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三年（2022-2024）高考物理真题分类汇编（全国通用）专题37气体（解析版）
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这是一份三年（2022-2024）高考物理真题分类汇编（全国通用）专题37气体（解析版），共21页。试卷主要包含了5℃，8 × 103N，0×104Pa ，11p0，66 × 10−3kg等内容，欢迎下载使用。
考点01 气体实验定律
1. （2024年高考海南卷） 用铝制易拉罐制作温度计，一透明薄吸管里有一段油柱（长度不计）粗细均匀，吸管与罐密封性良好，罐内气体可视为理想气体，已知罐体积为，薄吸管底面积，罐外吸管总长度为20cm，当温度为27℃时，油柱离罐口10cm，不考虑大气压强变化，下列说法正确的是（ ）
A. 若在吸管上标注等差温度值，则刻度左密右疏
B. 该装置所测温度不高于31.5℃
C. 该装置所测温度不低于23.5℃
D. 其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，则油柱离罐口距离增大
【答案】B
【解析】
由盖—吕萨克定律得
其中
，，
代入解得
根据可知
故若在吸管上标注等差温度值，则刻度均匀，故A错误；
BC．当时，该装置所测的温度最高，代入解得
故该装置所测温度不高于，当时，该装置所测的温度最低，代入解得
故该装置所测温度不低于，故B正确，C错误；
D．其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，由盖—吕萨克定律可知，油柱离罐口距离不变，故D错误。
2. （2024年高考江苏卷）某科研实验站有一个密闭容器，容器内有温度为300K，压强为105Pa的气体，容器内有一个面积0.06平方米的观测台，现将这个容器移动到月球，容器内的温度变成240K，整个过程可认为气体的体积不变，月球表面为真空状态。求：
（1）气体现在的压强；
（2）观测台对气体的压力。
【答案】（1）8 × 104Pa；（2）4.8 × 103N
【解析】
（1）由题知，整个过程可认为气体的体积不变，则有
解得
p2 = 8 × 104Pa
（2）根据压强的定义，观测台对气体的压力
F = p2S = 4.8 × 103N
3. （2024年高考广东卷） 差压阀可控制气体进行单向流动，广泛应用于减震系统。如图所示，A、B两个导热良好的气缸通过差压阀连接，A内轻质活塞的上方与大气连通，B内气体体积不变。当A内气体压强减去B内气体压强大于时差压阀打开，A内气体缓慢进入B中；当该差值小于或等于时差压阀关闭。当环境温度时，A内气体体积，B内气体压强等于大气压强，已知活塞的横截面积，，，重力加速度大小取，A、B内的气体可视为理想气体，忽略活塞与气缸间的摩擦、差压阀与连接管内的气体体积不计。当环境温度降到时：
（1）求B内气体压强；
（2）求A内气体体积；
（3）在活塞上缓慢倒入铁砂，若B内气体压强回到并保持不变，求已倒入铁砂的质量。
【解析】
（1）对B气缸中气体，由查理定律
=，
解得pB2=9.0×104Pa 。，
（2）由盖吕萨克定律可得
=，
解得VA2=3.6×102m3，：
（3）根据题述，当A内气体压强减去B内气体压强大于△p时差压阀打开，A内气体缓慢进入B中；当该差值小于或等于△p时差压阀关闭。可得
pA-pB=△p=0.11p0
设加入铁砂的质量为m，所以pAS=p0S+mg
且pB=p0
解得m=110kg！
4. （2024高考甘肃卷）如图，刚性容器内壁光滑、盛有一定量的气体，被隔板分成A、B两部分，隔板与容器右侧用一根轻质弹簧相连（忽略隔板厚度和弹簧体积）。容器横截面积为S、长为2l。开始时系统处于平衡态，A、B体积均为Sl，压强均为，弹簧为原长。现将B中气体抽出一半，B的体积变为原来的。整个过程系统温度保持不变，气体视为理想气体。求：
（1）抽气之后A、B的压强。
（2）弹簧劲度系数k。
【答案】（1），；（2）
【解析】
（1）设抽气前两体积为，对气体A分析：抽气后
根据玻意耳定律得
解得
对气体B分析，若体积不变的情况下抽去一半的气体，则压强变为原来的一半即，则根据玻意耳定律得
解得
（2）由题意可知，弹簧的压缩量为，对活塞受力分析有
根据胡克定律得
联立得
5. （2024高考江西卷）可逆斯特林热机的工作循环如图所示。一定质量的理想气体经完成循环过程，和均为等温过程，和均为等容过程。已知，气体在状态A的压强，体积，气体在状态C的压强。求：
（1）气体在状态D的压强；
（2）气体在状态B的体积。
【答案】（1）；（2）
【解析】
（1）从D到A状态，根据查理定律
解得
（2）从C到D状态，根据玻意耳定律
解得
6. （2024高考广西卷） 如图甲，圆柱形管内封装一定质量的理想气体，水平固定放置，横截面积的活塞与一光滑轻杆相连，活塞与管壁之间无摩擦。静止时活塞位于圆管的b处，此时封闭气体的长度。推动轻杆先使活塞从b处缓慢移动到离圆柱形管最右侧距离为的a处，再使封闭气体缓慢膨胀，直至活塞回到b处。设活塞从a处向左移动的距离为x，封闭气体对活塞的压力大小为F，膨胀过程曲线如图乙。大气压强。
（1）求活塞位于b处时，封闭气体对活塞的压力大小；
（2）推导活塞从a处到b处封闭气体经历了等温变化；
（3）画出封闭气体等温变化的图像，并通过计算标出a、b处坐标值。
【答案】（1）；（2）见解析；（3）
【解析】
（1）活塞位于b处时，根据平衡条件可知此时气体压强等于大气压强，故此时封闭气体对活塞的压力大小为
（2）根据题意可知图线为一条过原点的直线，设斜率为k，可得
根据可得气体压强为
故可知活塞从a处到b处对封闭气体得
故可知该过程中对封闭气体的值恒定不变，故可知做等温变化。
