比为，重力加速度为。 (1)求气筒的容积； (2)完成一次打气后，将关闭，容器保持密封状态，通过电热丝对B中气体缓慢加热，使绝热隔板缓慢向上移动，当A中气体变为时停止加热，求此时B气体的温度。 11．如图所示，一定质量的气体放在体积为的导热容器中，室温，有一光滑导热活塞C（体积忽略不计）将容器分成A、B两室，B室的体积是A室的三倍，A室容器上连接有一管内体积不计的足够长的U形管（U形管各部分横截面积相同），两侧水银柱高度差为76cm，A内有体积可以忽略的电阻丝，B室容器可通过一阀门K与大气相通。已知外界大气压。 (1)此时A室内气体压强是多少？ (2)若A室内气体的温度保持不变，将阀门K打开，稳定后： ①A室内气体的体积变为多少？ ②U形管右侧水银柱液面下降多少cm？ (3)若打开阀门K稳定后，给A室内的电阻丝通电，将A室内气体温度加热到多少K时，活塞C恰好到达容器的最左端？ 12．如图所示，一定质量的气体放在体积为的导热容器中，室温，有一光滑导热活塞C（体积忽略不计）将容器分成A、B两室，B室的体积是A室的两倍，A室容器上连接有一管内体积不计的足够长的U形管，两侧水银柱高度差为38cm，A内有体积可以忽略的电阻丝，B室容器可通过一阀门K与大气相通。已知外界大气压。 (1)此时B室内气体压强是多少？ (2)若A室内气体的温度保持不变，将阀门K打开，稳定后B室内剩余气体的质量和B室原有气体质量之比是多少？ (3)若打开阀门K稳定后，给A室内的电阻丝通电，将A室内气体温度加热到多少K时，A室体积是B室的两倍？ (4)若在（3）后，关闭阀门K，将A室内气体温度继续加热到800K时，求此时A室内气体的压强。 【综合训练】 一、单选题 1．如图所示，内径均匀的倾斜玻璃管下端开口，上部用水银柱封闭一定长度的理想气体。现将玻璃管顺时针缓慢转动至竖直，环境温度恒定，则管内气体（　　） A．体积减小 B．单个分子撞击管壁的平均作用力减小 C．单位时间单位面积撞击管壁的分子个数减少 D．放出热量 2．一定质量的理想气体经历A→B→C的过程，其体积与温度的变化如图所示，下列说法中正确的是（    ） A．A→B的过程中气体的压强减小 B．A→B的过程中气体的内能增大 C．A→B→C整个过程中气体向外界放出热量 D．A→B→C整个过程中气体从外界吸收热量 3．如图所示，一定质量的理想气体从状态开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态和。下列说法正确的是（    ） A．和状态，理想气体的温度相等 B．到状态，外界对理想气体做功 C．到状态，理想气体向外界放热 D．到状态，理想气体的分子平均动能逐渐变小 4．篮球赛上某同学发现一只篮球气压不足，用气压计测得球内气体压强为1.3atm，已知篮球内部容积为7.5L。现用简易打气筒给篮球打气，每次能将体积为0.3L、压强为1atm的空气打入球内，直到篮球的气压为1.5atm。忽略球内容积与气体温度的变化，则向篮球内打气的次数为（　　） A．3次 B．4次 C．5次 D．6次 5．如图所示，竖直细玻璃管、与水平细玻璃管底部连通，各部分玻璃管内径相同。管上端封有长为的理想气体，管上端开口并与大气相通，此时、两管中水银面恰好相平，且水银面到玻璃管底部的距离为。水平玻璃管内用小活塞封有长度为的理想气体。已知外界大气压强为，忽略环境温度的变化。现用力将活塞缓慢向左推压，使管内的气柱长度变为，此时管内气体未到达管，则活塞向左移动的距离为（　　） A． B． C． D． 6．如图所示。孔明灯在我国有非常悠久的历史，其“会飞”的原因是：灯内燃料燃烧使内部空气升温膨胀，一部分空气从灯内排出，使孔明灯及内部气体的总重力变小，空气浮力将其托起。某盏孔明灯灯体（包括燃料、气袋）的质量为，气袋体积恒为。重力加速度为，大气密度为，环境温度恒为（单位：K），忽略燃料的质量变化，大气压强不变，是衡量孔明灯升空性能的参量。记，若气袋内气体温度最高不能超过（单位：K）。则为了使孔明灯顺利升空，应满足（　　） A． B． C． D． 7．如图所示，一端封闭的细长玻璃管，开口向下竖直插在水银槽里，管内有一段水银柱将管内气体分隔成长度分别为H1和H2的两部分，管内外水银面相平。若将玻璃管竖直向下移动一点，则（　　） A．稳定后管内两部分气体的长度H1变大，H2变小 B．稳定后管内两部分气体的长度H1变小，H2变大 C．