2027年高考物理一轮复习 突破练习含答案094-课时作业80 热力学定律与气体实验定律、气体图像的综合应用（教用）

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1．（2025·湖南长沙模拟）如图，充气健身球是一种用途广泛的健身工具。健身球内部充入一定质量的空气（可视为理想气体），快速挤压健身球时，健身球体积减小，球内气体来不及与外界发生热交换。关于快速挤压健身球的过程，下列说法正确的是（ ）
A. 健身球内气体对外界做正功
B. 健身球内气体的内能不变
C. 健身球内气体分子的平均动能减小
D. 健身球内气体的压强增大
【答案】D
【解析】快速挤压健身球时，健身球体积减小，球内气体来不及与外界发生热交换，根据热力学第一定律ΔU=Q+W，其中Q=0，外界对气体做正功，可知ΔU>0，故气体内能增大，故A、B错误；气体的内能增大，温度升高，气体分子的平均动能增大，故C错误；根据理想气体状态方程可知，气体温度升高，体积减小时，压强增大，故D正确。
2．（2026·安徽合肥模拟）“深海一号”船携“蛟龙”号载人潜水器完成2025年技术升级后的首次装备试验任务。已知海平面的温度为T1=300K，大气压强为p1=1atm，如图，一定质量的理想气体封闭在导热性能良好的汽缸中，汽缸在海平面时，气体体积为V1=1.5m3，在某次深潜汽缸缓慢下降的过程中，探测到汽缸所在处的海水温度为T2=280K，压强为p2=100atm，汽缸内气体体积为V2，不计活塞的质量和摩擦，则（ ）
A. V2=0.014m3，在下潜过程中气体放热
B. V2=0.014m3，在下潜过程中气体吸热
C. V2=0.028m3，在下潜过程中气体放热
D. V2=0.028m3，在下潜过程中气体吸热
【答案】A
【解析】由理想气体状态方程有p1V1T1=p2V2T2，解得V2=0.014m3，汽缸缓慢下潜的过程中，温度降低，则ΔU0，根据热力学第一定律ΔU=W+Q，可得Q0，系统从外界吸热，A正确，C、D错。在V−T图像中，图线的延长线不过原点，故该过程不是等压变化，B错误。
4．（2026·山东青岛模拟）如图所示是一定质量的理想气体循环过程的p−V图像。B→C为等压过程，D→A为等容过程，A→B和C→D为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（ ）
A. C→D过程气体向外界放出热量
B. A→B过程气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
C. B→C过程气体对外做功，气体分子的平均动能减小
D. 在B→C过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的气体分子数减少
【答案】D
【解析】C→D为等温过程，则C、D状态气体温度相同，由题图知，C→D过程气体体积增大，则气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU=W+Q，ΔU=0，W为负值，故Q为正值，气体从外界吸收热量，故A错误；A→B为等温过程，则A、B状态气体温度相同，由题图知，A→B过程气体体积减小，则外界对气体做功，根据热力学第一定律ΔU=W+Q，ΔU=0，W为正值，故Q为负值，气体对外界放出热量，气体向外界放出的热量等于外界对气体做的功，故B错误；B→C过程，压强不变，体积增加，气体对外做功，根据pVT=C可知温度升高，气体分子的平均动能增大，由气体压强的微观解释可知，单位时间内与器壁单位面积碰撞的气体分子数减少，故C错误，D正确。
5．二氧化碳制冰过程可简化为图中的循环过程，其中横轴为温度T，纵轴为压强p。过程A→B：一定质量的二氧化碳在压缩机的作用下变为高温高压的超临界态（一种介于液态和气态之间、分子间有强烈相互作用的特殊状态）；过程B→C：二氧化碳在冷凝器中经历一恒压过程向外放热而变成高压液体；过程C→D：二氧化碳进入蒸发器中蒸发，进而使与蒸发器接触的水降温而凝固；过程D→A：二氧化碳经历一恒压过程回到初始状态。下列说法正确的是（ ）
A. 过程A→B中，每个二氧化碳分子的动能都将增大
B. 过程B→C中，二氧化碳始终遵循理想气体的实验定律
C. 过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，则该过程中二氧化碳将吸热
D. 整个循环过程中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，违反热力学第二定律
【答案】C
【解析】温度是分子平均动能的标志，A→B的过程中气体的温度升高，分子的平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大，故A错误；B→C过程中二氧化碳从超临界态变成液态，不遵循理想气体实验定律，故B错误；D→A过程中，二氧化碳等压升温，由pVT=C可知气体的体积增大，则气体对外做功，气体的温度升高，则气体的内能增大，结合热力学第一定律可知该过程中二氧化碳将吸热，故C正确；整个循环过程，热量从低温水向高温二氧化碳传递，借助了外界的帮助，并不违反热力学第二定律，故D错误。
6．（2025·湖北武汉模拟）一定质量的理想气体，从状态A经B、C变化到状态D的变化过程p−V图像如图所示，AB与横轴平行，BC与纵轴平行，O、D、C在同一直线上。已知A状态温度为400K，从A状态至B状态气体吸收了320J的热量，下列说法正确的是（ ）
