第31讲 理想气体与热力学定律综合问题（复习讲义）（天津专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

该高中物理高考复习讲义聚焦理想气体与热力学定律综合问题，涵盖微观模型、状态方程、热力学定律等核心考点，按“微观-宏观-定律应用”逻辑构建知识框架，通过命题透视研判考情、思维建模搭建系统、考点精讲拆解考向、真题溯源感知高考，形成“考点梳理-方法指导-真题训练”的系统复习流程，针对性突破图像解读、多过程分析等难点。 讲义突出科学思维与物理观念融合，如考点二通过“活塞-汽缸模型”例题引导学生建立力学平衡与气体状态方程的综合模型，培养模型建构能力，考点三结合p-V图像分析热力学第一定律强化能量观念。设置例题与变式分层练习，真题溯源对接高考，帮助学生快速掌握解题范式，为教师提供精准复习节奏把控的教学资源，有效提升学生应考能力。

第31讲 理想气体与热力学定律综合问题 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 理想气体的微观模型与宏观描述 考向1 理想气体模型与分子动理论 考向2 气体压强的微观决定因素 考点二 理想气体状态方程与实验定律 考向1 气体状态方程的定量计算【重】 考向2 关联气体的状态变化问题【难】 考点三 热力学第一定律 考向一 热力学第一定律的定性分析 考向二 气体实验定律与热力学第一定律的综合应用【重】 考点四 热力学第二定律与能量耗散 考向一 热力学第二定律的理解 考向二 熵与能量转化的方向性 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 理想气体微观和宏观 —— —— 理想气体状态方程 天津卷·4题，5分 （融合） 天津卷·2题，5分 （融合） 热力学第一定律 天津卷·4题，5分 （融合） 天津卷·2题，5分 （融合） 热力学第二定律 —— —— 考情分析 题型与考向：天津高考对《理想气体与热力学定律综合问题》固定以单项选择、不定项选择为载体，总分稳定4~6分，极少单独命制复杂计算题；但热学综合大题、气体状态变化大题，全部以本节气体实验定律与热力学第一定律为解题底层工具，是必考前置知识点。整体命题难度中等偏上，以经典热学模型为载体，侧重能量转化思维、图像解读、多过程分析，常结合生活实践与科技前沿情境，区分度集中在气体状态参量变化判断、热力学第一定律符号法则、气体状态变化图像（p-V、V-T等）的物理意义三类题型。 情境与立意： 教材基础模型情境：活塞-汽缸模型、液柱-玻璃管模型、两团气模型，以及变质量问题（充气、抽气、漏气），全部源自课本课后习题、演示实验，无复杂创新情境。 图像探究情境：依托气体状态变化图像（p-V、V-T、p-T、p-1/V），考查图像信息提取、状态参量推导、热力学第一定律与图像面积/斜率物理意义的结合思维。 能量与力学融合情境：结合热力学第一定律（ΔU=W+Q）、气体实验定律与受力分析，打通热学与力学知识壁垒，落实“做功与热传递是改变内能的两种方式”核心物理观念。 复习目标 1. 理解热力学第一定律，掌握公式ΔU=W+Q中各物理量的正负号法则，能准确判断气体在状态变化过程中的做功、吸放热及内能变化情况。 2. 掌握气体三大实验定律（玻意耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律）及理想气体状态方程，明确其适用条件为“一定质量的理想气体”。 3. 熟练解读四类气体状态变化图像，能根据图像走势判断气体状态参量（p、V、T）的变化，并结合热力学定律分析能量转化过程。 4. 熟练运用受力分析解决“活塞+汽缸”、“液柱+管”等经典模型问题，能根据力学平衡条件求解封闭气体的压强。 5. 建立“气体实验定律+热力学第一定律”综合解题模型，能处理等温、等容、等压及一般状态变化等多过程问题。 6. 掌握变质量问题的等效处理思想（如将充入/漏出气体与原气体视为整体），能将其转化为定质量问题进行求解。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 理想气体的微观模型与宏观描述 知●识●解●构 一、理想气体：严格遵守气体实验定律的气体。理想气体是经过科学抽象得出的物理模型，实际气体在温度不太低、压强不太大时可视为理想气体。 二、压强的微观解释：气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁产生的。压强的大小跟两个因素有关： 1.气体分子的平均动能（决定于温度）； 2.气体分子的数密度（单位体积内的分子数，决定于体积和物质的量）。 三、统计规律：单个分子的运动是无规则的，但大量分子的集体行为具有统计规律性。 ✨特别提醒：理想气体分子本身的大小与分子间距离相比可以忽略不计，分子间除碰撞外无其他作用力（即无分子势能），其内能只与温度和物质的量有关。 考●向●破●译 考向1 理想气体模型与分子动理论 例题1、关于理想气体的性质，下列说法正确的是（　　） A．理想气体是一种假想的物理模型，实际并不存在 B．理想气体是人为规定的，它是一种严格遵守气体实验定律的气体 C．一定质量的理想气体，分子平均动能增大，其温度一定升高 D．氦气是液化温度最低的气体，任何情况下均可当作理想气体 变式1、关于理想气体，下面说法正确的是（　　） A．理想气体是严格遵从气体实验定律的气体模型 B．理想气体的分子大小可以忽略不计 C．理想气体是一种理想模型，没有实际意义 D．实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可当成理想气体 考向2 气体压强的微观决定因素 例题2、白天由于气温升高，汽车轮胎内的气体压强变大。