第68讲 气体的性质及气体实验定律（复习讲义）（北京专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

第68讲 气体的性质及气体实验定律 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 气体压强的计算 知识点1 气体压强 知识点2 气体压强计算的方法 考向1 液柱封闭类 考向2 活塞封闭类 考点二 气体实验定律和理想气体状态方程的应用 知识点1 气体实验定律 知识点2 理想气体状态方程 考向1 等温变化 重 考向2 等压变化和等容变化 考向3 理想气体状态方程的应用 重 考点三 气体状态变化的图像问题 知识点1 气体的四类“等值变化”图像的比较 知识点2 气体状态变化图像的分析方法 考向1 图像的转换与选取 考向2 图像信息应用 重 考点四 气体实验定律的微观解释 知识点1 气体实验定律的微观解释 考向1 气体实验定律的微观解释 重 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 气体压强的计算 —— —— —— 气体实验定律和理想气体状态方程的应用 北京，T3，3分 —— —— 气体状态变化的图像问题 —— —— —— 气体实验定律的微观解释 —— —— —— 考情分析 题型与考向：题型以选择题、实验题、计算题均有可能出现，难度中等，常以活塞、液柱模型为试题背景，考查封闭气体压强计算、气体实验定律与理想气体状态方程的应用，气体状态变化图像分析，以及气体实验定律的微观解释，侧重状态参量的确定与方程运算。 情境与立意： 1.生活实践类：高压锅、气压计、喷雾器、拔罐、输液瓶、氧气分装等。 2.学习探究类：气体实验定律、探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系。 复习目标 1.掌握气体压强的计算方法。 2.掌握气体实验定律的内容、适用条件，并会应用解决问题。 3.会分析气体状态变化的图像问题。 4.掌握气体实验定律的微观解释。 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 气体压强的计算 知识点1 气体压强 知●识●解●构 1.产生的原因 由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫作气体的压强。 2.决定因素 （1）宏观上：决定于气体的温度和体积。 （2）微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度。 知识点2 气体压强计算的方法 知●识●解●构 1.平衡状态下气体压强的求法 （1）力平衡法：选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对象进行受力分析，得到液柱（或活塞）的受力平衡方程，求得气体的压强。 （2）液片法：选取假想的液体薄片（自身重力不计）为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等的方程，求得气体的压强。 （3）等压面法：在连通器中，同一种液体（中间连通）同一深度处压强相等，液体内深h处的总压强p=p0+ρgh，p0为液面上方的压强。 2．气体压强计算的两种方式 （1）活塞封闭 图甲和图乙所示是最常见的封闭气体的两种方式．其基本的方法就是先对“活塞”进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程． ①图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0. 由于活塞处于平衡状态，所以p0S＋mg＝pS. 则气体的压强为p＝p0＋ . ②图乙中的液柱也可以看成一个活塞，由于液柱处于平衡状态，所以pS＋mg＝p0S. 则气体压强为p＝p0－ ＝p0－ρgh. （2）液柱封闭 如图丙所示，U形管竖直放置．根据帕斯卡定律可知，同一液体中的相同高度处压强一定相等．所以气体B和A的压强关系可由图中虚线所示的等高线联系起来． 则有pB＋ρgh2＝pA.而pA＝p0＋ρgh1，所以气体B的压强为pB＝p0＋ρg(h1－h2). 3.加速运动系统中封闭气体压强的求法 选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解。 考●向●破●译 考向1 液柱封闭类 例1 如图，一端封闭、粗细均匀的U形玻璃管开口向上竖直放置，管内用水银将一段气体封闭在管中。当温度为200K时，被封闭的气柱长L=22cm，两边水银柱高度差h=16cm，已知外界大气压强p=76cmHg且保持不变。 (1)封闭气体的压强为多大； (2)为使右端水银面下降3cm，封闭气体温度应变为多少？ 【答案】(1)60cmHg (2)250K 【解析】（1）高度h=16cm的水银柱产生的压强为 对高度为h的水银柱受力分析，则有 代入数据解得 （2）右端的水银面下降3cm，水银总体积不变，左端的水银面会上升3cm，则左右两端水银面的高度差为 高度的水银柱产生的压强为 则此时封闭气体的压强 封闭气体的长度 根据理想气体的状态变化方程可得 解得 【变式训练1·变情境】（2026·北京三十五中）烧瓶通过橡胶塞连接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱，使烧瓶内封闭一定质量的气体。用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向左移动。将瓶内的气体视为理想气体，在这一过程中瓶内气体（　　） A．气体的温度升高，每个气体分子的动能都增大 B．气体的温度升高，分子的数密度减小，压强不变 C．气体的体积增大，对外做功，内能减小 D．气体从外界吸收热量等于气体对外做功 【答案】B 【解析】A．温度是分子平均动能的标志，温度升高意味着分子平均动能增大，但并非每个分子动能都增大，同一时刻有的分子动能可能减小，故A错误； B．外界压强不变，水柱缓慢向左移动，说明气体压强不变，整个过程为等压膨胀过程。 由理想气体状态方程，在压强不变的情况下，温度升高，体积必然增大。 分子数密度，为气体分子总数，不变，体积增大导致分子数密度减小，故B正确； C．理想气体的内能仅由温度决定。该过程中气体温度升高，内能必然增大，故C错误； D．根据热力学第一定律，内能增加，气体膨胀，对外做功，则气体从外界吸收的热量，大于气体对外做的功，故D错误。故选B。 【变式训练2·变情境】如图所示，竖直放置的U形玻璃管盛有水银，右管顶端封闭，足够长的左管开口且左管内有一轻质活塞。左、右两侧各有一段高度为H的密封气柱。当环境温度为T时，左右两侧水银面齐平，已知U形玻璃管横截面积为S，大气压强为。现对整个U形玻璃管加热，让气体温度缓慢上升，当左、右水银面高度差为H时停止升温，右空气柱的压强变为，不计一切摩擦，两侧密封气体均可视为理想气体，求： (1)升温后的温度； (2)升温过程中轻质活塞向上移动的距离。 【答案】(1) (2) 【解析】（1）设当两管液面高度差为H时，右管液柱下降h，左管液柱上升h，则 设升温后的温度为，对右管封闭气体，根据理想气体状态方程 解得 （2）升温过程中，左管封闭气体压强不变，设末状态时左管中封闭气柱高度为，根据盖-吕萨克定律有 解得 活塞向上移动的距离 解得 考向2 活塞封闭类 例2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20 N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 【变式训练1·变情境】某同学利用导热性能良好的气缸设计了一个“深海压强传感器”。如图所示，气缸开口向下竖直放置，内部用一个质量、横截面积的活塞封闭一定质量的理想气体。当传感器处于海平面上且环境温度为27℃时，活塞静止在气缸中央，此时气柱长度。现将该传感器缓慢放入深海，当到达某一深度时，海水温度为7℃，测得气柱长度变为。