（3）分析可知全过程中气体做等温变化，开始在b处时
在b处时气体体积为
在a处时气体体积为
根据玻意耳定律
解得
故封闭气体等温变化的图像如下
7. （2024高考湖南卷）一个充有空气的薄壁气球，气球内气体压强为p、体积为V。气球内空气可视为理想气体。
（1）若将气球内气体等温膨胀至大气压强p0，求此时气体的体积V0（用p0、p和V表示）；
（2）小赞同学想测量该气球内气体体积V的大小，但身边仅有一个电子天平。将气球置于电子天平上，示数为m = 8.66 × 10−3kg（此时须考虑空气浮力对该示数的影响）。小赞同学查阅资料发现，此时气球内气体压强p和体积V还满足：(p−p0)(V−VB0) = C，其中p0 = 1.0 × 105Pa为大气压强，VB0 = 0.5 × 10−3m3为气球无张力时的最大容积，C = 18J为常数。已知该气球自身质量为m0 = 8.40 × 10−3kg，外界空气密度为ρ0 = 1.3kg/m3，求气球内气体体积V的大小。
【答案】（1）；（2）
【解析】
（1）理想气体做等温变化，根据玻意耳定律有
解得
（2）设气球内气体质量为，则
对气球进行受力分析如图所示
根据气球的受力分析有
结合题中p和V满足的关系为
解得
8. （2024年高考安徽卷） 某人驾驶汽车，从北京到哈尔滨，在哈尔滨发现汽车的某个轮胎内气体的压强有所下降（假设轮胎内气体的体积不变，且没有漏气，可视为理想气体）。于是在哈尔滨给该轮胎充入压强与大气压相同的空气，使其内部气体的压强恢复到出发时的压强（假设充气过程中，轮胎内气体的温度与环境相同，且保持不变）。已知该轮胎内气体的体积，从北京出发时，该轮胎气体的温度，压强。哈尔滨的环境温度，大气压强取。求：
（1）在哈尔滨时，充气前该轮胎气体压强的大小。
（2）充进该轮胎的空气体积。
【名师解析】（1）初状态，T1=273K-3K=270K，T2=273K-23K=250K，
由查理定律，=
解得
（2）设充进该轮胎的空气体积为V，由玻意耳定律，p2V0+ p0V= p1V0，
解得 V=6L
9 （2024高考全国理综甲卷）11. 如图，一竖直放置的汽缸内密封有一定量的气体，一不计厚度的轻质活塞可在汽缸内无摩擦滑动，移动范围被限制在卡销a、b之间，b与汽缸底部的距离，活塞的面积为。初始时，活塞在卡销a处，汽缸内气体的压强、温度与活塞外大气的压强、温度相同，分别为和。在活塞上施加竖直向下的外力，逐渐增大外力使活塞缓慢到达卡销b处（过程中气体温度视为不变），外力增加到并保持不变。
（1）求外力增加到时，卡销b对活塞支持力大小；
（2）再将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，求当活塞刚好能离开卡销b时气体的温度。
【答案】（1）100N；（2）327K
【解析】
（1）活塞从位置到过程中，气体做等温变化，初态
、
末态
、
根据
解得
此时对活塞根据平衡条件
解得卡销b对活塞支持力的大小
（2）将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，求当活塞刚好能离开卡销b时，气体做等容变化，初态
，
末态，对活塞根据平衡条件
解得
设此时温度为，根据
解得
10. （2024高考甘肃卷）如图，刚性容器内壁光滑、盛有一定量的气体，被隔板分成A、B两部分，隔板与容器右侧用一根轻质弹簧相连（忽略隔板厚度和弹簧体积）。容器横截面积为S、长为2l。开始时系统处于平衡态，A、B体积均为Sl，压强均为，弹簧为原长。现将B中气体抽出一半，B的体积变为原来的。整个过程系统温度保持不变，气体视为理想气体。求：
（1）抽气之后A、B的压强。
（2）弹簧劲度系数k。
【答案】（1），；（2）
【解析】
（1）设抽气前两体积为，对气体A分析：抽气后
根据玻意耳定律得
解得
对气体B分析，若体积不变的情况下抽去一半的气体，则压强变为原来的一半即，则根据玻意耳定律得
解得
（2）由题意可知，弹簧的压缩量为，对活塞受力分析有
根据胡克定律得
联立得
11. （2024高考江苏卷）某科研实验站有一个密闭容器，容器内有温度为300K，压强为105pa的气体，容器内有一个面积0.06平方米的观测台，现将这个容器移动到月球，容器内的温度变成240K，整个过程可认为气体的体积不变，月球表面为真空状态。求：
（1）气体现在的压强；
（2）观测台对气体的压力。
【答案】（1）8 × 104Pa；（2）4.8 × 103N
【解析】
（1）由题知，整个过程可认为气体的体积不变，则有
解得
p2 = 8 × 104Pa
（2）根据压强的定义，观测台对气体的压力
F = p2S = 4.8 × 103N
12 .（2）（2023高考全国甲卷）（10分）一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17℃，密度为1.46kg/m3。
（i）升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27℃时舱内气体的密度；
（ii）保持温度27℃不变，再释放舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求舱内气体的密度。
【参考答案】（i）1.41kg/m3。（ii）1.175kg/m3
【命题意图】本题考查气体实验定律、密度及其相关知识点。
【解题思路】（i）将整个气体作为研究对象，设高压舱的容积为V，温度升高到27℃时同压强气体的体积为V2，T1=（273+17）K=290K，T2=（273+27）K=300K，
由盖吕萨克定律，=，
温度为17℃时气体密度ρ1=m/V，
温度为27℃时气体密度ρ2=m/V2，
联立解得：ρ2==1.41kg/m3。
（ii）保持温度27℃不变，由玻意耳定律，p1V2= p2V3，
压强为p1=1.2atm时气体密度ρ2=m/V2，
压强为p2=1.0atm时气体密度ρ3=m/V3，
联立解得ρ3==1.175kg/m3。
13.（2）（2023高考全国乙卷）如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变。求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强。（气体温度保持不变，以为压强单位）
【命题意图】本题考查气体实验定律及其相关知识点。
【解题思路】B管在上方时，设B管中气体压强为pB，lB=10cm，则A管中气体压强为pA=pB+20cmHg，长度lA=10cm，
倒置后，A管在上方，A管中气体压强为pA’，A管内空气柱长度lA'=11cm，
水银柱长度为h=9cm+14cm=23cm，
则B管中气体压强为pB’=pA'+23cm.，
B管内空气柱长度lB'=40cm-11cm-23cm=6cm，
对A管中气体，由玻意耳定律，=
对B管中气体，由玻意耳定律，=
联立解得：pB=54.36cmHg，pA=pB+20cmHg=74.36cmHg.
考点02 理想气体状态方程
1. （2023高考选择性考试辽宁卷）“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p-T图像如图所示。该过程对应的p-V图像可能是（ ）
A. B.
C. D.
【参考答案】B
【名师解析】
根据理想气体状态方程，
可得
从a到b，气体压强不变，温度升高，则体积变大；从b到c，气体压强减小，温度降低，而a、c处于同一等温线上，p——T图线c点与原点连线的斜率小于b点与原点连线的斜率，c态的体积大于b态体积。所以图像B正确。
2. （2023高考江苏学业水平选择性考试）如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中（ ）
A. 气体分子的数密度增大
B. 气体分子的平均动能增大
C. 单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D. 单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
【参考答案】B
【名师解析】
．根据 ，可得
则从A到B为等容线，即从A到B气体体积不变，则气体分子的数密度不变，选项A错误；
从A到B气体的温度升高，则气体分子的平均动能变大，则选项B正确；
从A到B气体的压强变大，气体分子的平均速率变大，则单位时间内气体分子对单位面积的器壁的碰撞力变大，选项C错误；
气体的分子密度不变，从A到B气体分子的平均速率变大，则单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数变大，选项D错误。
3．（2022·全国理综甲卷·33（2））（10分）如图，容积均为、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为、温度为的环境中：两汽缸的底部通过细管连通，A汽缸的顶部通过开口C与外界相通；汽缸内的两活塞将缸内气体分成I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第II、Ⅲ部分的体积分别为和。环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦。
（i）将环境温度缓慢升高，求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度；
（ⅱ）将环境温度缓慢改变至，然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体，求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后，B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。
【参考答案】（i） （ii）6p0。
【命题意图】本题考查气体实验定律、理想气体状态方程。
【解题思路】
（i）封闭气体做等圧変化，对IV部分气体，由盖·吕萨克定律，=
解得：T1=。
（ii）从开口C向气缸中注入气体，II和III部分封闭气体做等圧変化，初状态体积V1=+=，由盖·吕萨克定律，=，解得V2=2 V1=
对IV部分气体，末状态体积为，由理想气体状态方程，=
解得：p=6p0。
【思路点拨】正确选择研究对象是解题的关键。
4. （2023高考山东高中学业水平等级考试）一定质量的理想气体，初始温度为，压强为。经等容过程，该气体吸收的热量后温度上升；若经等压过程，需要吸收的热量才能使气体温度上升。下列说法正确的是（ ）
A. 初始状态下，气体的体积为
B. 等压过程中，气体对外做功
C. 等压过程中，气体体积增加了原体积的
D. 两个过程中，气体的内能增加量都为
【参考答案】AD
【名师解析】
令理想气体的初始状态的压强，体积和温度分别为，
等容过程后为状态二，
等压过程后为状态三，
由理想气体状态方程可得
解得
体积增加了原来的，C错误；
等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律
两个过程的初末温度相同即内能变化相同，因此内能增加都为，D正确；
等压过程内能增加了，吸收热量为，由热力学第一定律可知气体对外做功为，即做功的大小为
解得 ，A正确B错误。
5. （2023高考河北卷）如图，某实验小组为测量一个葫芦的容积，在葫芦开口处竖直插入一根两端开口、内部横截面积为的均匀透明长塑料管，密封好接口，用氮气排空内部气体，并用一小段水柱封闭氮气。外界温度为时，气柱长度为；当外界温度缓慢升高到时，气柱长度变为。已知外界大气压恒为，水柱长度不计。
（1）求温度变化过程中氮气对外界做的功；
（2）求葫芦的容积；
（3）试估算被封闭氮气分子的个数（保留2位有效数字）。已知氮气在状态下的体积约为，阿伏伽德罗常数取。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）由于水柱的长度不计，故封闭气体的压强始终等于大气压强。设大气压强为，塑料管的横截面积为，初、末态气柱的长度分别为，气体对外做的功为。根据功的定义有
解得
（2）设葫芦的容积为，封闭气体的初、末态温度分别为，体积分别为，根据盖—吕萨克定律有
联立以上各式并代入题给数据得
（3）设在状态下，氮气的体积为、温度为，封闭气体的体积为，被封闭氮气的分子个数为。根据盖一吕萨克定律有
其中
联立以上各式并代入题给数据得
个
6. （2023高考海南卷）某饮料瓶内密封一定质量理想气体，时，压强
（1）时，气压是多大？
（2）保持温度不变，挤压气体，使之压强与（1）时相同时，气体体积为原来的多少倍？
【参考答案】（1）；（2）0.97
【名师解析】
（1）瓶内气体的始末状态的热力学温度分别为
，
温度变化过程中体积不变，故由查理定律有
解得
（2）保持温度不变，挤压气体，等温变化过程，由玻意耳定律有
解得
7. （2022福建高考） 带有活塞的汽缸内封闭一定质量的理想气体，气体开始处于a状态，然后经过状态变化过程到达c状态。在V——T图中变化过程如图所示。
（1）气体从a状态经过到达b状态的过程中压强____________。（填“增大”、“减小”或“不变”）
（2）气体从b状态经过到达c状态的过程要____________。（填“吸收”或“放出”）热量。
【参考答案】 ①. 增大 ②. 放出
【命题意图】此题考查对V——T图像的理解，气体实验定律，热力学第一定律及其相关知识点。
【名师解析】
（1）[1]由V——T图像可知，气体从a状态经过到达b状态的过程中，气体的体积保持不变，温度升高，根据，可知气体的压强增大。
（2）[2]由V——T图像可知，气体从b状态经过到达c状态的过程，气体的温度保持不变，则气体的内能保持不变；气体的体积减小，则外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体对外放出热量。
8．（9分）（2023年高考广东卷）在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的图像，气泡内气体先从压强为、体积为、温度为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，然后从状态绝热收缩到体积为、压强为、温度为的状态到过程中外界对气体做功为．已知和．求：
（1）的表达式；
（2）的表达式；
（3）到过程，气泡内气体的内能变化了多少？
【名师解析】（1）气体从压强为、体积为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，由玻意耳定律，p0V0= pB·5V0，解得：pB= 0.2p0。
（2）从状态B到状态C，由理想气体状态方程，=
解得：TC=1.9T0。
（3）由热力学第一定律，△U=W。
9. （2022高考辽宁物理）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统（ ）
A. 对外界做正功B. 压强保持不变
C. 向外界放热D. 内能减少
【参考答案】A
【命题意图】本题考查对V——T图像的理解、理想气体的状态方程、热力学第一定律及其相关知识点.
【名师解析】
理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，理想气体对外界做正功，选项A正确；由题图V——T图像可知V = V0 + kT，根据理想气体的状态方程有，联立有，可看出T增大，p增大，选项B错误；理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，选项D错误；理想气体从状态a变化到状态b，由选项AD可知，理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知气体向外界吸收热量，选项C错误。
10（8分）（2022年重庆高考）某同学探究一封闭气缸内理想气体的状态变化特性，得到压强p随温度t的变化如图所示。已知图线Ⅰ描述的是体积为的等容过程，当温度为时气体的压强为；图线Ⅱ描述的是压强为的等压过程。取为，求
①等容过程中，温度为时气体的压强；
②等压过程中，温度为时气体的体积。
【参考答案】.①；②
【名师解析】①在等容过程中，设0℃时气体压强为p0，根据查理定律，=
解得 p0=
②当压强为p2，温度为0℃时，设此时体积为V2，根据理想气体状态方程
=
解得：V2=
考点
三年考情（2022-2024）
命题趋势
考点1 气体实验定律
（5年5考）
2024年高考海南卷： 用铝制易拉罐制作温度计。
2024年高考江苏卷：科研实验站的密闭容器内有温度为300K，压强为105Pa的气体，容器内有一个面积0.06平方米的观测台，现将这个容器移动到月球。
2024年高考广东卷：差压阀可控制气体进行单向流动，广泛应用于减震系统。
2024高考甘肃卷：刚性容器内壁光滑、盛有一定量的气体，被隔板分成A、B两部分。
1. 气体实验定律是高考考查频率较高的知识点，命题一般设置情景。气体实验定律中玻意耳定律考查频率高于查理定律和盖吕萨克定律。
2. 理想气体状态方程考查一般与气体图像结合，与热力学第一定律结合考查有增加的趋势。
考点2 理想气体状态方程
（5年几考）
2023高考河北卷：实验小组测量一个葫芦的容积；2023年高考广东卷：在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化；2022年重庆高考：某同学探究一封闭气缸内理想气体的状态变化特性，得到压强p随温度t的变化图像。
考点01 气体实验定律
1. （2024年高考海南卷） 用铝制易拉罐制作温度计，一透明薄吸管里有一段油柱（长度不计）粗细均匀，吸管与罐密封性良好，罐内气体可视为理想气体，已知罐体积为，薄吸管底面积，罐外吸管总长度为20cm，当温度为27℃时，油柱离罐口10cm，不考虑大气压强变化，下列说法正确的是（ ）
A. 若在吸管上标注等差温度值，则刻度左密右疏
B. 该装置所测温度不高于31.5℃
C. 该装置所测温度不低于23.5℃
D. 其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，则油柱离罐口距离增大
【答案】B
【解析】
由盖—吕萨克定律得
其中
，，
代入解得
根据可知
故若在吸管上标注等差温度值，则刻度均匀，故A错误；
BC．当时，该装置所测的温度最高，代入解得
故该装置所测温度不高于，当时，该装置所测的温度最低，代入解得
故该装置所测温度不低于，故B正确，C错误；
D．其他条件不变，缓慢把吸管拉出来一点，由盖—吕萨克定律可知，油柱离罐口距离不变，故D错误。
2. （2024年高考江苏卷）某科研实验站有一个密闭容器，容器内有温度为300K，压强为105Pa的气体，容器内有一个面积0.06平方米的观测台，现将这个容器移动到月球，容器内的温度变成240K，整个过程可认为气体的体积不变，月球表面为真空状态。求：
（1）气体现在的压强；
（2）观测台对气体的压力。
【答案】（1）8 × 104Pa；（2）4.8 × 103N
【解析】
（1）由题知，整个过程可认为气体的体积不变，则有
解得
p2 = 8 × 104Pa
（2）根据压强的定义，观测台对气体的压力
F = p2S = 4.8 × 103N
3. （2024年高考广东卷） 差压阀可控制气体进行单向流动，广泛应用于减震系统。如图所示，A、B两个导热良好的气缸通过差压阀连接，A内轻质活塞的上方与大气连通，B内气体体积不变。当A内气体压强减去B内气体压强大于时差压阀打开，A内气体缓慢进入B中；当该差值小于或等于时差压阀关闭。当环境温度时，A内气体体积，B内气体压强等于大气压强，已知活塞的横截面积，，，重力加速度大小取，A、B内的气体可视为理想气体，忽略活塞与气缸间的摩擦、差压阀与连接管内的气体体积不计。当环境温度降到时：
（1）求B内气体压强；
（2）求A内气体体积；
（3）在活塞上缓慢倒入铁砂，若B内气体压强回到并保持不变，求已倒入铁砂的质量。
【解析】
（1）对B气缸中气体，由查理定律
=，
解得pB2=9.0×104Pa 。，
（2）由盖吕萨克定律可得
=，
解得VA2=3.6×102m3，：
（3）根据题述，当A内气体压强减去B内气体压强大于△p时差压阀打开，A内气体缓慢进入B中；当该差值小于或等于△p时差压阀关闭。可得
pA-pB=△p=0.11p0
设加入铁砂的质量为m，所以pAS=p0S+mg
且pB=p0
解得m=110kg！
4. （2024高考甘肃卷）如图，刚性容器内壁光滑、盛有一定量的气体，被隔板分成A、B两部分，隔板与容器右侧用一根轻质弹簧相连（忽略隔板厚度和弹簧体积）。容器横截面积为S、长为2l。开始时系统处于平衡态，A、B体积均为Sl，压强均为，弹簧为原长。现将B中气体抽出一半，B的体积变为原来的。整个过程系统温度保持不变，气体视为理想气体。求：
（1）抽气之后A、B的压强。
（2）弹簧劲度系数k。
【答案】（1），；（2）
【解析】
（1）设抽气前两体积为，对气体A分析：抽气后
根据玻意耳定律得
解得
对气体B分析，若体积不变的情况下抽去一半的气体，则压强变为原来的一半即，则根据玻意耳定律得
解得
（2）由题意可知，弹簧的压缩量为，对活塞受力分析有
根据胡克定律得
联立得
5. （2024高考江西卷）可逆斯特林热机的工作循环如图所示。一定质量的理想气体经完成循环过程，和均为等温过程，和均为等容过程。已知，气体在状态A的压强，体积，气体在状态C的压强。求：
（1）气体在状态D的压强；
（2）气体在状态B的体积。
【答案】（1）；（2）
【解析】
（1）从D到A状态，根据查理定律
解得
（2）从C到D状态，根据玻意耳定律
解得
6. （2024高考广西卷） 如图甲，圆柱形管内封装一定质量的理想气体，水平固定放置，横截面积的活塞与一光滑轻杆相连，活塞与管壁之间无摩擦。静止时活塞位于圆管的b处，此时封闭气体的长度。推动轻杆先使活塞从b处缓慢移动到离圆柱形管最右侧距离为的a处，再使封闭气体缓慢膨胀，直至活塞回到b处。设活塞从a处向左移动的距离为x，封闭气体对活塞的压力大小为F，膨胀过程曲线如图乙。大气压强。
（1）求活塞位于b处时，封闭气体对活塞的压力大小；
（2）推导活塞从a处到b处封闭气体经历了等温变化；
（3）画出封闭气体等温变化的图像，并通过计算标出a、b处坐标值。
【答案】（1）；（2）见解析；（3）
【解析】
（1）活塞位于b处时，根据平衡条件可知此时气体压强等于大气压强，故此时封闭气体对活塞的压力大小为
（2）根据题意可知图线为一条过原点的直线，设斜率为k，可得
根据可得气体压强为
故可知活塞从a处到b处对封闭气体得
故可知该过程中对封闭气体的值恒定不变，故可知做等温变化。
（3）分析可知全过程中气体做等温变化，开始在b处时
在b处时气体体积为
在a处时气体体积为
根据玻意耳定律
解得
故封闭气体等温变化的图像如下
7. （2024高考湖南卷）一个充有空气的薄壁气球，气球内气体压强为p、体积为V。气球内空气可视为理想气体。
（1）若将气球内气体等温膨胀至大气压强p0，求此时气体的体积V0（用p0、p和V表示）；
（2）小赞同学想测量该气球内气体体积V的大小，但身边仅有一个电子天平。将气球置于电子天平上，示数为m = 8.66 × 10−3kg（此时须考虑空气浮力对该示数的影响）。小赞同学查阅资料发现，此时气球内气体压强p和体积V还满足：(p−p0)(V−VB0) = C，其中p0 = 1.0 × 105Pa为大气压强，VB0 = 0.5 × 10−3m3为气球无张力时的最大容积，C = 18J为常数。已知该气球自身质量为m0 = 8.40 × 10−3kg，外界空气密度为ρ0 = 1.3kg/m3，求气球内气体体积V的大小。
【答案】（1）；（2）
【解析】
（1）理想气体做等温变化，根据玻意耳定律有
解得
（2）设气球内气体质量为，则
对气球进行受力分析如图所示
根据气球的受力分析有
结合题中p和V满足的关系为
解得
8. （2024年高考安徽卷） 某人驾驶汽车，从北京到哈尔滨，在哈尔滨发现汽车的某个轮胎内气体的压强有所下降（假设轮胎内气体的体积不变，且没有漏气，可视为理想气体）。于是在哈尔滨给该轮胎充入压强与大气压相同的空气，使其内部气体的压强恢复到出发时的压强（假设充气过程中，轮胎内气体的温度与环境相同，且保持不变）。已知该轮胎内气体的体积，从北京出发时，该轮胎气体的温度，压强。哈尔滨的环境温度，大气压强取。求：
（1）在哈尔滨时，充气前该轮胎气体压强的大小。
（2）充进该轮胎的空气体积。
【名师解析】（1）初状态，T1=273K-3K=270K，T2=273K-23K=250K，
由查理定律，=
解得
（2）设充进该轮胎的空气体积为V，由玻意耳定律，p2V0+ p0V= p1V0，
解得 V=6L
9 （2024高考全国理综甲卷）11. 如图，一竖直放置的汽缸内密封有一定量的气体，一不计厚度的轻质活塞可在汽缸内无摩擦滑动，移动范围被限制在卡销a、b之间，b与汽缸底部的距离，活塞的面积为。初始时，活塞在卡销a处，汽缸内气体的压强、温度与活塞外大气的压强、温度相同，分别为和。在活塞上施加竖直向下的外力，逐渐增大外力使活塞缓慢到达卡销b处（过程中气体温度视为不变），外力增加到并保持不变。
（1）求外力增加到时，卡销b对活塞支持力大小；
（2）再将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，求当活塞刚好能离开卡销b时气体的温度。
【答案】（1）100N；（2）327K
【解析】
（1）活塞从位置到过程中，气体做等温变化，初态
、
末态
、
根据
解得
此时对活塞根据平衡条件
解得卡销b对活塞支持力的大小
（2）将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，求当活塞刚好能离开卡销b时，气体做等容变化，初态
，
末态，对活塞根据平衡条件
解得
设此时温度为，根据
解得
10. （2024高考甘肃卷）如图，刚性容器内壁光滑、盛有一定量的气体，被隔板分成A、B两部分，隔板与容器右侧用一根轻质弹簧相连（忽略隔板厚度和弹簧体积）。容器横截面积为S、长为2l。开始时系统处于平衡态，A、B体积均为Sl，压强均为，弹簧为原长。现将B中气体抽出一半，B的体积变为原来的。整个过程系统温度保持不变，气体视为理想气体。求：
（1）抽气之后A、B的压强。
（2）弹簧劲度系数k。
【答案】（1），；（2）
【解析】
（1）设抽气前两体积为，对气体A分析：抽气后
根据玻意耳定律得
解得
对气体B分析，若体积不变的情况下抽去一半的气体，则压强变为原来的一半即，则根据玻意耳定律得
解得
（2）由题意可知，弹簧的压缩量为，对活塞受力分析有
根据胡克定律得
联立得
11. （2024高考江苏卷）某科研实验站有一个密闭容器，容器内有温度为300K，压强为105pa的气体，容器内有一个面积0.06平方米的观测台，现将这个容器移动到月球，容器内的温度变成240K，整个过程可认为气体的体积不变，月球表面为真空状态。求：
（1）气体现在的压强；
（2）观测台对气体的压力。
【答案】（1）8 × 104Pa；（2）4.8 × 103N
【解析】
（1）由题知，整个过程可认为气体的体积不变，则有
解得
p2 = 8 × 104Pa
（2）根据压强的定义，观测台对气体的压力
F = p2S = 4.8 × 103N
12 .（2）（2023高考全国甲卷）（10分）一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17℃，密度为1.46kg/m3。
（i）升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27℃时舱内气体的密度；
（ii）保持温度27℃不变，再释放舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求舱内气体的密度。
【参考答案】（i）1.41kg/m3。（ii）1.175kg/m3
【命题意图】本题考查气体实验定律、密度及其相关知识点。
【解题思路】（i）将整个气体作为研究对象，设高压舱的容积为V，温度升高到27℃时同压强气体的体积为V2，T1=（273+17）K=290K，T2=（273+27）K=300K，
由盖吕萨克定律，=，
温度为17℃时气体密度ρ1=m/V，
温度为27℃时气体密度ρ2=m/V2，
联立解得：ρ2==1.41kg/m3。
（ii）保持温度27℃不变，由玻意耳定律，p1V2= p2V3，
压强为p1=1.2atm时气体密度ρ2=m/V2，
压强为p2=1.0atm时气体密度ρ3=m/V3，
联立解得ρ3==1.175kg/m3。
13.（2）（2023高考全国乙卷）如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变。求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强。（气体温度保持不变，以为压强单位）
【命题意图】本题考查气体实验定律及其相关知识点。
【解题思路】B管在上方时，设B管中气体压强为pB，lB=10cm，则A管中气体压强为pA=pB+20cmHg，长度lA=10cm，
倒置后，A管在上方，A管中气体压强为pA’，A管内空气柱长度lA'=11cm，
水银柱长度为h=9cm+14cm=23cm，
则B管中气体压强为pB’=pA'+23cm.，
B管内空气柱长度lB'=40cm-11cm-23cm=6cm，
对A管中气体，由玻意耳定律，=
对B管中气体，由玻意耳定律，=
联立解得：pB=54.36cmHg，pA=pB+20cmHg=74.36cmHg.
考点02 理想气体状态方程
1. （2023高考选择性考试辽宁卷）“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p-T图像如图所示。该过程对应的p-V图像可能是（ ）
A. B.
C. D.
【参考答案】B
【名师解析】
根据理想气体状态方程，
可得
从a到b，气体压强不变，温度升高，则体积变大；从b到c，气体压强减小，温度降低，而a、c处于同一等温线上，p——T图线c点与原点连线的斜率小于b点与原点连线的斜率，c态的体积大于b态体积。所以图像B正确。
2. （2023高考江苏学业水平选择性考试）如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中（ ）
A. 气体分子的数密度增大
B. 气体分子的平均动能增大
C. 单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D. 单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
【参考答案】B
【名师解析】
．根据 ，可得
则从A到B为等容线，即从A到B气体体积不变，则气体分子的数密度不变，选项A错误；
从A到B气体的温度升高，则气体分子的平均动能变大，则选项B正确；
从A到B气体的压强变大，气体分子的平均速率变大，则单位时间内气体分子对单位面积的器壁的碰撞力变大，选项C错误；
气体的分子密度不变，从A到B气体分子的平均速率变大，则单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数变大，选项D错误。
3．（2022·全国理综甲卷·33（2））（10分）如图，容积均为、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为、温度为的环境中：两汽缸的底部通过细管连通，A汽缸的顶部通过开口C与外界相通；汽缸内的两活塞将缸内气体分成I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第II、Ⅲ部分的体积分别为和。环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦。
（i）将环境温度缓慢升高，求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度；
（ⅱ）将环境温度缓慢改变至，然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体，求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后，B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。
【参考答案】（i） （ii）6p0。
【命题意图】本题考查气体实验定律、理想气体状态方程。
【解题思路】
（i）封闭气体做等圧変化，对IV部分气体，由盖·吕萨克定律，=
解得：T1=。
（ii）从开口C向气缸中注入气体，II和III部分封闭气体做等圧変化，初状态体积V1=+=，由盖·吕萨克定律，=，解得V2=2 V1=
对IV部分气体，末状态体积为，由理想气体状态方程，=
解得：p=6p0。
【思路点拨】正确选择研究对象是解题的关键。
4. （2023高考山东高中学业水平等级考试）一定质量的理想气体，初始温度为，压强为。经等容过程，该气体吸收的热量后温度上升；若经等压过程，需要吸收的热量才能使气体温度上升。下列说法正确的是（ ）
A. 初始状态下，气体的体积为
B. 等压过程中，气体对外做功
C. 等压过程中，气体体积增加了原体积的
D. 两个过程中，气体的内能增加量都为
【参考答案】AD
【名师解析】
令理想气体的初始状态的压强，体积和温度分别为，
等容过程后为状态二，
等压过程后为状态三，
由理想气体状态方程可得
解得
体积增加了原来的，C错误；
等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律
两个过程的初末温度相同即内能变化相同，因此内能增加都为，D正确；
等压过程内能增加了，吸收热量为，由热力学第一定律可知气体对外做功为，即做功的大小为
解得 ，A正确B错误。
5. （2023高考河北卷）如图，某实验小组为测量一个葫芦的容积，在葫芦开口处竖直插入一根两端开口、内部横截面积为的均匀透明长塑料管，密封好接口，用氮气排空内部气体，并用一小段水柱封闭氮气。外界温度为时，气柱长度为；当外界温度缓慢升高到时，气柱长度变为。已知外界大气压恒为，水柱长度不计。
（1）求温度变化过程中氮气对外界做的功；
（2）求葫芦的容积；
（3）试估算被封闭氮气分子的个数（保留2位有效数字）。已知氮气在状态下的体积约为，阿伏伽德罗常数取。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）由于水柱的长度不计，故封闭气体的压强始终等于大气压强。设大气压强为，塑料管的横截面积为，初、末态气柱的长度分别为，气体对外做的功为。根据功的定义有
解得
（2）设葫芦的容积为，封闭气体的初、末态温度分别为，体积分别为，根据盖—吕萨克定律有
联立以上各式并代入题给数据得
（3）设在状态下，氮气的体积为、温度为，封闭气体的体积为，被封闭氮气的分子个数为。根据盖一吕萨克定律有
其中
联立以上各式并代入题给数据得
个
6. （2023高考海南卷）某饮料瓶内密封一定质量理想气体，时，压强
（1）时，气压是多大？
（2）保持温度不变，挤压气体，使之压强与（1）时相同时，气体体积为原来的多少倍？
【参考答案】（1）；（2）0.97
【名师解析】
（1）瓶内气体的始末状态的热力学温度分别为
，
温度变化过程中体积不变，故由查理定律有
解得
（2）保持温度不变，挤压气体，等温变化过程，由玻意耳定律有
解得
7. （2022福建高考） 带有活塞的汽缸内封闭一定质量的理想气体，气体开始处于a状态，然后经过状态变化过程到达c状态。在V——T图中变化过程如图所示。
（1）气体从a状态经过到达b状态的过程中压强____________。（填“增大”、“减小”或“不变”）
（2）气体从b状态经过到达c状态的过程要____________。（填“吸收”或“放出”）热量。
【参考答案】 ①. 增大 ②. 放出
【命题意图】此题考查对V——T图像的理解，气体实验定律，热力学第一定律及其相关知识点。
【名师解析】
（1）[1]由V——T图像可知，气体从a状态经过到达b状态的过程中，气体的体积保持不变，温度升高，根据，可知气体的压强增大。
（2）[2]由V——T图像可知，气体从b状态经过到达c状态的过程，气体的温度保持不变，则气体的内能保持不变；气体的体积减小，则外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体对外放出热量。
8．（9分）（2023年高考广东卷）在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的图像，气泡内气体先从压强为、体积为、温度为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，然后从状态绝热收缩到体积为、压强为、温度为的状态到过程中外界对气体做功为．已知和．求：
（1）的表达式；
（2）的表达式；
（3）到过程，气泡内气体的内能变化了多少？
【名师解析】（1）气体从压强为、体积为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，由玻意耳定律，p0V0= pB·5V0，解得：pB= 0.2p0。
（2）从状态B到状态C，由理想气体状态方程，=
解得：TC=1.9T0。
（3）由热力学第一定律，△U=W。
9. （2022高考辽宁物理）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统（ ）
A. 对外界做正功B. 压强保持不变
C. 向外界放热D. 内能减少
【参考答案】A
【命题意图】本题考查对V——T图像的理解、理想气体的状态方程、热力学第一定律及其相关知识点.
【名师解析】
理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，理想气体对外界做正功，选项A正确；由题图V——T图像可知V = V0 + kT，根据理想气体的状态方程有，联立有，可看出T增大，p增大，选项B错误；理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，选项D错误；理想气体从状态a变化到状态b，由选项AD可知，理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知气体向外界吸收热量，选项C错误。
10（8分）（2022年重庆高考）某同学探究一封闭气缸内理想气体的状态变化特性，得到压强p随温度t的变化如图所示。已知图线Ⅰ描述的是体积为的等容过程，当温度为时气体的压强为；图线Ⅱ描述的是压强为的等压过程。取为，求
①等容过程中，温度为时气体的压强；
②等压过程中，温度为时气体的体积。
【参考答案】.①；②
【名师解析】①在等容过程中，设0℃时气体压强为p0，根据查理定律，=
解得 p0=
②当压强为p2，温度为0℃时，设此时体积为V2，根据理想气体状态方程
=
解得：V2=
考点
三年考情（2022-2024）
命题趋势
考点1 气体实验定律
（5年5考）
2024年高考海南卷： 用铝制易拉罐制作温度计。
2024年高考江苏卷：科研实验站的密闭容器内有温度为300K，压强为105Pa的气体，容器内有一个面积0.06平方米的观测台，现将这个容器移动到月球。
2024年高考广东卷：差压阀可控制气体进行单向流动，广泛应用于减震系统。
2024高考甘肃卷：刚性容器内壁光滑、盛有一定量的气体，被隔板分成A、B两部分。
1. 气体实验定律是高考考查频率较高的知识点，命题一般设置情景。气体实验定律中玻意耳定律考查频率高于查理定律和盖吕萨克定律。
2. 理想气体状态方程考查一般与气体图像结合，与热力学第一定律结合考查有增加的趋势。
考点2 理想气体状态方程
（5年几考）
2023高考河北卷：实验小组测量一个葫芦的容积；2023年高考广东卷：在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化；2022年重庆高考：某同学探究一封闭气缸内理想气体的状态变化特性，得到压强p随温度t的变化图像。
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