稳定后管内两部分气体的长度H1和H2都变大 D．稳定后管内两部分气体的长度H1和H2都变小 8．如图所示，两个导热性能良好的柱形汽缸A、B，横截面积，底部通过体积可以忽略不计的细管连通，内部各有一个活塞，质量关系为。A、B汽缸内壁光滑，B汽缸离底部4h高处有一活塞销。当汽缸内充有某种理想气体时，A、B中的活塞距底部均为h。在A活塞上方逐渐加沙子，最终加的沙子的质量为，两个汽缸静止。环境温度不变，外界大气压为，则最终（　　） A．B活塞距离底部为3h B．B活塞距离底部为4h C．A活塞距离底部为 D．A活塞距离底部为 二、多选题 9．某深海探测胶囊的核心是一个水平固定的绝热密闭汽缸，其结构示意图如图所示，绝热活塞将汽缸内的理想气体分成左、右两部分，活塞通过轻弹簧与汽缸底相连，初始时系统平衡，弹簧处于原长。启动加热后，汽缸内气体缓慢吸热，推动活塞向右移动一段距离后再次平衡。不计活塞与汽缸间的摩擦。关于加热过程，下列说法正确的是（　　） A．活塞对右侧气体做正功 B．活塞左侧每个气体分子的动能都增大 C．活塞左侧的气体压强增大 D．弹簧的弹力对活塞做正功 10．如图所示，高度为3h、内部横截面积为S的绝热汽缸竖直放置，厚度均不计的绝热活塞a和导热活塞b封闭两部分理想气体甲、乙。初始时活塞a与汽缸底面之间的距离为h，两活塞之间的距离也为h，两部分气体和外界温度均为T0，大气压强为p0。现通过电热丝对气体甲缓慢加热，当活塞b到达汽缸口且卡扣对活塞b的总作用力为0.6p0S时停止加热并立即锁定活塞b，然后打开阀门P，区域乙的气体缓慢漏出，经过足够长的时间后，气体乙剩余的质量是原来质量的。已知活塞a的质量不计，活塞b的质量为（g为当地重力加速度），两活塞与汽缸之间接触良好且无摩擦，不计电热丝的体积，外界温度保持不变。则（　　） A．活塞b刚到汽缸口时，气体甲的温度为1.5T0 B．停止加热时，气体甲的温度为3.5T0 C．打开阀门且稳定后，活塞a到汽缸底部的距离为2h D．打开阀门且稳定后，气体甲的温度为2T0 11．下列四幅图中，左侧的汽缸通过管道和右侧的容器连接，活塞和管道上均设有可自由转动的单向阀门。工作时，手持活塞左右移动，通过改变阀门的开向，就可以实现“打气”或“抽气”功能。以下说法正确的是（　　） A．图甲可以实现抽气功能 B．图乙可以实现打气功能 C．图丙可以实现打气功能 D．图丁可以实现抽气功能 12．一个水平放置的导热性能良好的汽缸如图甲所示，横截面积为S的光滑活塞将汽缸分割成A、B两部分，初始阀门打开，活塞到汽缸左、右两底面的距离分别为L和3L。现通过阀门缓慢向A中充入空气，关闭阀门，最终活塞恰好静止在汽缸的正中间位置，已知重力加速度为g，环境温度不变，外界大气压为，则（　　） A．充入气体后，两部分气体的压强为 B．充入气体的质量与A部分原有气体的质量为 C．若将A中充入空气稳定后的汽缸竖直放置如图乙，稳定后活塞与阀门间距3L，则活塞质量为 D．若将汽缸如图乙所示竖直放置，平衡后，降低环境温度，则活塞下移 三、解答题 13．2025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。 14．制作水火箭是青少年科技活动的常见项目之一。某研究小组为了探究水火箭在充气与喷水过程中气体的热学规律，把水火箭的塑料容器竖直固定，其中A、C分别是塑料容器的充气口、喷水口，B是气压计，如图（a）所示。在室温环境下，容器内装入一定质量的水，此时容器内的气体体积为，压强为，现缓慢充气后压强变为，不计容器的容积变化。 (1)设充气过程中气体温度不变，求充入的气体在该室温环境下压强为时的体积。 (2)打开喷水口阀门，喷出一部分水后关闭阀门，容器内气体从状态M变化到状态N，其压强p与体积V的变化关系如图（b）中实线所示，已知气体在状态N时的体积为，压强为。求气体在状态M与状态N时的热力学温度之比。 15．如图，水平面上固定一个导热良好的足够高的圆柱形气缸。其中通过质量为的活塞密封了一定量理想气体。活塞和气缸光滑接触。初始时用大小为的力向下压住活塞保持静止，此时活塞到气缸底面的距离为。设气缸底面积为，环境温度为，大气压强，认为活塞运动过程中受到的大气压强保持不变，忽略活塞和气缸的比热容。 (1)求此时气缸内气体的压强。 (2)突然释放活塞，求 a．最终活塞静止时活塞的高度 b．从开始释放到最终停止，气体从外界吸收的热量 1 / 16 学科网（北京）股份有限公司 $