而夜间轮胎内的气体（　　） A．内能更小 B．分子的平均动能更大 C．单位体积内分子的个数更少 D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大 变式2、实验小组用如图所示的装置探究气体压强的产生机理，将黄豆从秤盘上方一定高度处均匀连续倒在秤盘上，观察秤的指针摆动情况．下列说法正确的是（   ） A．模拟温度降低对气体压强的影响时，应增加黄豆数量 B．模拟温度升高对气体压强的影响时，应将释放位置升高 C．模拟体积减小对气体压强的影响时，应将释放位置升高 D．模拟体积增大对气体压强的影响时，应增加黄豆数量 考点二 理想气体状态方程与实验定律 知●识●解●构 一、状态参量：描述气体状态的物理量，包括压强、体积、温度（热力学温度，单位K，）。 二、实验定律： 1.玻意耳定律（等温变化）：或； 2.查理定律（等容变化）：； 3.盖-吕萨克定律（等压变化）：。 二、理想气体状态方程：（一定质量的理想气体）。 ⚠特别提醒 应用状态方程时，压强单位需统一，温度必须使用热力学温度（K）。 考●向●破●译 考向1 气体状态方程的定量计算【重】 例题1、如图所示，一气缸开口向上固定，一定质量的理想气体用密封性良好的活塞封闭在气缸中，气缸内有体积可忽略的加热丝，系统平衡时，活塞距离气缸底部的距离为气缸高度的，此时气体的压强为，温度为。现用加热丝对气体缓慢加热，当温度为时活塞刚好到气缸口，然后在活塞上施加一竖直向下的外力，保持封闭气体的温度不变，使活塞缓慢回到原来的位置。已知活塞的横截面积为，外界大气压强为，活塞的厚度以及摩擦力忽略不计，重力加速度g取。下列说法正确的是（　　） A．活塞的质量为4kg B． C．活塞回到原来位置时，封闭气体的压强为 D．活塞回到原来位置时，竖直向下的外力大小为8N 变式1、如图所示，一定质量的空气被水银封闭在静置于竖直平面的U型玻璃管内，右管上端开口且足够长，右管内水银面比左管内水银面高h，能使h变大的原因是（　　） A．环境温度升高 B．大气压强升高 C．把玻璃管水平放置（无水银溢出） D．U型玻璃管自由下落 考向2 关联气体的状态变化问题【难】 例题2、如图所示，内壁光滑的甲、乙两个气缸的横截面积分别为2S、S，分别竖直固定在天花板和水平 面上，气缸的中心在同一竖直线上，两活塞与竖直刚性细杆组成的整体的总质量为，分别把两团理想气体封闭在气缸内，稳定时甲内气体的压强等于大气压p0，两团气体高度均为d。气缸导热性良好，环境温度恒为T，重力加速度为g，现对气缸甲内的气体缓慢加热，再次稳定后活塞移动的距离为0.5d。下列说法正确的是（　　） A．加热前大气对活塞的作用力大小为3p0S B．加热前气缸乙内气体的压强为2p0 C．加热后气缸甲内气体的压强为4p0 D．加热后气缸甲内气体的温度为3T 变式2、2020年初，新冠病毒来袭。我国广大医务工作者表现出无私无畏的献身精神，给国人留下了深刻的印象。如图是医务人员为患者输液的示意图，在输液的过程中，下列说法正确的是（　　） A．B瓶中的药液先用完 B．只要B瓶中还有液体，滴壶D中的气体压强不变 C．随着液面下降，B瓶上方的气体体积增加，压强减小 D．随着液面下降，A瓶内C处气体压强逐渐减小 考点三 热力学第一定律 知●识●解●构 一、物体内能：物体内所有分子热运动的动能与分子势能的总和。理想气体的内能只由温度和物质的量决定。 二、热力学第一定律：。 1.：物体内能的变化（正值表示增加，负值表示减少）； 2.：物体吸收的热量（正值表示吸热，负值表示放热）； 3.：外界对物体做的功（正值表示外界对物体做功，负值表示物体对外界做功）。 ⚠特别提醒：绝热过程，等容过程，等温过程。 ⚠特别提醒：理想气体分子本身的大小与分子间距离相比可以忽略不计，分子间除碰撞外无其他作用力（即无分子势能），其内能只与温度和物质的量有关。 考●向●破●译 考向一 热力学第一定律的定性分析 例题1、如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，沿图示路径先后到达状态b和c。下列说法正确的是（   ） A．从a到b，气体温度保持不变 B．从a到b，气体对外界做功 C．从b到c，气体内能减小 D．从b到c，气体从外界吸热 变式1、如图所示，固定汽缸内由轻质活塞封闭一定质量的理想气体，开始时活塞处于静止状态，用电热丝对气体加热过程中，活塞向上缓慢移动，移动过程中活塞与汽缸的摩擦忽略不计，且气体与外界环境没有热交换。以下说法正确的是（　　） A．气体的温度保持不变 B．外界对气体做正功 C．气体的压强大于外界气体压强 D．气体的内能增加 考向二 气体实验定律与热力学第一定律的综合应用【重】 例题2、如图所示，一定质量的理想气体经完成循环过程，与纵轴平行，与横轴平行，其中过程为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　） A．过程中，气体内能减少 B．过程中，单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数减少 C．状态的体积和压强满足 D．过程中，气体从外界吸收热量 变式2、一定质量的理想气体从状态a开始，经历abcda过程回到原状态，其图像如图所示，其中ab、cd与T轴平行，ad、bc与p轴平行，bd的延长线过原点O。下列判断正确的是（　　） A．过程，气体温度升高，内能的增加量小于气体从外界吸收的热量 B．过程，气体体积减小，内能的增加量等于外界对气体做的功 C．过程，气体温度降低，气体向外界放出的热量等于内能的减少量 D．气体从状态a开始，经历abcda回到原状态的过程中，吸收的热量大于放出的热量 考点四 热力学第二定律与能量耗散 知●识●解●构 一、克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 二、开尔文-普朗克表述：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。（第二类永动机不可能制成）。 三、熵与熵增加原理：熵是系统内分子运动无序程度的量度。在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小（）。 四、能量耗散：能量在转化过程中，虽然总量守恒，但可利用的品质降低了。 ⚠特别提醒：热力学第二定律揭示了涉及热现象的宏观过程具有方向性。 考向一 热力学第二定律的理解 例题1、根据热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是（　　） A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能 B．自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的 C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293℃ D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以被制造出来 变式1、下列说法正确的是（　　） A．一锅水中撒一点胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚。这说明温度越高布朗运动越激烈 B．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大 C．气体的体积增大内能有可能保持不变 D．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律 考向二 熵与能量转化的方向性 例题2、关于热力学第二定律的说法正确的是（　　） A．热力学第二定律从宏观角度看，强调能量守恒，从微观角度看，强调统计规律 B．热量不能从低温物体传向高温物体 C．物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功 D．在自然过程中，一个孤立系统的熵值不可能减小 变式2、下列说法正确的是（　　） A．水池中水的温度相同，水底一小气泡因扰动而上升时一定吸热 B．悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显 C．同一容器中同种气体所有的分子运动速率基本相等 D．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2025·天津·高考真题）如图所示，一定质量的理想气体可经三个不同的过程从状态A变化到状态C，则（　　） A．和过程，外界对气体做功相同 B．和过程，气体放出的热量相同 C．在状态A时和在状态C时，气体的内能相同 D．在状态B时和在状态D时，气体分子热运动的平均动能相同 2．（2024·天津·高考真题）压缩空气储能是一种新型储能技术，其中涉及了空气的绝热膨胀和等温压缩过程，对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（    ） A．绝热膨胀过程，气体的内能增大 B．绝热膨胀过程，外界对气体做功 C．等温压缩过程，气体的压强不变 D．等温压缩过程，气体的内能不变 3．（2023·天津·高考真题）如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体（　　）      A．对外做功 B．内能减小 C．吸收热量 D．压强不变 4．（2022·天津·高考真题）（多选）采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率。将涡轮增压简化为以下两个过程，一定质量的理想气体首先经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度，则（    ） A．绝热过程中，气体分子平均动能增加 B．绝热过程中，外界对气体做负功 C．等压过程中，外界对气体做正功 D．等压过程中，气体内能不变 5．（2021·天津·高考真题）（多选）列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振，空气弹簧主要由活塞、汽缸及内封的一定质量的气体构成。上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，上下乘客时汽缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换。若汽缸内气体视为理想气体，在气体压缩的过程中（　　） A．上下乘客时，气体的内能不变 B．上下乘客时，气体从外界吸热 C．剧烈颠簸时，外界对气体做功 D．剧烈颠簸时，气体的温度不变 6．（2020·天津·高考真题）水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体（    ） A．压强变大 B．对外界做功 C．对外界放热 D．