已知海平面的大气压，重力加速度取，不计活塞与气缸间的摩擦及活塞厚度。求： (1)传感器在海平面上时，气缸内气体的压强； (2)传感器在深海该位置时，气缸内气体的压强。 【答案】(1) (2) 【解析】（1）对活塞受力分析，可得 代入数据得 （2）封闭一定质量的理想气体，初态（海平面），， 末态（深海）未知，， 由理想气体状态方程得 代入数据解得 【变式训练2·变考法】（2026·北京顺义一中）人类对现象的认识是从宏观到微观不断深入的，可以通过建构模型等方式寻求宏观现象的微观本质。如图1所示，一汽缸固定在水平地面上，其内用活塞封闭着一定质量的理想气体。活塞与汽缸之间无摩擦且不漏气。外界大气压强为 且保持不变。 (1)宏观现象研究。 若汽缸内气体从状态A 开始，分别经历如图2所示过程到达状态B 和状态C。已知状态A的压强为 求状态B和状态C的压强 和 (2)微观机制建模。 为研究气体压强，可建立如下模型： 汽缸内 (内部为正方体)每个气体分子质量均为m，其速率均为v，分子的数密度(单位体积内分子数量)为n。为简化问题，我们假定：气体分子与器壁(包括活塞)各面碰撞的机会均等；碰撞前、后瞬间，其速度方向都与器壁垂直，且速率不变。利用所学知识，推导出气体压强p与m、n和v的关系。 (3)宏观与微观联系。 实际上该汽缸内大量理想气体分子运动的速率不尽相同，不同速率的气体分子对压强的贡献不同。如果速率处于100~200m/s区间的分子约占总数的8%，速率处于800~900m/s区间的分子约占总数的2%，请分析说明这两个区间分子对容器壁产生的压强贡献的大小关系。 【答案】(1)； (2) (3)区间的分子对压强的贡献更大些 【解析】（1）根据理想气体状态方程有 代入图2中数据及状态A的压强为，解得 （2）在容器壁上取面积为的部分，则在时间内能够撞击在器壁上的分子总数为 对时间内撞击在面积为的器壁上的气体分子，根据动量定理 解得 根据牛顿第三定律，气体分子对面积为的器壁的撞击力大小也为，则有 解得气体分子对器壁的压强大小为 （3）根据已知条件，区间的分子数约占总数的；区间的分子数约占总数的。 结合上述有 解得 可知 所以区间的分子对压强的贡献更大些。 考点二 气体实验定律和理想气体状态方程的应用 知识点1 气体实验定律 知●识●解●构 1.气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖－吕萨克定律 内容 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成正比 表达式 p1V1＝p2V2 或 或 图像 2.利用气体实验定律解决问题的基本思路 知识点2 理想气体状态方程 知●识●解●构 1.理想气体 （1）宏观模型：在任何温度、任何压强下始终遵守气体实验定律的气体。 特别提醒：实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体。 （2）微观模型：理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，即分子间无分子势能。 2.理想气体的状态方程 （1）表达式：或＝C。 （2）适用条件：一定质量的理想气体。 3．理想气体状态方程与气体实验定律的关系 ＝ 4．三个重要的推论 （1）查理定律的推论：Δp＝ΔT. （2）盖－吕萨克定律的推论：ΔV＝ΔT. （3）理想气体状态方程的推论：＝＋＋…. 考●向●破●译 考向1 等温变化 【重】 例1 （2026·北京朝阳·二模）如图所示，一种包装用的气泡膜内充满气体，气泡膜内气体可视为理想气体，在温度保持不变的情况下压缩气泡膜内的气体，则气泡内（　　） . A．分子无规则热运动加剧 B．气体压强增大 C．气体的内能增大 D．气体从外界吸收热量 【答案】B 【解析】A．温度是分子平均动能的标志，温度保持不变，则分子的平均动能不变，分子无规则热运动的剧烈程度不变，故A错误； B．气体做等温变化，根据玻意耳定律可知，体积减小，压强增大，故B正确； C．理想气体的内能只与温度有关，温度保持不变，则气体的内能不变，故C错误； D．压缩气体，外界对气体做功，即 气体内能不变，即 根据热力学第一定律 ，可得 即气体向外界放出热量，故D错误。故选B。 【变式训练1·变考法】（2026·北京石景山·一模）图示装置可用于探究气体等温变化的规律。关于该实验，下列说法正确的是（　　） A．柱塞上应该涂油以更好地密封气体 B．应快速推拉柱塞以避免气体与外界进行热交换 C．用手握住注射器推拉柱塞以使装置更加稳定 D．作出的图像可直观反映与的关系 【答案】AD 【解析】A．柱塞涂油既可以润滑，又能更好地密封气体，保证封闭气体的质量不变，故A正确； B．快速推拉柱塞时，气体与外界热交换不充分，会导致封闭气体温度改变，不符合“等温”的实验要求，应当缓慢推拉柱塞，使气体温度始终和环境温度一致，故B错误； C．手的温度与环境温度不同，用手握住注射器会改变封闭气体的温度，不符合“等温”的实验要求，故C错误； D．根据玻意耳定律，等温条件下，有（为常数） 整理得 与成正比，作出​图像为过原点的直线，可以直观看出与的反比关系，故D正确。故选AD。 【变式训练2·变情境】（2026·北京朝阳·一模）小明观看了一段视频：落水者用双手环抱倒扣的塑料盆，将盆口压入水中实现自救，如图所示。若盆中空气可视为质量一定的理想气体，且温度保持不变，则在盆被下压的过程中盆中气体（　　） A．对外做功 B．压强增大 C．从外界吸收热量 D．分子平均动能增加 【答案】B 【解析】B．将盆口下压的过程中，盆中气体的体积减小，由玻意耳定律可知，盆中气体的压强增大，故B正确； AC．将盆口下压的过程中，盆中气体的体积减小，外界对盆中气体做正功，由于温度不变，气体内能不变，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，故AC错误； D．因为温度保持不变，所以分子平均动能不变，故D错误。故选B。 考向2 等压变化和等容变化 例2 （2026·北京西城·二模）“拔火罐”是我国传统医学的一种治疗手段。操作时，医生用点燃的酒精棉球加热一个小罐内的空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位，冷却后小罐便紧贴在皮肤上。若认为冷却过程中罐中气体的体积不变，则冷却过程中气体（　　） A．压强减小 B．内能增大 C．对外界做功 D．分子平均动能不变 【答案】A 【解析】研究对象为罐内封闭气体，冷却过程体积不变，属于等容变化，气体温度降低： A．根据查理定律，等容变化满足（为定值），温度降低则压强减小，故A正确； B．理想气体内能仅由温度决定，温度降低，气体内能减小，故B错误； C．气体体积不变，做功 ，不存在对外做功的过程，故C错误； D．温度是分子平均动能的标志，温度降低，分子平均动能减小，故D错误。故选A。 【变式训练1·变情境】（2026·北京第一六六中学）马德堡半球实验证明了大气压的存在。已知大气压强p0=1.0×105 Pa，现有两个半球形钢碗，在一个钢碗内烧一些纸后，迅速将另一个钢碗扣上，两钢碗就会紧紧“吸”在一起成为一球体。此时球体内气体的温度为77 ℃，再在球体外面浇冷水，过段时间后，球体内气体温度变为7 ℃。则此时球内气体的压强为（　　） A．1.2×105 Pa B．1.0×105 Pa C．0.8×105 Pa D．0.6×105 Pa 【答案】C 【解析】设球体内气体初始状态的压强和温度分别为p1、T1，温度降低后分别为p2、T2，由题意知p1=p0、T1=77℃=350K、T2=7℃=280K，此过程中气体发生等容变化，由查理定律有 代入数据得；故选C。 【变式训练2·变载体】（2026·北京华大）气压升降椅是一种新型椅子，其内部有一个气压棒可调节高度。气压棒由密闭汽缸、活塞及惰性气体组成，如图所示为其简化结构，支架A固定在水平地面上，支架上端为一截面积的圆形活塞，活塞与质量的导热圆柱形汽缸B间封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。已知环境温度，封闭气体的长度，外界大气压强。已知重力加速度大小。 (1)当环境温度时，求此时汽缸内封闭气体的长度。 (2)当环境温度时，若气压棒的汽缸上支撑了一个质量的椅子，求此时汽缸内封闭气体的长度。 【答案】(1) (2) 【解析】（1）封闭气体做等压变化，由盖-吕萨克定律得 解得 （2）当无椅子施压时，分析汽缸的受力得 解得 当汽缸支撑椅子时，分析汽缸的受力得 解得 封闭气体做等温变化，由玻意耳定律得 解得 考向3 理想气体状态方程的应用 【重】 例3（2026·北京昌平·一模）气球在空中缓慢上升，上升过程中气球体积逐渐变大。气球内的气体可视为理想气体，且气球不漏气。已知外界温度随高度增加而降低。在此过程中，球内气体（　　） A．分子的平均动能变小 B．对外界做负功 C．压强变大 D．一定放出热量 【答案】A 【解析】A．理想气体的分子平均动能仅由温度决定，气球缓慢上升时与外界充分热交换，球内气体温度随外界温度降低而降低，因此分子平均动能变小，故A正确。 B．气球体积逐渐变大，球内气体膨胀，对外界做正功，而非对外界做负功，故B错误。 C．气球不漏气则气体物质的量不变，根据理想气体状态方程，体积增大、温度降低，可得压强一定减小，故C错误。 D．根据热力学第一定律，气体温度降低则，气体对外做功则，则的正负不确定，因此气体不一定放出热量，故D错误。故选A。 【变式训练1·变考法】（2025·北京人大附中·模拟）一定质量的理想气体处于某一平衡状态，此时其压强为，有人设计了三种方案，使气体经过每种方案后压强仍为，这三种方案是（　　） ①先保持体积不变，降低压强，再保持温度不变，压缩体积 ②先保持体积不变，使气体升温，再保持温度不变，让体积膨胀 ③先保持温度不变，使体积膨胀，再保持体积不变，使气体升温 可以断定 A．①不可能 B．②不可能 C．③不可能 D．①、②、③都可能 【答案】D 【解析】根据理想气体状态方程，分析各方案。 ①体积不变，降低压强，根据可知，温度降低，即不变，减小,减小；温度不变，压缩体积，根据可知，压强增大，即不变，减小,增大，故可通过控制压缩体积程度，使最终压强回到，故方案①可能； ②体积不变，使气体升温，根据可知，压强增大，即不变，增大, 增大；温度不变，让体积膨胀，根据可知，压强减小，即不变，增大, 减小，故通过控制膨胀程度，使最终压强回到，故方案②可能； ③温度不变，使体积膨胀，根据可知，压强减小，即不变，增大, 减小；体积不变，使气体升温，根据可知，压强增大，即不变，增大, 增大，可通过控制升温程度，使最终压强回到，故方案③可能。 综上所述，①、②、③方案都可以，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。 【变式训练2·变角度】（2026·北京人大附中）（多选）有甲、乙、丙、丁四瓶氢气，质量相同。甲的体积为V，温度为T，压强为p，单位时间撞击单位面积器壁的分子数为N。关于乙、丙、丁气体，下列说法正确的是（　　） A．如果乙的体积大于V，温度和甲相同，乙的压强小于p B．如果丙的温度高于T，体积和甲相同，丙的压强大于p C．如果丁的温度高于T，体积和甲相同，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数大于N D．如果丁的压强大于p，一定是因为单位时间内撞击单位面积器壁的分子数大于N 【答案】ABC 【解析】A．根据理想气体状态方程 如果乙的体积大于V，温度和甲相同，可知乙的压强小于p，故A正确； B．根据理想气体状态方程 如果丙的温度高于T，体积和甲相同，可知丙的压强大于p，故B正确； C．根据理想气体状态方程 如果丁的温度高于T，体积和甲相同，可知丁的压强大，丁的气体密度不变，热运动剧烈，所以单位时间内撞击单位面积器壁的分子数大于N，故C正确； D．如果丁的压强大于p，也可能是气体分子撞击器壁的速度比较大，故D错误。故选ABC。 考点三 气体状态变化的图像问题 知识点1 气体的四类“等值变化”图像的比较 知●识●解●构 类别 特点（其中C为常量） 举例 等温变化 p－V图像 pV＝CT，即p和V的积越大的等温线，温度越高，线离原点越远 p－图像 p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高 等容变化：p－T图像 p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小 等压变化：V－T图像 V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小 ⚠特别提醒 上表中各个常量“C”意义有所不同，可以根据pV＝nRT确定各个常量“C”的意义。 知识点2 气体状态变化图像的分析方法 知●识●解●构 1.明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。 2.明确图像斜率的物理意义：在V－T图像（p－T图像）中，比较两个状态的压强（或体积）大小，可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强（或体积）越小；斜率越小，压强（或体积）越大。 考●向●破●译 考向1 图像的转换与选取 例1（2025·北京第十三中学）一定质量的理想气体分别保持温度、发生等温变化，已知，则下列能正确反映气体压强p随体积V变化关系的图像是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】根据理想气体状态方程 可得 一定质量的理想气体发生等温变化，可知压强与体积成反比，即压强与体积的倒数成正比，故图像为过原点的直线，图像斜率为 可知温度越高，图像的斜率越大，由于 故选C。 【变式训练1·变角度】（2026·北京人大附中）密封于汽缸中的理想气体，从状态依次经过ab、bc和cd三个热力学过程达到状态d。若该气体的体积V随热力学温度T变化的V-T图像如图所示，则对应的气体压强p随T变化的p-T图像正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】由V-T图像可知，理想气体ab过程做等压变化，bc过程做等温变化，cd过程做等容变化。根据理想气体状态方程，有 可知bc过程理想气体的体积增大，则压强减小。故选C。 【变式训练2·变考法】一定质量的理想气体，经历的状态变化过程，外界对气体做的总功为，气体内能的总改变量为，若，，则该过程的图像可能为（ ） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】经历的状态变化过程，总功（外界对气体做正功），（气体内能减少）。 理想气体内能仅与温度有关，根据理想气体状态方程，乘积与温度成正比，因此，说明末态乘积小于初态乘积。 A．体积增大，气体对外做负功，大小为图中直线下方的面积；体积减小，外界对气体做正功，大小为图中直线下方的面积； 由图可知，负功大于正功，总功，不符合要求，故A错误； B．图中初态与末态体积相同，，因此末态，故B错误； C．体积不变，做功为；体积减小，外界对气体做功，总功，符合要求。 图中初态与末态压强相同，末态，完全符合条件，故C正确； D．体积不变，做功为；体积增大，气体对外做功，总功，不符合要求，故D错误。故选C。 考向2 图像信息应用 【重】 例2（2026·北京东城区·一模）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 【解析】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。 【变式训练1·变考法】（2026·北京人大附中）如图所示为某一定质量的理想气体的图像，其中，延长线过O点，与横轴平行。下列说法正确的是（ ） A．由a到b的过程，气体压强变大是因为气体分子密集程度变高 B．由b到c的过程，气体对外界做功，吸收热量 C．由b到c的过程，气体温度升高，所有气体分子的动能都增大 D．由b到c的过程，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数可能不变 【答案】B 【解析】A．根据可知由a到b的过程，气体的体积不变，气体分子密集程度不变，气体压强变大是因为温度升高，气体分子的平均动能增大，撞击力和撞击频率增加，故A错误； B．根据可知由b到c的过程，气体温度升高，气体内能增大；气体体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律 可知，气体吸收热量，故B正确； C．由b到c的过程，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，但并不是所有气体分子的动能都增大，故C错误； D．由b到c的过程，温度升高，气体分子平均动能增大，单个分子对器壁撞击的平均作用力增大，压强不变，可知容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数减少，故D错误。故选B。 【变式训练2·变角度】（2026·北京第一六六中学）一定质量的理想气体由状态 A 变到状态 B 的过程如图所示，A、B位于同一双曲线上，则此变化过程中，温度（　　） A．一直不变 B．先下降后上升 C．先上升后下降 D．一直上升 【答案】C 【解析】由数学知识可知AB直线上的点，则当p=V时pV乘积最大，可知由A到B的过程中，pV乘积的数值先增加后减小，则根据pV=CT可知，气体的温度先增大后减小。故选C。 考点四 气体实验定律的微观解释 知识点1 气体实验定律的微观解释 知●识●解●构 1.玻意耳定律 （1）宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小。 （2）微观解释：温度不变，分子的平均动能不变。体积越小，分子的数密度越大，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的压强就越大，如图所示。 2.查理定律 （1）宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小。 （2）微观解释：体积不变，则分子的数密度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大，如图所示。 3.盖－吕萨克定律 （1）宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大；温度降低，体积减小。 （2）微观解释：温度升高，分子平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需影响压强的另一个因素，即分子的数密度减小，所以气体的体积增大，如图所示。 考●向●破●译 考向1 气体实验定律的微观解释 【重】 例1（2026·北京人大附中）（多选）放置在水平面上的绝热密闭容器中通过不漏气的隔热挡板分成体积相等的A、B两个区域，各盛放相等质量的氦气（视为理想气体），两部分气体的温度和压强都不一定相等。挡板可以在容器中无摩擦地水平移动。经过足够长时间后，发现A、B中的气体速率分布情况分别如图甲、乙所示，且挡板静止。则（ ） A．A区域气体的温度一定比B区域低 B．A中单位时间单位面积上分子的碰撞次数大于B C．A区域气体的内能和B区域气体内能相等 D．若A、B中气体温度均上升相等大小，将发现挡板位置不变 【答案】AB 【解析】A．由麦克斯韦速率分布律可知，温度越高，分子热运动越剧烈，速率分布曲线的峰值向速率大的方向移动。题中A、B气体分别对应图甲、乙，甲曲线峰值速率较小，对应温度较低，即，故A正确； B．经过足够长时间后，两部分压强相等，但是A中分子平均动能小，根据气体压强微观解释可知，A中单位时间单位面积上分子的碰撞次数大于B，故B正确； C．理想气体内能由温度决定，因，所以，故C错误； D．假设挡板不动，气体发生等容变化。温度升高，压强增量 因、相同，，则，A侧压强增加更多，挡板将向B区域移动，故D错误。故选AB。 【变式训练1·变思维】（2026·北京大兴）如图所示，水平放置的固定气缸中用活塞封闭一定质量的气体，缸内封闭的气体可视为理想气体，初始时体积为V0，压强等于大气压强，活塞可在气缸内无摩擦滑动。活塞横截面积为S，质量为M，已知大气压强恒定为P0，假设缸内气体温度始终保持不变。 (1)请从微观角度分析：向右缓慢拉动活塞过程中缸内气体压强的变化情况及原因； (2)用水平拉力F将活塞缓慢向右移动，推导拉力F的大小与移动距离x的关系式； (3)在水平弹簧振子中，弹簧劲度系数为k，小球质量为m，则弹簧振子做简谐运动振动的周期为。将活塞缓慢向右拉开微小位移x（满足）时撤去拉力，请论证撤去拉力后活塞将做简谐运动；并类比弹簧振子做简谐运动的周期公式写出活塞的振动周期T。 【答案】(1)见解析 (2) (3)论证见解析， 【解析】（1）气体压强的微观本质，是大量气体分子频繁碰撞器壁产生的平均作用力，其大小与分子平均动能和单位体积内的分子数两个因素直接相关。 在向右缓慢拉动活塞的等温过程中，温度不变则分子平均动能不变，单个分子每次碰撞器壁的平均冲量不变；气体体积增大，而气体分子总数不变，则单位体积内的分子数减少，单位时间内，撞击活塞单位面积的分子数减少，导致单位时间内的总冲量减小，宏观上表现为气体压强降低。 （2）设活塞所受的水平拉力大小为F 等温过程由玻意耳定律得 解得缸内气体压强 对活塞，根据受力平衡有 解得 （3）设向右方向为正方向，将活塞向右拉动微小位移x时撤去拉力，活塞所受的合力为，可得 当时,有 即活塞所受的回复力与位移的大小成正比，方向相反，活塞的运动可视为简谐运动。 此时，活塞质量为M，将二者代入水平弹簧振子的周期公式，可得活塞的运动周期公式为 【变式训练2·变情境】（2026·北京海淀）如图所示，竖直放置的导热气缸内用活塞封闭一部分理想气体，外界大气压为p0，活塞底面积为S、重力大小为，其中k为常数且已知。活塞可视为绝热材料制成，即热量无法通过活塞传递。初始时活塞静止，其下表面距气缸底部的高度为h0，环境温度始终保持恒定，忽略活塞与气缸间的摩擦。现将一质量与活塞质量相同的物块，从距活塞上表面h0处由静止释放，与活塞碰撞后粘在一起，之后又经过足够长的时间系统最终重新达到平衡状态。已知一定质量达到平衡状态的理想气体，其体积V、压强p和温度T之间满足，不考虑气缸内气体的重力。 (1)求最终平衡时，活塞下表面距气缸底部的高度h。 (2)从微观角度分析，假设每个与活塞碰撞的气体分子质量均为m0、速率均为v，分子与活塞碰撞前后的瞬间，其速度方向均与活塞下表面垂直、且碰撞前后速率保持不变。若单位时间内与活塞发生碰撞的气体分子数在初始时为N1、在最终平衡时为N2，求。 (3)求从初始到最终平衡的过程中，气缸内气体向外界释放的热量Q。 【答案】(1) (2) (3) 【解析】（1）设活塞和物块的质量均为，初始时气缸内气体压强为。初始时活塞平衡，依据平衡条件，有，可得 从物块与活塞碰撞后，直至再次平衡时，设气缸内气体压强为，依据平衡条件，有，可得 设初态时气缸内气体体积为，末态时气缸内气体体积为。因初、末状态气缸内气体的温度相同，所以有，其中、 综上可得 （2）设向下为正方向，因初、末状态气缸内气体温度相同，所以初、末态气体分子的运动速率均为。由此可知，每个分子与活塞发生弹性碰撞1次，其动量的变化量的大小 碰撞前，气缸内气体的压强 碰撞后，气缸内气体的压强 联立可得 （3）从物块开始下落，到与活塞碰撞前，气缸内气体与外界没有热量交换。设物块与活塞碰撞前的速度为，物块与活塞碰撞后的共同速度为，依据机械能守恒定律和动量守恒定律 可得 环境温度保持不变，因此气缸内气体的内能保持不变，即，根据热力学第一定律，有，其中为外界对气缸内气体所做的功。根据功能关系，有 其中表示活塞和物块组成的系统所减少的机械能，即 将和代入，可得 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2026·北京·高考）一定质量的理想气体在等温膨胀过程中（ ） A．气体压强减小 B．外界对气体做正功 C．气体分子平均动能增大 D．气体与外界无热量交换 【答案】A 【解析】A．一定质量的理想气体等温过程满足玻意耳定律（为常量），膨胀时体积增大，因此压强减小，故A正确； B．气体膨胀时体积增大，是气体对外界做功，外界对气体做负功，故B错误； C．理想气体分子平均动能仅由温度决定，等温过程温度不变，分子平均动能不变，故C错误； D．理想气体内能仅与温度有关，等温过程内能变化；根据热力学第一定律（为外界对气体做的功），本题中，可得，即气体从外界吸收热量，存在热量交换，故D错误。故选A。 2．（2026·全国·高考）如图，一定量理想气体从状态a开始，沿图上实线所示过程经状态b、c到达状态d。四个状态下气体内能相等的是（ ） A．状态a与状态c B．状态a与状态d C．状态b与状态c D．状态b与状态d 【答案】B 【解析】根据理想气体状态方程可得 其中，，，， 可得 温度相同，内能相同，可知四个状态下气体内能相等的是状态a与状态d。故选B。 3．（2026·湖北·高考）容器中封闭一定质量的理想气体。缓慢改变气体状态，使其体积变为初态的一半，压强变为初态的3倍。与气体的初态相比、末态（ ） A．气体的温度是初态的3倍 B．气体分子的平均动能更大 C．每个气体分子的速率都更大 D．单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数更少 【答案】B 【解析】根据理想气体状态方程 代入、，可得末态温度 A．末态温度是初态的1.5倍，不是3倍，故A错误； B．温度是分子平均动能的唯一宏观标志，末态温度更高，气体分子平均动能更大，故B正确； C．分子平均动能增大是统计规律，仅代表分子整体的速率分布向高速区偏移，不代表每个分子的速率都更大，故C错误； D．气体压强由单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数、分子平均碰撞冲量共同决定：末态温度升高，分子平均碰撞冲量增大，且压强变为初态的3倍，因此单位时间碰撞的分子数更多，故D错误。故选B。 4．（2025·江西·高考）如图所示，一泵水器通过细水管与桶装水相连。按压一次泵水器可将压强等于大气压强、体积为的空气压入水桶中。在设计泵水器时应计算出的临界值，当时，在液面最低的情况下仅按压一次泵水器恰能出水。设桶身的高度和横截面积分别为H、S，颈部高度为l，按压前桶中气体压强为。不考虑温度变化和漏气，忽略桶壁厚度及桶颈部、细水管和出水管的体积。已知水的密度为，重力加速度为g。该临界值等于（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【解析】根据题意，设往桶内压入压强为、体积为的空气后，桶内气体压强增大到，根据玻意耳定律有 泵水器恰能出水满足 联立解得；故选B。 5．（2026·黑吉辽蒙·高考）（多选）一定质量的理想气体由状态经状态、变化到状态，图像如图所示，则（ ） A．状态的温度比状态的高 B．状态的内能比状态的大 C．、过程气体对外做的功相等 D．过程气体对外做的功小于从外界吸收的热量 【答案】BD 【解析】A．根据题意，由图可知，从过程中，气体的压强不变，气体做等压变化，由于气体体积增大，则气体温度升高，可知，状态a的温度比状态b的低，故A错误； B．从过程中，结合图像，由理想气体状态方程有 解得 可知，状态b的温度比状态c的高，则状态b的内能比状态c的大，故B正确； C．根据图像的面积表示气体做功，由图可知，过程中，气体对外做功为 过程中，气体对外做功为 可知，、过程气体对外做的功不相等，故C错误； D．由图可知，过程气体的压强不变，气体做等压变化，由于气体体积增大，则气体温度升高，气体的内能增大，由热力学第一定律可知，过程气体对外做的功小于从外界吸收的热量，故D正确。故选BD。 6．（2026·黑吉辽蒙·高考）（多选）如图，一端封闭粗细均匀的U形导热玻璃管竖直放置，封闭端可视为理想气体的空气柱长度L＝40cm，管两侧水银面的高度差为h＝19cm，大气压强恒为76cmHg，T＝（t+273）K，则（ ） A．封闭气体初状态压强为95cmHg B．若初始温度为27℃，给封闭气体加热，当两侧水银面齐平时，封闭气体的温度为222℃ C．若保持环境温度27℃不变，缓慢向开口端注入水银，当管两侧水银面齐平时，注入水银的长度为29cm D．若保持环境温度27℃不变，缓慢向开口端注入水银，当管两侧水银面齐平时，注入水银的长度为39cm 【答案】BD 【解析】A．由图可知封闭端水银面比开口端高19cm，设封闭气体初态压强为，根据水银面受力平衡得 代入数据得，故A错误； B．初始状态，， 水银面齐平时，封闭气体压强等于大气压，封闭端水银面下降，空气柱长度变为 体积 根据理想气体状态方程得 代入数据解得，对应摄氏温度，故B正确； CD．温度不变，封闭气体做等温变化，根据玻意耳定律 末态水银面齐平时，体积 解得末态空气柱长度 要让两侧水银面齐平，注入水银的总长度为，故C错误，D正确。故选BD。 7．（2026·甘肃·高考）如图，汽缸内壁光滑，横截面积为，用质量为的活塞封闭一定量的理想气体，活塞与缸底用一轻质弹簧连接。汽缸水平放置时，缸内气体温度为，弹簧为原长。现将汽缸与水平面成角放置，缸内气体温度保持不变，弹簧长度变为。已知大气压强为，重力加速度为，忽略弹簧体积。 (1)求弹簧的劲度系数。 (2)若加热缸内气体使弹簧恢复为原长，则气体压强和温度分别变为多少？ 【答案】(1) (2)， 【解析】（1）根据题意，设弹簧长度变为时，气体的压强为，由于缸内气体温度保持不变，由玻意耳定律有 解得 对活塞受力分析，由平衡条件有 解得 （2）设弹簧恢复为原长，气体压强为和温度为，由平衡条件有 解得 初始水平放置状态和加热后弹簧恢复原长的状态体积相等，由理想气体状态方程有 解得 8．（2026·河南·高考）机械装置的润滑油系统常用图示设备稳定油压。气腔内充有氮气，当润滑油系统油压过高时，油会泵入油腔，压缩皮囊；油压降低时，皮囊膨胀，油从油腔泵出。设备的工作温度为、气腔内氮气压强为时，气腔体积为。氮气视为理想气体。 (1)某次泵油，氮气压强从变为，求泵出油的体积；（泵油过程为等温过程） (2)若使设备在时也能正常工作，需要对气腔补气，以满足在压强为时气腔体积仍为，求补充氮气的质量与气腔内原有氮气质量之比。（补气过程为等温过程） 【答案】(1) (2) 【解析】（1）泵油过程氮气温度不变，做等温变化，由玻意耳定律有 代入数据解得 泵出油的体积 （2）对原有氮气，由理想气体状态方程 代入数据解得 同温同压下，气体质量之比等于体积之比，即 9．（2026·广东·高考）图（a）所示的空气垫是由多个相连的独立气室构成的包装材料，其简化模型如图（b）。充气前气室内均没有气体，在室温下，将压强、体积的气体通过单向阀充入10个气室（忽略气道内气体），此时每个气室均为圆柱体，横截面半径为 ，长度为 ，当充气后的气室受到挤压变形时，其横截面变成图（c）所示的“跑道”形（两端是直径为 的半圆），且气室长度、横截面周长均保持不变，气室内气体可视为理想气体，充气及挤压变形过程中气体温度始终与室温相同。 (1)求充气后未挤压变形时气室中的压强； (2)求挤压变形后气室中的压强； (3)已知气室中的压强超过时气室会爆破，若气室经如图（c）所示的挤压变形后，体积不变、室温升高，求气室不爆破的最高室温。 【答案】(1) (2) (3) 【解析】（1）充气过程温度不变，对所有充入气室的气体，由玻意耳定律有 根据题意有 解得充气后未挤压变形时气室中的压强 （2）变形前，气室的体积为 挤压过程温度不变，且横截面周长不变，原圆形横截面周长 变形后跑道形横截面两端半圆合为一个整圆，周长为 剩余直边总长度为 单根直边长 变形后，气室的体积为 对气室气体，等温过程由玻意耳定律 解得挤压变形后气室中的压强 （3）体积不变，气体等容变化，有 解得气室不爆破的最高室温 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第68讲 气体的性质及气体实验定律 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 气体压强的计算 知识点1 气体压强 知识点2 气体压强计算的方法 考向1 液柱封闭类 考向2 活塞封闭类 考点二 气体实验定律和理想气体状态方程的应用 知识点1 气体实验定律 知识点2 理想气体状态方程 考向1 等温变化 重 考向2 等压变化和等容变化 考向3 理想气体状态方程的应用 重 考点三 气体状态变化的图像问题 知识点1 气体的四类“等值变化”图像的比较 知识点2 气体状态变化图像的分析方法 考向1 图像的转换与选取 考向2 图像信息应用 重 考点四 气体实验定律的微观解释 知识点1 气体实验定律的微观解释 考向1 气体实验定律的微观解释 重 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 气体压强的计算 —— —— —— 气体实验定律和理想气体状态方程的应用 北京，T3，3分 —— —— 气体状态变化的图像问题 —— —— —— 气体实验定律的微观解释 —— —— —— 考情分析 题型与考向：题型以选择题、实验题、计算题均有可能出现，难度中等，常以活塞、液柱模型为试题背景，考查封闭气体压强计算、气体实验定律与理想气体状态方程的应用，气体状态变化图像分析，以及气体实验定律的微观解释，侧重状态参量的确定与方程运算。 情境与立意： 1.生活实践类：高压锅、气压计、喷雾器、拔罐、输液瓶、氧气分装等。 2.学习探究类：气体实验定律、探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系。 复习目标 1.掌握气体压强的计算方法。 2.掌握气体实验定律的内容、适用条件，并会应用解决问题。 3.会分析气体状态变化的图像问题。 4.掌握气体实验定律的微观解释。 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 气体压强的计算 知识点1 气体压强 知●识●解●构 1.产生的原因 由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁___________的压力叫作气体的压强。 2.决定因素 （1）宏观上：决定于气体的温度和___________。 （2）微观上：决定于分子的平均动能和分子的___________。 知识点2 气体压强计算的方法 知●识●解●构 1.平衡状态下气体压强的求法 （1）力平衡法：选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对象进行受力分析，得到液柱（或活塞）的受力平衡方程，求得气体的压强。 （2）液片法：选取假想的液体薄片（自身重力不计）为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等的方程，求得气体的压强。 （3）等压面法：在连通器中，同一种液体（中间连通）同一深度处压强相等，液体内深h处的总压强p=p0+ρgh，p0为液面上方的压强。 2．气体压强计算的两种方式 （1）活塞封闭 图甲和图乙所示是最常见的封闭气体的两种方式．其基本的方法就是先对“活塞”进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程． ①图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0. 由于活塞处于平衡状态，所以p0S＋mg＝pS. 则气体的压强为p＝p0＋ . ②图乙中的液柱也可以看成一个活塞，由于液柱处于平衡状态，所以pS＋mg＝p0S. 则气体压强为p＝p0－ ＝p0－ρgh. （2）液柱封闭 如图丙所示，U形管竖直放置．根据帕斯卡定律可知，同一液体中的相同高度处压强一定相等．所以气体B和A的压强关系可由图中虚线所示的等高线联系起来． 则有pB＋ρgh2＝pA.而pA＝p0＋ρgh1，所以气体B的压强为pB＝p0＋ρg(h1－h2). 3.加速运动系统中封闭气体压强的求法 选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解。 考●向●破●译 考向1 液柱封闭类 例1 如图，一端封闭、粗细均匀的U形玻璃管开口向上竖直放置，管内用水银将一段气体封闭在管中。当温度为200K时，被封闭的气柱长L=22cm，两边水银柱高度差h=16cm，已知外界大气压强p=76cmHg且保持不变。 (1)封闭气体的压强为多大； (2)为使右端水银面下降3cm，封闭气体温度应变为多少？ 【变式训练1·变情境】（2026·北京三十五中）烧瓶通过橡胶塞连接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱，使烧瓶内封闭一定质量的气体。用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向左移动。将瓶内的气体视为理想气体，在这一过程中瓶内气体（　　） A．气体的温度升高，每个气体分子的动能都增大 B．气体的温度升高，分子的数密度减小，压强不变 C．气体的体积增大，对外做功，内能减小 D．气体从外界吸收热量等于气体对外做功 【变式训练2·变情境】如图所示，竖直放置的U形玻璃管盛有水银，右管顶端封闭，足够长的左管开口且左管内有一轻质活塞。左、右两侧各有一段高度为H的密封气柱。当环境温度为T时，左右两侧水银面齐平，已知U形玻璃管横截面积为S，大气压强为。现对整个U形玻璃管加热，让气体温度缓慢上升，当左、右水银面高度差为H时停止升温，右空气柱的压强变为，不计一切摩擦，两侧密封气体均可视为理想气体，求： (1)升温后的温度； (2)升温过程中轻质活塞向上移动的距离。 考向2 活塞封闭类 例2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20 N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。 【变式训练1·变情境】某同学利用导热性能良好的气缸设计了一个“深海压强传感器”。如图所示，气缸开口向下竖直放置，内部用一个质量、横截面积的活塞封闭一定质量的理想气体。当传感器处于海平面上且环境温度为27℃时，活塞静止在气缸中央，此时气柱长度。现将该传感器缓慢放入深海，当到达某一深度时，海水温度为7℃，测得气柱长度变为。已知海平面的大气压，重力加速度取，不计活塞与气缸间的摩擦及活塞厚度。求： (1)传感器在海平面上时，气缸内气体的压强； (2)传感器在深海该位置时，气缸内气体的压强。 【变式训练2·变考法】（2026·北京顺义一中）人类对现象的认识是从宏观到微观不断深入的，可以通过建构模型等方式寻求宏观现象的微观本质。如图1所示，一汽缸固定在水平地面上，其内用活塞封闭着一定质量的理想气体。活塞与汽缸之间无摩擦且不漏气。外界大气压强为 且保持不变。 (1)宏观现象研究。 若汽缸内气体从状态A 开始，分别经历如图2所示过程到达状态B 和状态C。已知状态A的压强为 求状态B和状态C的压强 和 (2)微观机制建模。 为研究气体压强，可建立如下模型： 汽缸内 (内部为正方体)每个气体分子质量均为m，其速率均为v，分子的数密度(单位体积内分子数量)为n。为简化问题，我们假定：气体分子与器壁(包括活塞)各面碰撞的机会均等；碰撞前、后瞬间，其速度方向都与器壁垂直，且速率不变。利用所学知识，推导出气体压强p与m、n和v的关系。 (3)宏观与微观联系。 实际上该汽缸内大量理想气体分子运动的速率不尽相同，不同速率的气体分子对压强的贡献不同。如果速率处于100~200m/s区间的分子约占总数的8%，速率处于800~900m/s区间的分子约占总数的2%，请分析说明这两个区间分子对容器壁产生的压强贡献的大小关系。 考点二 气体实验定律和理想气体状态方程的应用 知识点1 气体实验定律 知●识●解●构 1.气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖－吕萨克定律 内容 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成正比 表达式 p1V1＝p2V2 或 或 图像 2.利用气体实验定律解决问题的基本思路 知识点2 理想气体状态方程 知●识●解●构 1.理想气体 （1）宏观模型：在任何温度、任何___________下始终遵守___________的气体。 特别提醒：实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体。 （2）微观模型：理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，即分子间无___________。 2.理想气体的状态方程 （1）表达式：或＝C。 （2）适用条件：一定质量的理想气体。 3．理想气体状态方程与气体实验定律的关系 ＝ 4．三个重要的推论 （1）查理定律的推论：Δp＝ΔT. （2）盖－吕萨克定律的推论：ΔV＝ΔT. （3）理想气体状态方程的推论：＝＋＋…. 考●向●破●译 考向1 等温变化 【重】 例1 （2026·北京朝阳·二模）如图所示，一种包装用的气泡膜内充满气体，气泡膜内气体可视为理想气体，在温度保持不变的情况下压缩气泡膜内的气体，则气泡内（　　） . A．分子无规则热运动加剧 B．气体压强增大 C．气体的内能增大 D．气体从外界吸收热量 【变式训练1·变考法】（2026·北京石景山·一模）图示装置可用于探究气体等温变化的规律。关于该实验，下列说法正确的是（　　） A．柱塞上应该涂油以更好地密封气体 B．应快速推拉柱塞以避免气体与外界进行热交换 C．用手握住注射器推拉柱塞以使装置更加稳定 D．作出的图像可直观反映与的关系 【变式训练2·变情境】（2026·北京朝阳·一模）小明观看了一段视频：落水者用双手环抱倒扣的塑料盆，将盆口压入水中实现自救，如图所示。若盆中空气可视为质量一定的理想气体，且温度保持不变，则在盆被下压的过程中盆中气体（　　） A．对外做功 B．压强增大 C．从外界吸收热量 D．分子平均动能增加 考向2 等压变化和等容变化 例2 （2026·北京西城·二模）“拔火罐”是我国传统医学的一种治疗手段。操作时，医生用点燃的酒精棉球加热一个小罐内的空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位，冷却后小罐便紧贴在皮肤上。若认为冷却过程中罐中气体的体积不变，则冷却过程中气体（　　） A．压强减小 B．内能增大 C．对外界做功 D．分子平均动能不变 【变式训练1·变情境】（2026·北京第一六六中学）马德堡半球实验证明了大气压的存在。已知大气压强p0=1.0×105 Pa，现有两个半球形钢碗，在一个钢碗内烧一些纸后，迅速将另一个钢碗扣上，两钢碗就会紧紧“吸”在一起成为一球体。此时球体内气体的温度为77 ℃，再在球体外面浇冷水，过段时间后，球体内气体温度变为7 ℃。则此时球内气体的压强为（　　） A．1.2×105 Pa B．1.0×105 Pa C．0.8×105 Pa D．0.6×105 Pa 【变式训练2·变载体】（2026·北京华大）气压升降椅是一种新型椅子，其内部有一个气压棒可调节高度。气压棒由密闭汽缸、活塞及惰性气体组成，如图所示为其简化结构，支架A固定在水平地面上，支架上端为一截面积的圆形活塞，活塞与质量的导热圆柱形汽缸B间封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。已知环境温度，封闭气体的长度，外界大气压强。已知重力加速度大小。 (1)当环境温度时，求此时汽缸内封闭气体的长度。 (2)当环境温度时，若气压棒的汽缸上支撑了一个质量的椅子，求此时汽缸内封闭气体的长度。 考向3 理想气体状态方程的应用 【重】 例3（2026·北京昌平·一模）气球在空中缓慢上升，上升过程中气球体积逐渐变大。气球内的气体可视为理想气体，且气球不漏气。已知外界温度随高度增加而降低。在此过程中，球内气体（　　） A．分子的平均动能变小 B．对外界做负功 C．压强变大 D．一定放出热量 【变式训练1·变考法】（2025·北京人大附中·模拟）一定质量的理想气体处于某一平衡状态，此时其压强为，有人设计了三种方案，使气体经过每种方案后压强仍为，这三种方案是（　　） ①先保持体积不变，降低压强，再保持温度不变，压缩体积 ②先保持体积不变，使气体升温，再保持温度不变，让体积膨胀 ③先保持温度不变，使体积膨胀，再保持体积不变，使气体升温 可以断定 A．①不可能 B．②不可能 C．③不可能 D．①、②、③都可能 【变式训练2·变角度】（2026·北京人大附中）（多选）有甲、乙、丙、丁四瓶氢气，质量相同。甲的体积为V，温度为T，压强为p，单位时间撞击单位面积器壁的分子数为N。关于乙、丙、丁气体，下列说法正确的是（　　） A．如果乙的体积大于V，温度和甲相同，乙的压强小于p B．如果丙的温度高于T，体积和甲相同，丙的压强大于p C．如果丁的温度高于T，体积和甲相同，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数大于N D．如果丁的压强大于p，一定是因为单位时间内撞击单位面积器壁的分子数大于N 考点三 气体状态变化的图像问题 知识点1 气体的四类“等值变化”图像的比较 知●识●解●构 类别 特点（其中C为常量） 举例 等温变化 p－V图像 pV＝CT，即p和V的积越大的等温线，温度越高，线离原点越远 p－图像 p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高 等容变化：p－T图像 p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小 等压变化：V－T图像 V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小 ⚠特别提醒 上表中各个常量“C”意义有所不同，可以根据pV＝nRT确定各个常量“C”的意义。 知识点2 气体状态变化图像的分析方法 知●识●解●构 1.明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。 2.明确图像斜率的物理意义：在V－T图像（p－T图像）中，比较两个状态的压强（或体积）大小，可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强（或体积）越小；斜率越小，压强（或体积）越大。 考●向●破●译 考向1 图像的转换与选取 例1（2025·北京第十三中学）一定质量的理想气体分别保持温度、发生等温变化，已知，则下列能正确反映气体压强p随体积V变化关系的图像是（　　） A． B． C． D． 【变式训练1·变角度】（2026·北京人大附中）密封于汽缸中的理想气体，从状态依次经过ab、bc和cd三个热力学过程达到状态d。若该气体的体积V随热力学温度T变化的V-T图像如图所示，则对应的气体压强p随T变化的p-T图像正确的是（　　） A． B． C． D． 【变式训练2·变考法】一定质量的理想气体，经历的状态变化过程，外界对气体做的总功为，气体内能的总改变量为，若，，则该过程的图像可能为（ ） A． B． C． D． 考向2 图像信息应用 【重】 例2（2026·北京东城区·一模）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 【变式训练1·变考法】（2026·北京人大附中）如图所示为某一定质量的理想气体的图像，其中，延长线过O点，与横轴平行。下列说法正确的是（ ） A．由a到b的过程，气体压强变大是因为气体分子密集程度变高 B．由b到c的过程，气体对外界做功，吸收热量 C．由b到c的过程，气体温度升高，所有气体分子的动能都增大 D．由b到c的过程，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数可能不变 【变式训练2·变角度】（2026·北京第一六六中学）一定质量的理想气体由状态 A 变到状态 B 的过程如图所示，A、B位于同一双曲线上，则此变化过程中，温度（　　） A．一直不变 B．先下降后上升 C．先上升后下降 D．一直上升 考点四 气体实验定律的微观解释 知识点1 气体实验定律的微观解释 知●识●解●构 1.玻意耳定律 （1）宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小。 （2）微观解释：温度不变，分子的平均动能不变。体积越小，分子的数密度越大，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的压强就越大，如图所示。 2.查理定律 （1）宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小。 （2）微观解释：体积不变，则分子的数密度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大，如图所示。 3.盖－吕萨克定律 （1）宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大；温度降低，体积减小。 （2）微观解释：温度升高，分子平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需影响压强的另一个因素，即分子的数密度减小，所以气体的体积增大，如图所示。 考●向●破●译 考向1 气体实验定律的微观解释 【重】 例1（2026·北京人大附中）（多选）放置在水平面上的绝热密闭容器中通过不漏气的隔热挡板分成体积相等的A、B两个区域，各盛放相等质量的氦气（视为理想气体），两部分气体的温度和压强都不一定相等。挡板可以在容器中无摩擦地水平移动。经过足够长时间后，发现A、B中的气体速率分布情况分别如图甲、乙所示，且挡板静止。则（ ） A．A区域气体的温度一定比B区域低 B．A中单位时间单位面积上分子的碰撞次数大于B C．A区域气体的内能和B区域气体内能相等 D．若A、B中气体温度均上升相等大小，将发现挡板位置不变 【变式训练1·变思维】（2026·北京大兴）如图所示，水平放置的固定气缸中用活塞封闭一定质量的气体，缸内封闭的气体可视为理想气体，初始时体积为V0，压强等于大气压强，活塞可在气缸内无摩擦滑动。活塞横截面积为S，质量为M，已知大气压强恒定为P0，假设缸内气体温度始终保持不变。 (1)请从微观角度分析：向右缓慢拉动活塞过程中缸内气体压强的变化情况及原因； (2)用水平拉力F将活塞缓慢向右移动，推导拉力F的大小与移动距离x的关系式； (3)在水平弹簧振子中，弹簧劲度系数为k，小球质量为m，则弹簧振子做简谐运动振动的周期为。将活塞缓慢向右拉开微小位移x（满足）时撤去拉力，请论证撤去拉力后活塞将做简谐运动；并类比弹簧振子做简谐运动的周期公式写出活塞的振动周期T。 【变式训练2·变情境】（2026·北京海淀）如图所示，竖直放置的导热气缸内用活塞封闭一部分理想气体，外界大气压为p0，活塞底面积为S、重力大小为，其中k为常数且已知。活塞可视为绝热材料制成，即热量无法通过活塞传递。初始时活塞静止，其下表面距气缸底部的高度为h0，环境温度始终保持恒定，忽略活塞与气缸间的摩擦。现将一质量与活塞质量相同的物块，从距活塞上表面h0处由静止释放，与活塞碰撞后粘在一起，之后又经过足够长的时间系统最终重新达到平衡状态。已知一定质量达到平衡状态的理想气体，其体积V、压强p和温度T之间满足，不考虑气缸内气体的重力。 (1)求最终平衡时，活塞下表面距气缸底部的高度h。 (2)从微观角度分析，假设每个与活塞碰撞的气体分子质量均为m0、速率均为v，分子与活塞碰撞前后的瞬间，其速度方向均与活塞下表面垂直、且碰撞前后速率保持不变。若单位时间内与活塞发生碰撞的气体分子数在初始时为N1、在最终平衡时为N2，求。 (3)求从初始到最终平衡的过程中，气缸内气体向外界释放的热量Q。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2026·北京·高考）一定质量的理想气体在等温膨胀过程中（ ） A．气体压强减小 B．外界对气体做正功 C．气体分子平均动能增大 D．气体与外界无热量交换 2．（2026·全国·高考）如图，一定量理想气体从状态a开始，沿图上实线所示过程经状态b、c到达状态d。四个状态下气体内能相等的是（ ） A．状态a与状态c B．状态a与状态d C．状态b与状态c D．状态b与状态d 3．（2026·湖北·高考）容器中封闭一定质量的理想气体。缓慢改变气体状态，使其体积变为初态的一半，压强变为初态的3倍。与气体的初态相比、末态（ ） A．气体的温度是初态的3倍 B．气体分子的平均动能更大 C．每个气体分子的速率都更大 D．单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数更少 4．（2025·江西·高考）如图所示，一泵水器通过细水管与桶装水相连。按压一次泵水器可将压强等于大气压强、体积为的空气压入水桶中。在设计泵水器时应计算出的临界值，当时，在液面最低的情况下仅按压一次泵水器恰能出水。设桶身的高度和横截面积分别为H、S，颈部高度为l，按压前桶中气体压强为。不考虑温度变化和漏气，忽略桶壁厚度及桶颈部、细水管和出水管的体积。已知水的密度为，重力加速度为g。该临界值等于（　　） A． B． C． D． 5．（2026·黑吉辽蒙·高考）（多选）一定质量的理想气体由状态经状态、变化到状态，图像如图所示，则（ ） A．状态的温度比状态的高 B．状态的内能比状态的大 C．、过程气体对外做的功相等 D．过程气体对外做的功小于从外界吸收的热量 6．（2026·黑吉辽蒙·高考）（多选）如图，一端封闭粗细均匀的U形导热玻璃管竖直放置，封闭端可视为理想气体的空气柱长度L＝40cm，管两侧水银面的高度差为h＝19cm，大气压强恒为76cmHg，T＝（t+273）K，则（ ） A．封闭气体初状态压强为95cmHg B．若初始温度为27℃，给封闭气体加热，当两侧水银面齐平时，封闭气体的温度为222℃ C．若保持环境温度27℃不变，缓慢向开口端注入水银，当管两侧水银面齐平时，注入水银的长度为29cm D．若保持环境温度27℃不变，缓慢向开口端注入水银，当管两侧水银面齐平时，注入水银的长度为39cm 7．（2026·甘肃·高考）如图，汽缸内壁光滑，横截面积为，用质量为的活塞封闭一定量的理想气体，活塞与缸底用一轻质弹簧连接。汽缸水平放置时，缸内气体温度为，弹簧为原长。现将汽缸与水平面成角放置，缸内气体温度保持不变，弹簧长度变为。已知大气压强为，重力加速度为，忽略弹簧体积。 (1)求弹簧的劲度系数。 (2)若加热缸内气体使弹簧恢复为原长，则气体压强和温度分别变为多少？ 8．（2026·河南·高考）机械装置的润滑油系统常用图示设备稳定油压。气腔内充有氮气，当润滑油系统油压过高时，油会泵入油腔，压缩皮囊；油压降低时，皮囊膨胀，油从油腔泵出。设备的工作温度为、气腔内氮气压强为时，气腔体积为。氮气视为理想气体。 (1)某次泵油，氮气压强从变为，求泵出油的体积；（泵油过程为等温过程） (2)若使设备在时也能正常工作，需要对气腔补气，以满足在压强为时气腔体积仍为，求补充氮气的质量与气腔内原有氮气质量之比。（补气过程为等温过程） 9．（2026·广东·高考）图（a）所示的空气垫是由多个相连的独立气室构成的包装材料，其简化模型如图（b）。充气前气室内均没有气体，在室温下，将压强、体积的气体通过单向阀充入10个气室（忽略气道内气体），此时每个气室均为圆柱体，横截面半径为 ，长度为 ，当充气后的气室受到挤压变形时，其横截面变成图（c）所示的“跑道”形（两端是直径为 的半圆），且气室长度、横截面周长均保持不变，气室内气体可视为理想气体，充气及挤压变形过程中气体温度始终与室温相同。 (1)求充气后未挤压变形时气室中的压强； (2)求挤压变形后气室中的压强； (3)已知气室中的压强超过时气室会爆破，若气室经如图（c）所示的挤压变形后，体积不变、室温升高，求气室不爆破的最高室温。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $