專題20熱學

I.（2021高考新課程I卷山東卷）如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、

導熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶，小瓶下沉到底部；松開后，小瓶

緩慢上浮，上浮過程中，小瓶內氣體（）

A.內能減少B.對外界做正功

C.增加的內能大于吸收的熱量D.增加的內能等于吸收的熱量

【參考答案】B

【名師解析】上浮過程中，小瓶內氣體壓強減小，體積增大，對外界做正功，溫度升高，內能增大，選項A

錯誤B正確；根據熱力學第一定律，吸收的熱量等于增加的內能與對外做功之和，選項CD錯誤。

2.（2021高考新課程H卷海南卷）如圖，一定質量的理想氣體從狀態。出發，經過等容過程到達狀態"

再經過等溫過程到達狀態c,直線碇過原點.則氣體（）

V

0*-----------------7

A.在狀態c的壓強等于在狀態。的壓強B.在狀態b的壓強小于在狀態c的壓強

C.在〃一＞c的過程中內能保持不變D.在人的過程對外做功

【參考答案】AC【名師解析】根據理想氣體的V——T圖像中等壓線為過原點的傾斜直線，可知，氣體在

狀態c的壓強等于在狀態a的壓強，選項A正確；由玻意耳定律可知，氣體在狀態b的壓強大于在狀態c

的壓強，選項B錯誤；在〃的過程中氣體溫度不變，根據理想氣體的內能只與溫度有關，可知氣體內

能保持不變，選項C正確；在a-＞力的過程，氣體氣體不變，不對外做功，選項D錯誤。

3.（2021新高考北京卷）比較45（的熱水和10（TC的水蒸汽，下列說法正確的是

A.熱水分子的平均動能比水蒸汽的大

B.熱水的內能比相同質量的水蒸汽的小

C.熱水分子的速率都比水蒸汽的小

D.熱水分子的熱運動比水蒸汽的劇烈

【參考答案】B

【解題思路】根據溫度是分子平均動能的標志，可知45OC的熱水的平均動能比100℃的水蒸汽平均動能

小，選項A錯誤；根據內能的定義，可知熱水的內能比相同質量的水蒸汽的小，選項B正確；熱水分

子的平均動能比水蒸汽的平均動能小，但是熱水分子的速率不一定都比水蒸汽的小，選項C錯誤；熱

水蒸汽分子的熱運動比水分子的劇烈，選項D錯誤，

4.（2021新高考天津卷）列車運行的平穩性與車廂的振動密切相關，車廂底部安裝的空氣彈簧可以有效減

振，空氣彈簧主要由活塞、氣缸及內封的一定質量的氣體構成.上下乘客及劇烈顛簸均能引起車廂振動，

上下乘客時氣缸內氣體的體積變化緩慢，氣體與外界有充分的熱交換；劇烈顛簸時氣缸內氣體的體積變化

較快，氣體與外界來不及熱交換.若氣缸內氣體視為理想氣體，在氣體壓縮的過程中（）

A.上下乘客時，氣體的內能不變B.上下乘客時，氣體從外界吸熱

C.劇烈顛簸時，外界對氣體做功D.劇烈顛簸時，氣體的溫度不變

【參考答案】AC

【解題思路】匕下乘客時，氣缸內氣體的體積變化緩慢，氣體與外界有充分的熱交換，在氣體壓縮的過程

中，外界對氣體做功，氣體的內能不變，向外界散熱，選項A正確B錯誤；劇烈顛簸時，在氣體壓縮的過

程中，外界對氣體做功，氣體的溫度升高，選項C正確D錯誤。

5.（4分）（2021新高考福建）如圖，一定質量的理想氣體由狀態A變化到狀態B,該過程氣體對外

“做正功”或“做負功”或“不做功”），氣體的溫度（填“升高”“降低”“先升高后降低”或“始

終不變”）.

【參考答案】做正功先升高后降低

【解題思路I一定質量的理想氣體由狀態A變化到狀態B,該過程氣體體積增大，對外做正功。由于

p—V圖像中等溫線是一雙曲線，對A、B兩個狀態，由理想氣體狀態方程可得，A、B兩個狀態的溫度

相同，內能相同，所以氣體的溫度先升高后降低。

6.（2021高考新課程I卷山東卷）血壓儀由加壓氣囊、臂帶、壓強計等構成，如圖所示。加壓氣囊可將外

界空氣充入臂帶，壓強計示數為臂帶內氣體的壓強高于大氣壓強的數值，充氣前臂帶內氣體壓強為大氣壓

強，體積為V；每次擠壓氣囊都能將60cm3的外界空氣充入臂帶中，經5次充氣后，臂帶內氣體體積變為

5V,壓強計示數為150mmHg。已知大氣壓強等于750mmHg,氣體溫度不變。忽略細管和壓強計內的氣

體體積。則V等于（）

加壓氣囊

D.60cm'

【參考答案】D

【名師解析】充氣前臂帶內氣體壓強為pi=750mmHg,每次擠壓氣囊都能將vo=6001?的外界空氣充入

臂帶中，經5次充氣后，臂帶內氣體體積為5V,壓強為p2=750mmHg+l50mmHg=9（）0mmHg,由玻意

耳定律，piV+5PlV0=5p2V,解得V=60cm,選項D正確。

7.（9分）（2021高考新課程湖北卷）質量為m的薄壁導熱柱形氣缸，內壁光滑，用橫截面積為s的活塞封

閉一定量的理想氣體。在下述所有過程中，氣缸不漏氣且與活塞不脫離。當氣缸如圖（a）豎直倒立靜置時.

缸內氣體體積為Vi,.溫度為T”已知重力加速度大小為g,大氣壓強為po。

（1）將氣缸如圖（b）豎直懸掛，缸內氣體溫度仍為Ti,求此時缸內氣體體積V2；

（2）如圖（c）所示，將氣缸水平放置，穩定后對氣缸緩慢加熱，當缸內氣體體積為V3時，求此時缸內氣

體的溫度。

圖（a）圖（b）圖（c）

14【參考答案】（I）PoS+mg,h（2）匕1

P0S-mg（PoS+mg）K

【解題思路】⑴對圖（a）,由平衡條件，p/S=p0S+mg,

將氣缸如圖（b）豎直懸掛，山平衡條件，p2S+mg=pOS,

由玻意耳定律，P1V1=P2V2，

聯立解得：V2=RS+/”，匕

P0S-mg

（2）如圖（c）所示，將氣缸水平放置，其壓強等于大氣壓pO,設體積為V,

由玻意耳定律，piVl=p（）V,解得：V=（1+二暨）VL

PoS

穩定后對氣缸緩慢加熱，當缸內氣體體積為V,時，設此時缸內氣體的溫度為T3。由蓋呂薩克定律,

上_匕

I4

解得：T3=PoSV工

（pQS+mg）V1

8.（1）（5分）（2021新高考湖南卷）如圖，兩端開口、下端連通的導熱汽缸，用兩個輕質絕熱活塞（截面

積分別為耳和S?）封閉一定質量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦。在左端活塞上緩慢加細沙，活塞從

A下降。高度到8位置時，活塞上細沙的總質量為例。在此過程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞

位置始終不變。整個過程環境溫度和大氣壓強P。保持不變，系統始終處于平衡狀態，重力加速度為g。下

列說法正確的是。（填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每

選錯1個扣3分，最低得分為。分）

T

h

舊工而推渝疝mJL

A.整個過程，外力F做功大于0,小于mg/z

B.整個過程，理想氣體的分子平均動能保持不變

C.整個過程，理想氣體的內能增大

D.整個過程，理想氣體向外界釋放的熱量小于（〃0號〃+，咫〃）

E.左端活塞到達B位置時，外力尸等于‘線

5

【參考答案】BCE

【解題思路】本題考查理想氣體、熱力學第一定律及其相關知識點，主要考查綜合分析能力.

由于是在左側活塞上緩慢加細沙，右側活塞位置不變，所以整個過程中，外力對氣體做功等于0,選項A

錯誤；由于氣缸導熱，氣體溫度不變，所以整個過程中理想氣體的分子平均動能保持不變，選項B正確；

由于理想氣體的內能只與溫度有關，所以理想氣體內能增大，選項C正確；根據熱力學第一定律，整個過

程中。理想氣體向外界釋放的熱量等于外力做功，選項D錯誤；對左側活塞，由平衡條件，pS尸mg,對右

側活塞，由平衡條件，pS2=F,聯立解得：F=mgS2/Sl,選項E正確。

9.（1）（5分）（2021高考全國乙卷）如圖，一定質量的理想氣體從狀態a（p。、％、To）經熱力學過程

ab、be、ca后又回到狀態a。對于ab、be、ca三個過程，下列說法正確的是（填正確答案標號。

選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每錯選1個扣3分，最低得分為0分）

\P/Po

2V^/o

A.ab過程中，氣體始終吸熱

B.ca過程中，氣體始終放熱

C.ca過程中，氣體對外界做功

D.be過程中，氣體的溫度先降低后升高

E.be過程中，氣體的溫度先升高后降低

【參考答案】ABE

【名師解析】ab過程中，氣體做等容變化，壓強增大，溫度升高，內能增大，氣體始終吸熱，選項A正確;

ca過程中，壓強不變，體積減小，外界對氣體做功，溫度降低，內能減小，根據熱力學第一定律，氣體始

終放熱，選項B正確C錯誤；由于等溫線是雙曲線，所以be過程中，氣體的溫度先升高后降低，選項E

正確D錯誤。

10.(8分)(2021高考江蘇物理卷)如圖所示，一定質量理想氣體被活塞封閉在氣缸中，活塞的面積為S,

與氣缸底部相距L,氣缸和活塞絕熱性能良好，氣體的壓強、溫度與外界大氣相同，分別為“0和現接

通電熱絲加熱氣體，一段時間后斷開，活塞緩慢向右移動距離心后停止，活塞與氣缸間的滑動摩擦為力最

大靜摩擦力等于滑動摩擦力，整個過程中氣體吸收的熱量為。，求該過程中

(1)內能的增加量△〃；

(2)最終溫度T.

【命題意圖】本題考查熱力學第一定律、理想氣體狀態方程及其相關知識點。

【解析】(1)對活塞，由平衡條件，ps=poS+y,解得p=p°+/s,

氣體對外做功W=pSL,

由熱力學第一定律，△U=Q-W=Q-pSL。

(2)7b=273+tO,由理想氣體狀態方程，義這="1交￡,

ToT

f

解得T=2(1+-^—)T0o

PoS

【解法二】.(1)活塞移動時受力平衡p@=PoS+/

氣體對外界做功W=

根據熱力學第一定律4。=。—W

解得AU=Q_（〃0S+/）L

（2）活塞發生移動前，等容過程包=包

活塞向右移動了乙等壓過程匕=工

T}T

且匕=2匕

解得T=2（P（＞S+/）”

P°s

評分建議：本題共8分，每問4分

11.（1）（5分）（2021高考全國甲卷）

如圖，一定量的理想氣體經歷的兩個不同過程，分別由體積-溫度（V-f）圖上的兩條直線1和II表示，W和V2

分別為兩直線與縱軸交點的縱坐標：加為它們的延長線與橫軸交點的橫坐標，為是它們的延長線與

橫軸交點的橫坐標，加=-273.15℃；a為直線I上的一點。由圖可知,氣體在狀態a和b的壓強之比烏=_____；

Ph

氣體在狀態b和c的壓強之比中=________。

Pc

【參考答案】1—

乂

【名師解析】直線I為等壓線，所以氣體在狀態a和b的壓強之比包=1；由于直線I和直線n都是等壓線,

Pb

由外％=R必，可得氣體在狀態b和C的壓強之比號=5.

PcX

12.（2）（10分）（2021高考全國甲卷）如圖，一汽缸中由活塞封閉有一定量的理想氣體，中間的隔板將氣體

分為A、B兩部分；初始時，A、B的體積均為V,壓強均等于大氣壓外。隔板上裝有壓力傳感器和控制

裝置，當隔板兩邊壓強差超過0.5。時隔板就會滑動，否則隔板停止運動。氣

V活塞隔板

體溫度始終保持不變。向右緩慢推動活塞，使B的體積減小為。—N------------------------

（i）求A的體積和B的壓強；?AB

（ii）再使活塞向左緩慢回到初始位置，求此時A的體積和B的壓強。|.

【名師解析】⑴對氣體8,由玻意耳定律，p0V=pBV/2,

解得：p?=2po。

對氣體A,末狀態壓強為外=1.5p（）,/?（）V=PAVA>

解得：VA=2V/3O

（ii）再使活塞向左緩慢回到初始位置，隔板將向左移動，最后PB'-PA'=0.58

對氣體A,由玻意耳定律，網N=pJ弘'，

對氣體8,由玻意耳定律，pW=/加'

VA'+VB=2V

聯立解得：VSIN，pj=

3-V5

13（10分）（2021高考全國乙卷）如圖，一玻璃裝置放在水平桌面上，豎直玻璃管A、B、C粗細均勻，A、

B兩管的上端封閉，C管上端開口，三管的下端在同一水平面內且相互連通。A、B兩管的長度分別為

Zx=13.5cm,%=32cm。將水銀從C管緩慢注入，直至B、C兩管內水銀柱的高度差匚=5cm。已知外界大氣壓

為p0=75cmHg。求A、B兩管內水銀柱的高度差。

【名師解析】設AB兩管內截面積分別為S1和S2,注入水銀后AB空氣柱分別減小J'hl和h2,壓強分別

為pl和p2,由玻意耳定律

pohS產pi(/rhi)Si

pol2s2=P2-2■的)S?

P2=〃o+pgh

pi=Po+pg(h+hi-h\)

A、B兩管內水銀柱的高度差△力=//2?小

聯立解得4h=lcm

14.(8分)(2021新高考湖南卷)小贊同學設計了一個用電子天平測量環境溫度的實驗裝置，如圖所示。

導熱汽缸開口向上并固定在桌面上，用質量叫=600g、截面積S=20cm?的活塞封閉一定質量的理想氣

體，活塞與汽缸壁間無摩擦。一輕質直桿中心置于固定支點A上，左端用不可伸長的細繩豎直懸掛活塞，

右端用相同細繩豎直懸掛一個質量陽2=1200g的鐵塊，并將鐵塊放置到電子天平上。當電子天平示數為

600.0g時，測得環境溫度工=300K。設外界大氣壓強Po=lOxIO,Pa,重力加速度g=10m/s?。

(i)當電子天平示數為400.0g時，環境溫度7；為多少？

(ii)該裝置可測量的最高環境溫度(儂為多少？

【解題思路】本題考查理想氣體實驗定律及其相關知識點，主要考查綜合分析能力。

(i)當電子天平示數為600.0g時，分析鐵塊受力可知輕繩拉力為

尸產如g-FN=1.2X10N-0.6X10N=6N

根據杠桿原理，可知兩側輕繩拉力一樣大，對活塞，

F\+p\S=mig+poS

解得：pi=po

當電子天平示數為400.0g時'分析鐵塊受力可知輕繩拉力為

「2二m2g孤

對活塞，F14-/725=m\g+p()5

解得：p2=0.99Xl（）5pa

根據查理定律，有p\/T尸p/2

解得：-=297K

（ii）當溫度升高時，氣體壓強增大，輕繩拉力減小，天平示數增大，直到輕繩拉力為零時。天平示數不再繼

續增大，此時對應測量的最大溫度。

對活塞，P3$=m\g+p0S

解得:p3=1.0