分子平均动能变大 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第31讲 理想气体与热力学定律综合问题 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 理想气体的微观模型与宏观描述 考向1 理想气体模型与分子动理论 考向2 气体压强的微观决定因素 考点二 理想气体状态方程与实验定律 考向1 气体状态方程的定量计算【重】 考向2 关联气体的状态变化问题【难】 考点三 热力学第一定律 考向一 热力学第一定律的定性分析 考向二 气体实验定律与热力学第一定律的综合应用【重】 考点四 热力学第二定律与能量耗散 考向一 热力学第二定律的理解 考向二 熵与能量转化的方向性 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 理想气体微观和宏观 —— —— 理想气体状态方程 天津卷·4题，5分 （融合） 天津卷·2题，5分 （融合） 热力学第一定律 天津卷·4题，5分 （融合） 天津卷·2题，5分 （融合） 热力学第二定律 —— —— 考情分析 题型与考向：天津高考对《理想气体与热力学定律综合问题》固定以单项选择、不定项选择为载体，总分稳定4~6分，极少单独命制复杂计算题；但热学综合大题、气体状态变化大题，全部以本节气体实验定律与热力学第一定律为解题底层工具，是必考前置知识点。整体命题难度中等偏上，以经典热学模型为载体，侧重能量转化思维、图像解读、多过程分析，常结合生活实践与科技前沿情境，区分度集中在气体状态参量变化判断、热力学第一定律符号法则、气体状态变化图像（p-V、V-T等）的物理意义三类题型。 情境与立意： 教材基础模型情境：活塞-汽缸模型、液柱-玻璃管模型、两团气模型，以及变质量问题（充气、抽气、漏气），全部源自课本课后习题、演示实验，无复杂创新情境。 图像探究情境：依托气体状态变化图像（p-V、V-T、p-T、p-1/V），考查图像信息提取、状态参量推导、热力学第一定律与图像面积/斜率物理意义的结合思维。 能量与力学融合情境：结合热力学第一定律（ΔU=W+Q）、气体实验定律与受力分析，打通热学与力学知识壁垒，落实“做功与热传递是改变内能的两种方式”核心物理观念。 复习目标 1. 理解热力学第一定律，掌握公式ΔU=W+Q中各物理量的正负号法则，能准确判断气体在状态变化过程中的做功、吸放热及内能变化情况。 2. 掌握气体三大实验定律（玻意耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律）及理想气体状态方程，明确其适用条件为“一定质量的理想气体”。 3. 熟练解读四类气体状态变化图像，能根据图像走势判断气体状态参量（p、V、T）的变化，并结合热力学定律分析能量转化过程。 4. 熟练运用受力分析解决“活塞+汽缸”、“液柱+管”等经典模型问题，能根据力学平衡条件求解封闭气体的压强。 5. 建立“气体实验定律+热力学第一定律”综合解题模型，能处理等温、等容、等压及一般状态变化等多过程问题。 6. 掌握变质量问题的等效处理思想（如将充入/漏出气体与原气体视为整体），能将其转化为定质量问题进行求解。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 理想气体的微观模型与宏观描述 知●识●解●构 一、理想气体：严格遵守气体实验定律的气体。理想气体是经过科学抽象得出的物理模型，实际气体在温度不太低、压强不太大时可视为理想气体。 二、压强的微观解释：气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁产生的。压强的大小跟两个因素有关： 1.气体分子的平均动能（决定于温度）； 2.气体分子的数密度（单位体积内的分子数，决定于体积和物质的量）。 三、统计规律：单个分子的运动是无规则的，但大量分子的集体行为具有统计规律性。 ✨特别提醒：理想气体分子本身的大小与分子间距离相比可以忽略不计，分子间除碰撞外无其他作用力（即无分子势能），其内能只与温度和物质的量有关。 考●向●破●译 考向1 理想气体模型与分子动理论 例题1、关于理想气体的性质，下列说法正确的是（　　） A．理想气体是一种假想的物理模型，实际并不存在 B．理想气体是人为规定的，它是一种严格遵守气体实验定律的气体 C．一定质量的理想气体，分子平均动能增大，其温度一定升高 D．氦气是液化温度最低的气体，任何情况下均可当作理想气体 【答案】ABC 【详解】AB．理想气体是在研究气体的性质过程中建立的一种理想化模型，现实中并不存在，其具备的特性均是人为规定的，故AB正确； C．对于理想气体，分子间不存在相互作用力，也就没有分子势能的变化，其内能的变化即为分子动能的变化，宏观上表现为温度的变化，一定质量的理想气体，分子平均动能增大，其温度一定升高，故C正确； D．实际中不易液化的气体，包括液化温度最低的氦气，只有在温度不太低、压强不太大的条件下才可当作理想气体，在压强很大和温度很低的情形下，分子的大小和分子间的相互作用力就不能忽略，故D错误。 故选ABC。 变式1、关于理想气体，下面说法正确的是（　　） A．理想气体是严格遵从气体实验定律的气体模型 B．理想气体的分子大小可以忽略不计 C．理想气体是一种理想模型，没有实际意义 D．实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可当成理想气体 【答案】ABD 【详解】AC．理想气体是物理学上为了简化为题而引入的一个理想化模型，虽然在现实生活中不存在，但仍有实际意义；在任何条件下都遵守气体实验三定律的气体，叫做理想气体，故A正确，C错误。 B．理想气体的分子大小可以忽略不计，选项B正确； D．实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可当成理想气体，选项D正确。 故选ABD。 考向2 气体压强的微观决定因素 例题2、白天由于气温升高，汽车轮胎内的气体压强变大。而夜间轮胎内的气体（　　） A．内能更小 B．分子的平均动能更大 C．单位体积内分子的个数更少 D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大 【答案】A 【详解】A．一定质量的理想气体的内能只和温度有关，夜间气温降低，内能减小，故A正确； B．温度是分子平均动能的标志，温度越低，分子平均动能越小，故B错误； C．轮胎体积 近似不变，气体物质的量 不变，单位体积内分子的个数不变，故C错误； D．轮胎体积 近似不变，气体物质的量 不变，夜间气温降低，由查理定律可知，轮胎内气体压强变小，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更小，故D错误。 故选A。 变式2、实验小组用如图所示的装置探究气体压强的产生机理，将黄豆从秤盘上方一定高度处均匀连续倒在秤盘上，观察秤的指针摆动情况．下列说法正确的是（   ） A．模拟温度降低对气体压强的影响时，应增加黄豆数量 B．模拟温度升高对气体压强的影响时，应将释放位置升高 C．模拟体积减小对气体压强的影响时，应将释放位置升高 D．模拟体积增大对气体压强的影响时，应增加黄豆数量 【答案】B 【详解】A．温度降低，气体分子的平均速率减小，模拟温度降低对气体压强的影响时，应该降低释放位置。而增加黄豆数量是模拟提高气体分子密度对气体压强的影响，故A错误； B．温度升高，气体分子的平均速率增大，模拟温度升高对气体压强的影响时，应将释放位置升高，故B正确； C．体积减小，气体分子密度增大，模拟体积减小对气体压强的影响时，应该增加黄豆数量。而升高释放位置则是模拟增大气体分子的平均速率对气体压强的影响，故C错误； D．体积增大，气体分子密度减小，模拟体积减小对气体压强的影响时，应该减少黄豆数量，故D错误。 故选B。 考点二 理想气体状态方程与实验定律 知●识●解●构 一、状态参量：描述气体状态的物理量，包括压强、体积、温度（热力学温度，单位K，）。 二、实验定律： 1.玻意耳定律（等温变化）：或； 2.查理定律（等容变化）：； 3.盖-吕萨克定律（等压变化）：。 二、理想气体状态方程：（一定质量的理想气体）。 ⚠特别提醒 应用状态方程时，压强单位需统一，温度必须使用热力学温度（K）。 考●向●破●译 考向1 气体状态方程的定量计算【重】 例题1、如图所示，一气缸开口向上固定，一定质量的理想气体用密封性良好的活塞封闭在气缸中，气缸内有体积可忽略的加热丝，系统平衡时，活塞距离气缸底部的距离为气缸高度的，此时气体的压强为，温度为。现用加热丝对气体缓慢加热，当温度为时活塞刚好到气缸口，然后在活塞上施加一竖直向下的外力，保持封闭气体的温度不变，使活塞缓慢回到原来的位置。已知活塞的横截面积为，外界大气压强为，活塞的厚度以及摩擦力忽略不计，重力加速度g取。下列说法正确的是（　　） A．活塞的质量为4kg B． C．活塞回到原来位置时，封闭气体的压强为 D．活塞回到原来位置时，竖直向下的外力大小为8N 【答案】B 【详解】A．初始时，对活塞由受力分析，由平衡条件 代入题中数据，解得活塞质量 故A错误； B．加热过程为等压变换过程，设气缸高度为，则此过程有 解得 故B正确； CD．根据题意回到原位置时体积与初始时相等，则有 解得 对活塞受力分析，有 解得 故CD错误。 故选B。 变式1、如图所示，一定质量的空气被水银封闭在静置于竖直平面的U型玻璃管内，右管上端开口且足够长，右管内水银面比左管内水银面高h，能使h变大的原因是（　　） A．环境温度升高 B．大气压强升高 C．把玻璃管水平放置（无水银溢出） D．U型玻璃管自由下落 【答案】ACD 【详解】以液柱h为研究对象，由受力平衡可知 A．环境温度升高时，大气压强不变，而封闭气体压强增大，重新达平衡后h增大，故A正确； B．大气压强增大时，液柱将左移使左侧液面上移，故重新平衡后高端的高度差减小，故B错误； C．把玻璃管水平放置时，由于液柱压强消失，管内气体压强要与外界大气压强相等，故左端压强减小，左端的体积将增大，左右两端的液面高度差将增加，故C正确； D．U型管自由下落时，液柱失重故对气体没有压力，内外压强相等，而此时左侧气体压强大于，故在自由下落中体积要增大，故液柱右移，高度差h增大，故D正确。 故选ACD。 考向2 关联气体的状态变化问题【难】 例题2、如图所示，内壁光滑的甲、乙两个气缸的横截面积分别为2S、S，分别竖直固定在天花板和水平 面上，气缸的中心在同一竖直线上，两活塞与竖直刚性细杆组成的整体的总质量为，分别把两团理想气体封闭在气缸内，稳定时甲内气体的压强等于大气压p0，两团气体高度均为d。气缸导热性良好，环境温度恒为T，重力加速度为g，现对气缸甲内的气体缓慢加热，再次稳定后活塞移动的距离为0.5d。下列说法正确的是（　　） A．加热前大气对活塞的作用力大小为3p0S B．加热前气缸乙内气体的压强为2p0 C．加热后气缸甲内气体的压强为4p0 D．加热后气缸甲内气体的温度为3T 【答案】BD 【详解】A．大气对活塞的作用力大小为，A错误； B．设乙内的气体压强为p，对两活塞与刚性杆组成的整体有，解得， B正确； CD．加热时活塞向下移动，对甲内气体有 对乙内气体有 对活塞有 解得，C错误，D正确。 故选BD。 变式2、2020年初，新冠病毒来袭。我国广大医务工作者表现出无私无畏的献身精神，给国人留下了深刻的印象。如图是医务人员为患者输液的示意图，在输液的过程中，下列说法正确的是（　　） A．B瓶中的药液先用完 B．只要B瓶中还有液体，滴壶D中的气体压强不变 C．随着液面下降，B瓶上方的气体体积增加，压强减小 D．随着液面下降，A瓶内C处气体压强逐渐减小 【答案】B 【详解】A．在药液从B瓶中流下时，封闭气体体积增大，温度不变，根据玻意耳定律知气体压强减小，A瓶中空气将A瓶中药液压入B瓶，补充B瓶流失的药液，即B瓶药液液面保持不变，直到A瓶中药液全部流入B瓶，即A瓶药液先用完，故A错误； B．B瓶管口处的压强始终等于大气压，满足 其中为滴壶D中空气上方到B瓶内管口处的液体高度，只要B瓶中还有液体，液体高度不变，滴壶D中的气体压强不变，故B正确； C．B瓶管口处的压强始终等于大气压，即 开始时，B瓶液体没有减少，不变，则上方气体体积不变，压强不变；当A瓶中液体用完后，随着B瓶中的液体减少，减小，B瓶上方的气体体积变大，压强增大，故C错误； D．A瓶瓶口处压强和大气压强相等，但A瓶中液面下降，由液体产生的压强减小，有 为A瓶内液面到瓶口的高度，因此A瓶中气体产生的压强逐渐增大，故D错误。 故选B。 考点三 热力学第一定律 知●识●解●构 一、物体内能：物体内所有分子热运动的动能与分子势能的总和。理想气体的内能只由温度和物质的量决定。 二、热力学第一定律：。 1.：物体内能的变化（正值表示增加，负值表示减少）； 2.：物体吸收的热量（正值表示吸热，负值表示放热）； 3.：外界对物体做的功（正值表示外界对物体做功，负值表示物体对外界做功）。 ⚠特别提醒：绝热过程，等容过程，等温过程。 ⚠特别提醒：理想气体分子本身的大小与分子间距离相比可以忽略不计，分子间除碰撞外无其他作用力（即无分子势能），其内能只与温度和物质的量有关。 考●向●破●译 考向一 热力学第一定律的定性分析 例题1、如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，沿图示路径先后到达状态b和c。下列说法正确的是（   ） A．从a到b，气体温度保持不变 B．从a到b，气体对外界做功 C．从b到c，气体内能减小 D．从b到c，气体从外界吸热 【答案】D 【详解】AB．一定质量的理想气体从状态a开始，沿题图路径到达状态b过程中气体发生等容变化，压强减小，根据查理定律，可知气体温度降低，再根据热力学第一定律U = Q＋W，由于气体不做功，内能减小，则气体放热，AB错误； CD．一定质量的理想气体从状态b沿题图路径到达状态c过程中气体发生等压变化，体积增大，根据，可知气体温度升高，内能增大，再根据热力学第一定律U = Q＋W，可知b到c过程吸热，且吸收的热量大于功值，C错误、D正确。 故选D。 变式1、如图所示，固定汽缸内由轻质活塞封闭一定质量的理想气体，开始时活塞处于静止状态，用电热丝对气体加热过程中，活塞向上缓慢移动，移动过程中活塞与汽缸的摩擦忽略不计，且气体与外界环境没有热交换。以下说法正确的是（　　） A．气体的温度保持不变 B．外界对气体做正功 C．气体的压强大于外界气体压强 D．气体的内能增加 【答案】D 【详解】A．用电热丝对气体加热，且气体与外界环境没有热交换，气体温度升高，A错误； B．活塞向上缓慢移动，气体体积增大，外界对气体做负功，B错误； C．活塞向上缓慢移动，可近似认为活塞受力平衡，气体的压强等于外界气体压强，C错误； D．气体温度升高，内能增加，D正确。 故选D。 考向二 气体实验定律与热力学第一定律的综合应用【重】 例题2、如图所示，一定质量的理想气体经完成循环过程，与纵轴平行，与横轴平行，其中过程为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　） A．过程中，气体内能减少 B．过程中，单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数减少 C．状态的体积和压强满足 D．过程中，气体从外界吸收热量 【答案】BC 【详解】A．由图可知，过程中，气体的压强不变，体积增大，根据盖-吕萨克定律可知，气体温度升高，内能增大，故A错误； B．由图可知，过程中，气体的体积不变，压强减小， 因此单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数减少，故B正确； C．由题可知，过程为等温过程，根据玻意耳定律可得 由图可知为等容过程，且， 则有 因此，故C正确； D．由题可知，过程为等温过程，气体的内能不变，即 气体体积减小，外界对气体做功，即 根据热力学第一定律 解得，即气体放出热量，故D错误。 故选BC。 变式2、一定质量的理想气体从状态a开始，经历abcda过程回到原状态，其图像如图所示，其中ab、cd与T轴平行，ad、bc与p轴平行，bd的延长线过原点O。下列判断正确的是（　　） A．过程，气体温度升高，内能的增加量小于气体从外界吸收的热量 B．过程，气体体积减小，内能的增加量等于外界对气体做的功 C．过程，气体温度降低，气体向外界放出的热量等于内能的减少量 D．气体从状态a开始，经历abcda回到原状态的过程中，吸收的热量大于放出的热量 【答案】AD 【详解】A．过程中，温度升高，则内能增大，因压强不变，则恒定，所以体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，内能的增加量小于气体从外界吸收的热量，故A正确； B．过程中温度不变，内能不变，恒定，压强减小，则气体体积增大，对外做功，故B错误； C．过程温度降低，则内能减小，又压强不变，则恒定，所以体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，内能的减少量小于气体所放出的热量，故C错误； D．气体从状态a开始，过程体积增大，过程体积减小，bd等容，过程气体对外界做功大于外界对气体做功，过程气体对外界做功大于过程外界对气体做功，经历abcda回到原状态的过程中，气体内能不变，气体对外界做功大于外界对气体做功，根据热力学第一定律，吸收的热量大于放出的热量，故D正确。 故选AD。 考点四 热力学第二定律与能量耗散 知●识●解●构 一、克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 二、开尔文-普朗克表述：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。（第二类永动机不可能制成）。 三、熵与熵增加原理：熵是系统内分子运动无序程度的量度。在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小（）。 四、能量耗散：能量在转化过程中，虽然总量守恒，但可利用的品质降低了。 ⚠特别提醒：热力学第二定律揭示了涉及热现象的宏观过程具有方向性。 考向一 热力学第二定律的理解 例题1、根据热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是（　　） A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能 B．自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的 C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293℃ D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以被制造出来 【答案】AB 【详解】A．机械能可以全部转化为内能，而内能也可以全部转化为机械能，只是在这个过程中会引起其他变化，A正确； B．根据热力学第二定律可知，自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，B正确； C．根据热力学第三定律可知，制冷机也不能使温度降到－293℃（低于绝对零度），C错误； D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能被制造出来，D错误。 故选AB。 变式1、下列说法正确的是（　　） A．一锅水中撒一点胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚。这说明温度越高布朗运动越激烈 B．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大 C．气体的体积增大内能有可能保持不变 D．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律 【答案】BC 【详解】A．布朗运动是液体内部分子做无规则运动时，对悬浮小颗粒碰撞作用的不平衡所引起的，胡椒粉的运动是由于水的对流形成的，不是布朗运动，故A错误； B．温度高的物体内能不一定大，因为内能不仅与温度有关，还与质量有关；温度是分子平均动能的标志，故温度高，分子平均动能肯定大，故B正确； C．气体的体积增大，气体对外做功，但此时气体吸收热量，内能有可能保持不变，故C正确； D．空调机作为制冷机使用时，在压缩机做功的情况下，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，并不违反热力学第二定律，故D错误。 故选BC。 考向二 熵与能量转化的方向性 例题2、关于热力学第二定律的说法正确的是（　　） A．热力学第二定律从宏观角度看，强调能量守恒，从微观角度看，强调统计规律 B．热量不能从低温物体传向高温物体 C．物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功 D．在自然过程中，一个孤立系统的熵值不可能减小 【答案】CD 【详解】A．热力学第一定律强调能量守恒，热力学第二定律从宏观角度看强调过程的方向性，从微观角度看强调统计规律，故A错误； B．根据热力学第二定律的克劳修斯表述，热量不能自发地从低温物体传向高温物体，但在外界做功的情况下可以从低温物体传向高温物体，故B错误； C．根据热力学第二定律的开尔文表述，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，但如果不要求“不产生其他影响”，例如理想气体等温膨胀过程，物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，故C正确； D．根据熵增加原理，在自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，即熵值不可能减小，故D正确； 故选CD。 变式2、下列说法正确的是（　　） A．水池中水的温度相同，水底一小气泡因扰动而上升时一定吸热 B．悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显 C．同一容器中同种气体所有的分子运动速率基本相等 D．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行 【答案】ABD 【详解】A．随着气泡的上升，压强减小，因为温度不变，根据可知，体积增大，气泡对外界做正功，根据可知，温度不变时，不变，又W＜0，所以Q＞0，即气泡吸热，故A正确； B．布朗运动与颗粒大小和温度有关，温度越高，颗粒越小，布朗运动越明显，故B正确； C．温度越高，分子热运动的平均动能越大，分子的平均速率越大，这是统计规律，具体到个别分子，其速率不一定都相等，故C错误； D．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行，根据热力学第二定律，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，熵不变；如果过程不可逆，则熵增加。从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展，故D正确； 故选ABD。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2025·天津·高考真题）如图所示，一定质量的理想气体可经三个不同的过程从状态A变化到状态C，则（　　） A．和过程，外界对气体做功相同 B．和过程，气体放出的热量相同 C．在状态A时和在状态C时，气体的内能相同 D．在状态B时和在状态D时，气体分子热运动的平均动能相同 【答案】C 【详解】A．根据，过程的压强总比过程的压强大，则过程外界对气体做功多，故A错误； B．同理可知过程外界对气体做功比过程大，根据热力学第一定律 可知过程气体放出的热量多，故B错误； C．根据理想气体状态方程结合题图可知状态A时和在状态C温度相等，则气体内能相同，故C正确； D．根据理想气体状态方程可知状态B的温度高于状态D的温度，则状态B气体分子热运动的平均动能大，故D错误。 故选C。 2．（2024·天津·高考真题）压缩空气储能是一种新型储能技术，其中涉及了空气的绝热膨胀和等温压缩过程，对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（    ） A．绝热膨胀过程，气体的内能增大 B．绝热膨胀过程，外界对气体做功 C．等温压缩过程，气体的压强不变 D．等温压缩过程，气体的内能不变 【答案】D 【详解】AB．绝热膨胀过程，理想气体与外界没有热量的交换，即Q=0，理想气体对外界做功，即W<0，由热力学第一定律，可知，即气体的内能减小，故AB错误； C．等温压缩过程，由玻意耳定律，可知气体的压强变大，故C错误； D．等温压缩过程，气体的温度保持不变，则内能不变，故D正确。 故选D。 3．（2023·天津·高考真题）如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体（　　）      A．对外做功 B．内能减小 C．吸收热量 D．压强不变 【答案】B 【详解】A．由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故A错误； B．爬山过程中温度降低，则气体内能减小，故B正确； C．根据热力学第一定律可知 爬山过程中气体不做功，但内能减小，故可知气体放出热量，故C错误； D．爬山过程中氧气瓶里的气体容积质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程有 可知气体压强减小，故D错误； 故选B。 4．（2022·天津·高考真题）（多选）采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率。将涡轮增压简化为以下两个过程，一定质量的理想气体首先经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度，则（    ） A．绝热过程中，气体分子平均动能增加 B．绝热过程中，外界对气体做负功 C．等压过程中，外界对气体做正功 D．等压过程中，气体内能不变 【答案】AC 【详解】AB．一定质量的理想气体经过绝热过程被压缩，可知气体体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体内能增加，则气体温度升高，气体分子平均动能增加，故A正确，B错误； CD．一定质量的理想气体经过等压过程回到初始温度，可知气体温度降低，气体内能减少；根据 可知气体体积减小，外界对气体做正功，故C正确，D错误。 故选AC。 5．（2021·天津·高考真题）（多选）列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振，空气弹簧主要由活塞、汽缸及内封的一定质量的气体构成。上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，上下乘客时汽缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换。若汽缸内气体视为理想气体，在气体压缩的过程中（　　） A．上下乘客时，气体的内能不变 B．上下乘客时，气体从外界吸热 C．剧烈颠簸时，外界对气体做功 D．剧烈颠簸时，气体的温度不变 【答案】AC 【详解】AB．上下乘客时汽缸内气体与外界有充分的热交换，即发生等温变化，温度不变，气体的内能不变；根据热力学第一定律，气体被压缩，外界对气体做功，气体放出热量， A正确，B错误； CD．剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快，且气体与外界来不及热交换，气体经历绝热过程，在气体压缩的过程中，外界对气体做功，根据热力学第一线定律，气体内能增加，温度升高，C正确，D错误。 故选AC。 6．（2020·天津·高考真题）水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体（    ） A．压强变大 B．对外界做功 C．对外界放热 D．分子平均动能变大 【答案】B 【详解】A．随着水向外喷出，气体的体积增大，由于温度不变，根据 恒量 可知气体压强减小，A错误； BC．由于气体体积膨胀，对外界做功，根据热力学第一定律 气体温度不变，内能不变，一定从外界吸收热量，B正确，C错误； D．温度是分子平均动能的标志，由于温度不变，分子的平均动能不变，D错误。 故选B。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $