2027届高考物理一轮复习专项训练：第十五章 气体实验定律与图像问题与气体图像与热力学定律的结合

**基本信息** 以气体图像为载体，系统整合实验定律与热力学定律，通过图像分析技巧与定量计算结合，构建“定律应用-图像转换-能量分析”的递进式解题体系。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |气体实验定律与图像问题|5题（选择）|等温线比较温度、斜率分析压强；玻意耳/查理/盖—吕萨克定律针对性应用|从实验定律到理想气体状态方程，通过p-V/p-T/V-T图像实现状态参量定量计算| |气体图像与热力学定律的结合|4题（3选择+1计算）|T-V图像斜率判断压强、热力学第一定律分析吸放热；循环过程功热关系|实验定律与热力学定律综合，通过图像实现状态变化与能量转化的定性分析及定量计算|

气体实验定律与图像问题 (分值：30分) 1~5题每题6分 1.(2026·宁夏石嘴山市检测)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 2.(多选)(2025·河北秦皇岛市三模)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6 L。下列说法正确的是(　　) A.气体在状态B的温度为300 K B.气体在状态B的温度为400 K C.气体在状态A的体积为4 L D.气体在状态A的体积为3 L 3.(2025·广东佛山市二模)如图所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的理想气体，汽缸与活塞间的摩擦忽略不计。现缓慢向沙桶倒入细沙，下列关于密封气体的状态图像一定正确的是(　　) 4.(2025·江苏徐州市模拟)如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态B和C。以下图像可能正确的是(　　) 5.(2025·贵州贵阳市二模)如图所示是一定质量的理想气体缓慢的由状态A经过状态B变为状态C再到状态D的V-T图像。已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。则对应的气体的p-T变化图像正确的是(　　) 气体图像与热力学定律的结合 (分值：30分) 1~3题每题6分 1.(2025·云南省模拟)一定质量的理想气体从状态a开始依次经历了a→b→c→d→a四个过程回到状态a，整个过程中的T-V图像如图所示。其中bc平行于T轴，cd平行于V轴，da的反向延长线通过坐标原点O，则下列说法正确的是(　　) A.a→b→c过程，气体的压强先增大后减小 B.b→c过程，单位时间内气体分子对器壁的碰撞次数减少 C.c→d过程，气体从外界吸收热量 D.d→a过程，气体分子对器壁单位面积的平均作用力增大 2.(2025·山东济南市二模)压燃式四冲程柴油发动机具有动力大、油耗小、低排放等特点，被广泛应用于大型机车及各种汽车中。发动机工作过程中内部气体(可视为定量的理想气体)遵循如图所示的狄塞尔循环，其中a→b、c→d为绝热过程，则气体(　　) A.在a→b过程中温度不变 B.在b→c过程中吸收的热量大于对外界做功 C.在d→a过程中吸收热量 D.经历一个循环过程后对外界做功为0 3.(多选)(2026·浙江温州市检测)一定质量的理想气体经历a→b→c→d→a四段状态变化过程，其p-t图像如图所示。其中da延长线与横轴的交点为(-273.15，0)，bc和cd分别平行于横轴和纵轴，b、c、d三个状态的体积关系为2Vc=Vb+Vd，下列说法正确的是(　　) A.从b到c，单位时间碰撞单位面积器壁的分子数减少 B.c、d两状态的体积之比为5∶6 C.从b到c的过程气体从外界吸收的热量小于从c到d的过程气体从外界吸收的热量 D.从a到b，气体的体积不变 4.(12分)(2025·湖北省鄂东南联盟模拟)一定质量的理想气体从状态a开始，经历等温变化(a→b)、等压变化(b→c)、等容变化(c→a)的循环过程回到状态a，其V-T图像如图甲所示，图中V0、T0为已知量，且已知状态a的压强为p0，a→b过程外界对气体做的功为W0。 (1)(3分)求状态b的压强； (2)(3分)在图乙中画出整个过程的p-V图线(规范要求：标出a、b、c及箭头方向)； (3)(6分)整个过程气体是吸热还是放热，吸收(放出)的热量是多少？ 参考答案 气体实验定律与图像问题 (分值：30分) 1~5题每题6分 1.(2026·宁夏石嘴山市检测)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　由题意可知，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=C可知，两等温线的温度关系为T1<T2，则有TA=TB<TC，由此可知，一定质量的理想气体由状态A沿直线变到状态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。 2.(多选)(2025·河北秦皇岛市三模)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6 L。下列说法正确的是(　　) A.气体在状态B的温度为300 K B.气体在状态B的温度为400 K C.气体在状态A的体积为4 L D.气体在状态A的体积为3 L 答案　AC 解析　气体由状态B变为状态C，气体的体积不变，则根据查理定律有=，可得气体在状态B的温度为TB=TC=×400 K=300 K，故A正确，B错误； 气体由状态A变为状态B，气体的压强不变，则根据盖—吕萨克定律有=，可得气体在状态A的体积为VA=VB=×6 L=4 L，故C正确，D错误。 3.(2025·广东佛山市二模)如图所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的理想气体，汽缸与活塞间的摩擦忽略不计。现缓慢向沙桶倒入细沙，下列关于密封气体的状态图像一定正确的是(　　) 答案　A 解析　由题意知汽缸导热性能良好，由于热交换，汽缸内的气体温度不变，缓缓向沙桶倒入细沙，气体体积减小，压强增大，由玻意耳定律可知，气体压强与体积成反比，与体积倒数成正比。故选A。 4.(2025·江苏徐州市模拟)如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态B和C。以下图像可能正确的是(　　) 答案　D 解析　由p-V图可知，A到B是等压过程，在p-T或p-t图中为平行于横轴的图线，B到C是等容过程，在p-T图中为过原点的一条倾斜直线，在p-t图中为过(-273.15 ℃，0)的一条倾斜直线，又pAVA=pCVC，知TA=TC。故选D。 5.(2025·贵州贵阳市二模)如图所示是一定质量的理想气体缓慢的由状态A经过状态B变为状态C再到状态D的V-T图像。已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。则对应的气体的p-T变化图像正确的是(　　) 答案　C 解析　从题图可以看出，A与B连线的延长线经过原点，根据理想气体状态方程可知，从A到B是等压变化，即有pA=pB，根据盖—吕萨克定律有=，解得TA=200 K 从B到C是等容变化，根据查理定律有=，解得pC=2.0×105 Pa 从C到D是等温变化，根据玻意耳定律有pCVC=pDVD，解得pD=1.5×105 Pa 结合上述，只有第三个图像满足要求。故选C。 气体图像与热力学定律的结合 (分值：30分) 1~3题每题6分 1.(2025·云南省模拟)一定质量的理想气体从状态a开始依次经历了a→b→c→d→a四个过程回到状态a，整个过程中的T-V图像如图所示。其中bc平行于T轴，cd平行于V轴，da的反向延长线通过坐标原点O，则下列说法正确的是(　　) A.a→b→c过程，气体的压强先增大后减小 B.b→c过程，单位时间内气体分子对器壁的碰撞次数减少 C.c→d过程，气体从外界吸收热量 D.d→a过程，气体分子对器壁单位面积的平均作用力增大 答案　B 解析　根据理想气体状态方程=C(常量)可得，T=V，a→b→c过程，图线上的点与坐标原点O连线的斜率一直在减小，因此气体压强一直减小，故A错误； b→c过程，气体体积不变，温度降低，压强减小，气体分子的平均动能减小，平均速率减小，因此单位时间内气体分子对器壁的碰撞次数减少，故B正确； c→d过程，气体温度不变，内能不变，由于体积缩小，外界对气体做正功，由热力学第一定律ΔU=W+Q知，气体一定向外界放热，故C错误； d→a过程，图线的延长线过原点且斜率不变，则该过程气体的压强不变，则气体分子对器壁单位面积的平均作用力不变，故D错误。 2.(2025·山东济南市二模)压燃式四冲程柴油发动机具有动力大、油耗小、低排放等特点，被广泛应用于大型机车及各种汽车中。发动机工作过程中内部气体(可视为定量的理想气体)遵循如图所示的狄塞尔循环，其中a→b、c→d为绝热过程，则气体(　　) A.在a→b过程中温度不变 B.在b→c过程中吸收的热量大于对外界做功 C.在d→a过程中吸收热量 D.经历一个循环过程后对外界做功为0 答案　B 解析　a→b过程为绝热过程，体积减小，外界对气体做功，则W>0，根据热力学第一定律可知ΔU=W+Q>0，即a→b过程内能增大，温度升高，A错误； b→c过程中，气体压强不变，根据盖—吕萨克定律=C可知，气体体积增大，温度升高，则内能变化量ΔU>0，气体体积增大，气体对外做功，则W<0，根据热力学第一定律ΔU=W+Q>0，可知，气体吸收的热量大于对外界做的功，B正确； d→a过程中体积不变，则W=0，根据查理定律=C可知，气体的压强减小，温度降低，内能减小，气体放出热量，C错误； 根据p-V图线与横轴围成的面积表示气体所做的功可知，经历一个循环后，气体对外界做功不为零，D错误。 3.(多选)(2026·浙江温州市检测)一定质量的理想气体经历a→b→c→d→a四段状态变化过程，其p-t图像如图所示。其中da延长线与横轴的交点为(-273.15，0)，bc和cd分别平行于横轴和纵轴，b、c、d三个状态的体积关系为2Vc=Vb+Vd，下列说法正确的是(　　) A.从b到c，单位时间碰撞单位面积器壁的分子数减少 B.c、d两状态的体积之比为5∶6 C.从b到c的过程气体从外界吸收的热量小于从c到d的过程气体从外界吸收的热量 D.从a到b，气体的体积不变 答案　AB 解析　从b到c，压强不变，温度升高，则体积变大，单位体积内分子数减少，则单位时间碰撞单位面积器壁的分子数减少，故A正确； d到a为等容过程，根据查理定律有=，c到d为等温过程，根据玻意耳定律有pcVc=pdVd，又pc=2pa，联立解得=，故B正确； 由2Vc=Vb+Vd，=，联立解得Vb=Vd，Vc=Vd，b→c→d过程的p-V图如图所示 由于p-V图线与横坐标围成的面积表示气体对外界做的功，b到c和c到d的体积差相等，则Wbc>Wcd，从b到c，气体温度升高，内能增加，根据热力学第一定律得ΔU=Qbc-Wbc>0，c到d，气体温度不变，内能不变，根据热力学第一定律得ΔU'=Qcd-Wcd=0，联立可得Qbc>Qcd，故C错误； 根据=C得p=t+，可知图像上的点与(-273.15，0)的连线的斜率与气体体积负相关，从a到b，图线上的点与(-273.15，0)的连线的斜率增大，则气体的体积减小，故D错误。 4.(12分)(2025·湖北省鄂东南联盟模拟)一定质量的理想气体从状态a开始，经历等温变化(a→ b)、等压变化(b→c)、等容变化(c→a)的循环过程回到状态a，其V-T图像如图甲所示，图中V0、T0为已知量，且已知状态a的压强为p0，a→b过程外界对气体做的功为W0。 (1)(3分)求状态b的压强； (2)(3分)在图乙中画出整个过程的p-V图线(规范要求：标出a、b、c及箭头方向)； (3)(6分)整个过程气体是吸热还是放热，吸收(放出)的热量是多少？ 答案　(1)3p0　(2)见解析图　(3)吸热　6p0V0-W0 解析　(1)a到b为等温变化，根据玻意耳定律有p0·3V0=pbV0 解得pb=3p0 (2)p-V图线如图所示 (3)由图可知b→c过程气体对外界做的功比a→b过程外界对气体做的功多，c→a过程，外界对气体不做功而整个过程气体内能不变，故气体吸热；b到c过程，气体对外界做功，故W=-pΔV=-3p0×2V0=-6p0V0 a→b→c→a整个循环系统内能变化量为零，根据热力学第一定律得ΔU=W0-6p0V0+Q=0 故气体吸收的热量Q=6p0V0-W0。 学科网（北京）股份有限公司 $