A. B状态的温度为600K
B. 从C状态到D状态的过程中，气体温度不变
C. 从A状态到B状态的过程中，气体内能增加了240J
D. 从A状态至D状态整个过程中，气体对外做功17.5J
【答案】C
【解析】根据pAVATA=pBVBTB，其中的pB=0.4×105Pa，VB=4×10−3m3，解得TB=800K，故A错误；因为C状态的p、V乘积大于D状态的p、V乘积，则从C状态到D状态的过程中温度降低，故B错误；从A状态到B状态的过程中，气体吸收了320J的热量，同时气体对外做功WAB=0.4×105×2×10−3J=80J，由热力学第一定律可知ΔU=−80J+320J=240J，气体内能增加了240J，故C正确；因p−V图像与横轴所围的面积表示功，则从A状态至D状态整个过程中，气体对外做功WAD=0.4×105×2×10−3J−0.15+0.22×105×1×10−3J=62.5J，故D错误。
能力强化练
7．将一开口向上的汽缸放入电梯中，一质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体。汽缸和活塞之间无摩擦，当电梯静止时，活塞恰好在汽缸的中间位置，当电梯做竖直方向的匀加速运动时，活塞在距汽缸顶部四分之一的位置，不计活塞的厚度，汽缸的横截面积为S，重力加速度为g，大气压强为p0，整个过程中温度不变，则下列说法正确的是（ ）
A. 电梯静止时汽缸内气体的压强为p0
B. 电梯运动时向上做匀加速运动
C. 电梯运动时的加速度大小为a=13m(p0S+mg)
D. 从静止到匀加速运动，气体向外界释放热量
【答案】C
【解析】活塞静止时，根据平衡条件有p0S+mg=pS，解得p=p0+mgS，A错误。汽缸加速运动时，温度不变，体积增大，内部压强减小，对活塞受力分析，受到的合力向下，则电梯向下做匀加速运动，B错误。设汽缸的高度为ℎ，初始活塞的高度为0.5ℎ，末状态活塞的高度为0.75ℎ，根据理想气体状态方程有pSℎ2=3p′Sℎ4，解得p′=23p=23(p0+mgS)，对活塞受力分析，根据牛顿第二定律有p0S+mg−p′S=ma，解得a=13m(p0S+mg)，C正确。气体体积膨胀，对外做功，且过程中温度不变，则内能不变，根据热力学第一定律，气体需要从外界吸收热量，D错误。
8．（2023·广东卷·13）（9分）在驻波声场的作用下，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，气泡内的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p−V图像，气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为pB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C，B到C的过程外界对气体做功为W。已知p0、V0、T0和W。求：
（1） pB的表达式；
（2） TC的表达式；
（3） B到C的过程，气泡内气体的内能变化了多少?
【答案】（1） pB=p05
（2） TC=1.9T0
（3） 增加了W
【解析】
（1） 由题意可知从状态A到状态B，气体发生等温变化，根据玻意耳定律有p0V0=pB⋅5V0，解得pB=p05。
（2） 解法一：由题图可知，若从状态A沿虚线到状态C，则气体发生等容变化，根据查理定律有p0T0=1.9p0TC，解得TC=1.9T0。
解法二：气体从状态B到状态C的过程，由理想气体状态方程有pBVBTB=pCVCTC
pB=p05，VB=5V0，TA=TB=T0，pC=1.9p0，VC=V0，联立解得TC=1.9T0。
（3） 由题意可知从状态B到状态C，气体发生绝热收缩，Q=0，根据热力学第一定律有ΔU=Q+W=W，故从B到C过程，气泡内气体的内能增加了W。
创新思维练
9．（2025·浙江6月选考卷·16）（10分）“拔火罐”是我国传统医学的一种疗法。治疗时，医生将开口面积为S的玻璃罐加热，使罐内空气温度升至t1，然后迅速将玻璃罐倒扣在患者皮肤上（状态1）。待罐内空气自然冷却至室温t2，玻璃罐便紧贴在皮肤上（状态2）。从状态1到状态2过程中罐内气体向外界放出热量7.35J。已知S=1.6×10−3m2，t1=77℃，t2=27℃。忽略皮肤的形变，大气压强p0=1.05×105Pa。求：(T=t+273K)
（1） 状态2时罐内气体的压强；
（2） 状态1到状态2罐内气体内能的变化；
（3） 状态2时皮肤受到的吸力大小。
【答案】（1） 9×104Pa
（2） 减少7.35J
（3） 24N
【解析】
（1） 状态1时气体的温度T1=(77+273)K=350K，
压强p1=p0=1.05×105Pa，
状态2时气体的温度T2=(27+273)K=300K，
气体做等容变化，根据p1T1=p2T2，
可得p2=9×104Pa。
（2） 气体做等容变化，外界对气体不做功，即W=0，罐内气体向外界放出热量7.35J，即Q=−7.35J，
根据热力学第一定律ΔU=W+Q，
可得状态1到状态2罐内气体内能的变化量ΔU=−7.35J，
即罐内气体内能减少7.35J。
（3） 罐内外的压强差
Δp=p0−p2=1.5×104Pa，
状态2时皮肤受到的吸力大小为
F=Δp⋅S=24N。