高考物理二轮复习考点精讲精练16讲 热学强化训练（2份，原卷版+解析版）

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一、单选题
1．（2022·高三课时练习）若已知大气压强为p0，图中各装置均处于静止状态，液体密度均为ρ，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．甲图中密闭气体的压强大小是p0+ρgh
B．乙图中密闭气体的压强大小是p0+ρgh
C．丙图中密闭气体的压强大小是p0－ρgh
D．丁图中密闭气体的压强大小是p0＋ρgh1
【答案】D
【详解】A．甲图中密闭气体的压强大小是p0-ρgh，A错误；
B．乙图中密闭气体的压强大小是p0-ρgh，B错误；
C．丙图中密闭气体的压强大小是
C错误；
D．丁图中密闭气体的压强大小是p0＋ρgh1，D正确。
故选D。
2．（2022春·山东·高二校联考期中）如图所示，一横截面积为S的圆柱形汽缸竖直放置在水平面上，质量为m的活塞在缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞上表面水平，下表面与水平面的夹角为。不计活塞与汽缸内壁之间的摩擦，大气压强为，重力加速度大小为g。则缸内气体的压强为（ ）
A．B．
C．D．
【答案】A
【详解】以活塞为研究对象，分析受力：重力，外界的大气压力，气缸壁的压力和气缸内气体的压力F，其中
根据平衡条件可得，竖直方向有
解得
故选A。
3．（2023秋·天津·高三统考期末）如图所示，一定质量的理想气体由状态A变化到状态B的V-T图像，图线AB平行于V轴，则气体从状态A变化到状态B的过程（ ）
A．气体内能增加B．气体压强变大
C．外界对气体做功D．气体从外界吸热
【答案】D
【详解】A．由图可知一定质量的理想气体做等温变化，温度不变，所以其他内能不变，故A错误；
B．由图可知一定质量的理想气体做等温膨胀变化，由，可知气体压强变小，故B错误；
C．由于气体体积变大，所以气体对外界做功，故C错误；
D．由气体对外界做功，可知
由热力学第一定律，可知
所以气体从外界吸热，故D正确。
故选D。
4．（2023·全国·高三专题练习）一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后又回到状态A。其中C→D→A为等温过程。该循环过程如图所示，下列说法不正确的是（ ）
A．A→B过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增加
B．B→C过程中，气体分子内能减少
C．状态A和状态C，气体分子平均动能相同
D．气体状态变化的全过程中，气体对外做的功等于该图像围成的面积
【答案】A
【详解】A．A→B过程中，气体压强不变，体积变大，温度升高，则气体分子的平均速率变大，碰撞力变大，而气体的分子数密度减小，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减小，选项A错误；
B．B→C过程中，气体体积不变，压强减小，温度降低，则分子内能减少，选项B正确；
C．状态A和状态C，气体的温度相同，则气体分子平均动能相同，选项C正确；
D．根据
可知，A→B气体对外做的功
B→C气体体积不变，则
C→A气体体积减小，外界对气体做的功
其值等于曲线与横轴围成的面积，则气体状态变化的全过程中气体对外做的功等于该图像围成的面积，选项D正确。
故选A。
5．（2023春·湖南长沙·高三校考阶段练习）如图所示，一定质量的理想气体，由状态变化到状态，再从状态变化到状态，最后从状态变化回到状态。下列说法正确的是（ ）
A．过程气体对外做功大于气体吸收的热量
B．过程气体分子的密集程度一直变小
C．过程气体的温度一定保持不变
D．过程中单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少
【答案】D
【详解】AD．由理想状态方程可知，过程等压变化，体积增大，温度升高，故气体对外做功小于气体吸收的热量；温度升高气体分子平均动能增大，分子碰撞器壁时的平均作用力增大，这个过程气体压强不变，故单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少，A错误D正确；
B．由理想状态方程可知，过程等体积变化，压强减小，温度降低，气体分子的密集程度不变，B错误；
C．由理想状态方程可知
解得
在过程中不能确定整个过程温度都是不变的，C错误。
故选D。
6．（2023·全国·高三专题练习）一定质量的理想气体按图中箭头所示的顺序变化，图中BC段是以纵轴和横轴为渐近线的双曲线的一部分，已知气体在状态A的温度，取，关于该气体的下列说法正确的是（ ）
A．在状态B时的温度为300K
B．在状态D时的温度为150K
C．从状态B到状态C的过程中气体体积增大，对外做功，内能减少
D．从状态C到状态D的过程中外界对气体做功4000J
【答案】D
【详解】AB．由理想气体状态方程得
代入数据解得
故AB错误；
C．由图知BC段是等温变化，从状态B到状态C的过程中气体体积增大，对外做功。温度不变，即内能不变。故C错误；
D．从状态C到状态D的过程中，气体压强不变，设气体体积缩小量为，则外界对气体做功为
故D正确。
故选D。
二、多选题
7．一定质量的理想气体，从初始状态a经状态b、c、d再回到a，它的压强p与热力学温度T的变化关系如图所示，其中和的延长线过坐标原点，状态a、d的温度相等．下列判断正确的是（ ）
A．气体在状态a的体积小于在状态c的体积
B．从状态d到a，气体与外界无热交换
C．从状态b到c，气体吸收的热量大于它对外界做的功
D．从状态a到b，气体吸收的热量大于它增加的内能
【答案】AC
【详解】A．根据理想气体状态方程，由于和的延长线过坐标原点，则图像的斜率表示，可知斜率越大，体积越小，由图可知，气体在状态a的体积小于在状态c的体积，故A正确；
D．根据题意可知，其中和的延长线过坐标原点，则从状态a到b和从状态c到d均为等容变化，气体和外界之间不做功，由图可知，从状态a到b气体温度升高，内能增加，由热力学第一定律可知，气体吸收的热量等于它增加的内能，故D错误；
B．由图可知，从状态d到a，气体的温度不变，体积减小，气体内能不变，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体需要放出热量，故B错误；
C．由图可知，从状态b到c，气体温度升高，气体内能增加，气体体积增大，气体对外界做功，由热力学第一定律可知，气体吸收的热量大于它对外界做的功，故C正确。
故选AC。
8．（2023·全国·高三专题练习）一定质量理想气体的压强p随体积V变化规律如图所示，从状态A到B的过程中（ ）
A．气体温度保持不变
B．外界对气体做功
C．气体从外界吸收热量
D．气体对器壁单位面积的平均作用力变大
【答案】CD
【详解】A．从状态A到B的过程中，气体的体积增大，压强增大，根据理想气体状态方程
可知气体温度升高，故A错误；
BC．气体体积增大，表明气体对外做功，气体温度升高，说明内能增大，根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，故B错误，C正确；
D．因为压强变大，根据压强定义式可知，气体对器壁单位面积的平均作用力变大，故D正确。
故选CD。
9．如图，一定质量的理想气体从状态a（p0，V0，T0）经热力学过程ab、bc、ca后又回到状态a。对于ab、bc、ca三个过程，下列说法正确的是（ ）
A．ab过程中，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
B．ab过程中，气体内能的增量等于从外界吸收的热量
C．bc过程中，气体对外界做的功大于气体从外界吸收的热量
D．ca过程中，外界对气体做功p0V0
【答案】BD
【详解】AB．ab过程中，气体体积不变，由查理定律
得，温度升高，压强变大，所以容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数增大；气体内能增大，又因为，由热力学第一定律
可知，气体内能的增量等于气体从外界吸收的热量，A错误，B正确；
C．bc过程中，温度不变，由玻意耳定律
可知，压强减小，体积增大，由热力学第一定律
气体内能不变，气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量，C错误；
D．由题图可得，ca过程由盖—吕萨克定律解得
所以ca过程中，压强不变，体积减小，外界对气体做功为
D正确。
故选BD。
三、解答题
10．（2023·高三课时练习）若已知大气压强为，如图所示各装置均处于静止状态，图中液体密度均为，求下列各图中被封闭气体的压强。
【答案】甲：，乙：，丙：，丁：，
【详解】（1）根据题意，在图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由平衡条件有
所以
（2）根据题意，在图乙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有所以
（3）根据题意，在图丙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有
所以
（4）根据题意，在丁图中，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
而
所以气体B的压强为
11．若已知大气压强为p0，图中各装置均处于静止状态，求被封闭气体的压强．（重力加速度为g，图(1)、(2)中液体的密度为ρ，图(3)中活塞的质量为m，活塞的横截面积为S）
【答案】（1） (2) （3）
【详解】（1）对于液体内部，同一深度压强相等．（1）中封闭气体下h深度与大气压强相等，则有P1+ρgh=P0
P1=P0-ρgh；
（2）中封闭气体下h深度与大气压强相等，则有P2+ρgh=P0 P2=P0-ρgh；
（3）中，以活塞为研究对象P0S+mg=P3S P3=P0；
12．（2020·高一课时练习）如图所示，气缸所受重力为1000N，活塞所受重力为100N，横截面积为0.1，大气压强为，气缸内封闭着一定质量的气体，求下列各图中封闭气体的压强。
【答案】，，
【详解】图1中封闭气体的压强等于活塞产生的压强加上大气压强，即
图2中封闭气体的压强等于大气压强减去气缸产生的压强，即
图3中封闭气体的压强等于大气压强减去活塞产生的压强，即
13．如图所示，M为重物质量，F是外力，p0为大气压，S为活塞面积，活塞重力以及活塞与汽缸壁间的摩擦忽略不计，已知重力加速度为g，求气缸内封闭气体的压强。
【答案】p0，，
【详解】以活塞为研究对象，根据平衡条件分别有
解得
14．一圆筒形汽缸静置于地面上，如图所示．汽缸筒的质量为M，活塞及活塞上的手柄的质量为m，活塞的横截面积为S，大气压强为p0，现用力将活塞缓慢向上提，求汽缸刚离开地面时汽缸内封闭气体的压强．（忽略汽缸壁与活塞间的摩擦）
【答案】
【分析】在整个上提过程中气缸内气体的温度保持不变，发生等温变化，先对活塞为研究对象，根据平衡条件求出初态时气体的压强，再以活塞和汽缸整体为研究对象，根据平衡条件求出末态气体的压强，联立求解即可．
【详解】以活塞为研究对象，受重力、向上的拉力、外界大气向下的压力和封闭气体向上的压力，由平衡条件得：F+PS=mg+P0S
以活塞和汽缸整体为研究对象，受重力、向上的拉力，由平衡条件得：F=（M+m）g
联立①②得：P=
15．（2022秋·河北石家庄·高二石家庄精英中学校考阶段练习）导热良好的气缸用质量不计的光滑活塞封闭有一定质量的理想气体，活塞下表面与气缸底部之间的距离为L，在活塞上放一个重物时，活塞平衡时下表面距离气缸底部距离为，已知活塞截面积为S，大气压强为P0，环境温度为T0，重力加速度为g。
（1）求重物的质量m；
（2）缓慢升高气体的温度，求当活塞回到原来位置时，气体的温度T。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）放重物后，气体压强变为P，对物块和活塞有
则气体压强为
气缸内气体是等温变化，则根据玻意耳定律得
联立解得
（2）缓慢升高气体温度，活塞缓慢上升，气体做等压变化，根据盖—吕萨克定律得
解得
16．（2022秋·江西赣州·高三校联考阶段练习）如图，U形细玻璃管竖直放置，管中有一段水银，左、右两竖直管中水银液面相平，AB管中封闭的气柱和水银柱的长度均为10cm，将U形管绕C点在竖直面内沿顺时针方向缓慢旋转53°时，AB管中气柱长为12.5cm，已知大气压强为75cmHg，环境温度为300K。
（1）求BC段玻璃管的长度；
（2）若玻璃管不转动，而使环境温度升高，使AB管中的气柱长也变为12.5cm，则升高后的环境温度为多少？
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）开始时AB管中封闭气体的压强为
当转过53°时，设气体的压强为，则解得
当转过53°时，左、右两管中水银液面高度差为15cm
设BC段玻璃管长为L，则
解得
（2）设温度升高后的环境温度为，封闭气体的压强为
根据理想气体状态方程有
解得
17．（2022秋·河北·高三校联考阶段练习）冬季室内外温差巨大。篮球在室内时内部气体温度为，气体压强为，某同学把篮球拿至室外静置足够长时间。已知室外温度为，篮球不漏气，且球内体积始终为V。求：
（1）篮球在室外静置足够长时间后内部气体的压强；
（2）在室外给篮球补气，气泵工作一个周期可将室外压强为，体积为的气体充入篮球，为使篮球内气体压强恢复为，求气泵工作的周期个数。（假设打气过程中篮球内的气体温度不变）
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）篮球内气体经历等温变化，由查理定律得解得
（2）设气泵工作周期个数为N，充气过程为等温变化，由玻意耳定律得
解得
18．（2022·高三课时练习）如图所示，在长为57cm且一端封闭、另一端开口向上的竖直玻璃管内，用4cm高的水银柱封闭着51cm长的理想气体，管内外气体的温度相同。现将水银从管侧壁缓慢地注入管中，直到水银面与管口相平。外界大气压强p0＝76cmHg，且温度不变。求此时管中封闭气体的压强。
【答案】85cmHg
【详解】设玻璃管的横截面积为S，以玻璃管内封闭的气体为研究对象，初状态压强和体积p1＝p0＋ph1＝80cmHg V1＝51cm×S
水银面与管口相平时，水银柱高度为h，末状态的压强和体积
p2＝p0＋ph＝（76＋h）cmHg
V2＝（57cm－h）S
气体发生等温变化，由玻意耳定律得p1V1＝p2V2
代入数据解得h＝9cm
则p2＝85cmHg
19．（2022·高三课时练习）一活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，初始时气体体积为。用DIS实验系统测得此时气体的温度和压强分别为和。推动活塞压缩气体，测得气体的温度和压强分别为240K和。
（1）求此时气体的体积。
（2）再保持温度不变，缓慢改变作用在活塞上的力，使气体压强变为，求此时气体的体积。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）由题意可知压缩气体过程中气体经历等压变化，根据盖—吕萨克定律有
解得压缩后气体的体积为
（2）由题意可知气体经历等温变化，根据玻意耳定律有
解得气体压强变为8.0×104Pa时的体积为
20．（2023·江苏·统考一模）如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在内壁光滑的气缸中，气缸和活塞绝热性能良好，活塞的横截面积为S，质量为m，静止在与气缸底部距离为L的小挡板上；密闭气体的压强、温度与外界大气相同，分别为和。现接通电热丝加热气体，电热丝两端电压为U，电流为I，通电时间为t，活塞缓慢向上移动距离2L后静止，重力加速度为g，求该过程：
（1）气体内能的增量；
（2）最终温度T。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）活塞移动时受力平衡
气体对外界做功
气体吸收的热量
根据热力学第一定律
解得
（2）活塞发生移动前，等容过程
活塞向移动了2L，等压过程
又有
解得
21．如图所示，一个内壁光滑的圆柱形气缸竖直置于水平面上，高度为L=0.8m，底面积为S=20cm2，缸内有一个质量为m=10kg的活塞，封闭了一定质量的理想气体。温度为27℃时，缸内气体高为L0=0.5m。已知重力加速度为g=10m/s2，大气压强为p0=1.0×105Pa，不计活塞厚度及活塞与体的摩擦，求：
（1）采用缓慢升温的方法使活塞与气缸脱离，缸内气体的温度至少要升高到多少?
（2）从开始升温到活塞刚要脱离气缸，缸内气体压力对活塞做功多少?
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）设内部气体的压强为，活塞缓慢移动，始终处于平衡状态，根据活塞的平衡，有
得①
内部气体压强没有发生改变，根据盖·吕萨克定律可得
带入数据解得
缸内气体的温度至少要升高到，即。
（2）缸内气体压力对活塞做功②
③
联立①②③并带入数据得
22．（2023春·广东茂名·高三茂名市电白区电海中学校考阶段练习）如图，容积为的高压锅内封闭一定质量的空气（可视为理想气体）。初始时，高压锅内气体的压强为，温度为。紧闭密封阀，在外部缓慢给高压锅加热，使气体温度达到。已知外界大气压强为，求：
（1）温度为时，高压锅内气体压强；
（2）保持高压锅内气体温度为不变，打开密封阀稳定后，高压锅内气体密度与打开前的比值。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）温度升高，体积不变，气体为等容变化，根据查理定律可得
解得
（2）初始气体压强为，体积为，气体密度，打开密封阀稳定后，气体压强等于大气压强为，气体密度为，此过程为等温变化，根据玻意耳定律可得且
解得
23.（2023·重庆·校联考模拟预测）水火箭又称气压式喷水火箭、水推进火箭。在学校创造节上，某同学用容积为V0的可乐瓶制作了一支水火箭，现向瓶中装入的水后用带气嘴的橡胶塞塞紧瓶口，将火箭竖直放置，火箭内气体的压强为，如图所示。现用打气筒向瓶内缓慢打气，已知打气筒每打一次气能把体积为、压强为的空气压入瓶内，当瓶内空气压强达到时橡胶塞脱落，水流高速喷出，火箭向上飞起。在打气过程中气体始终处于密封状态，瓶中气体温度变化忽略不计。（火箭内的气体视为理想气体）
（1）求打气筒打一次气后火箭内气体的压强；
（2）至少需要打多少次气才能使火箭起飞。
【答案】（1）；（2）4
【详解】（1）打一次气，根据玻意耳定律可知
解得
（2）设需打气n次，根据玻意耳定律有
解得
故至少要打气4次即可起飞。
24.（2022春·湖北·高二统考期末）如图所示，竖直放置的圆柱形汽缸体积为V，横截面积为S，被活塞分成A、B两部分。初始时活塞静置于卡环上，A、B两部分容积之比为2∶1，气体的压强均为。现通过打气孔（气体只进不出）向容器B中缓慢注入压强为、一定体积的同种气体，气体注入后活塞静止于圆柱形汽缸正中央。已知活塞的质量（g为重力加速度），活塞厚度不计。整个过程外界温度恒定，汽缸及活塞密闭性和导热性良好，不计活塞与汽缸壁间的摩擦。求：
（1）A部分气体最终的压强；
（2）通过打气孔注入的气体体积。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）A部分气体做等温变化，根据玻意耳定律有
解得
（2）设B部分气体最终的压强为pB，根据平衡条件有
打入B内的气体和B内原有气体整体做等温变化，根据玻意耳定律有
解得
25．（2022春·贵州毕节·高二统考期末）如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，已知气体在状态A时的热力学温度TA=280K，该过程中气体吸收的热量Q=120J，求：
（1）汽体在状态B时的热力学温度TB；
（2）该过程中气体内能的增量△U。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）气体从状态A变化到状态B的过程中做等压变化，有
解得
（2）该过程中气体对外界做的功
根据热力学第一定律有
解得
26．（2023·全国·高三专题练习）一定质量的理想气体，从状态a开始，经历a→b、b→c、c→a三个过程回到原状态，其p－V图像如图所示。图线ac的反向延长线过坐标原点O，图线ab平行于V轴，图线bc平行于p轴。已知a状态的气体温度为，求：
（1）气体在状态c的温度 ；
（2）从a到b过程中气体对外做的功。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）根据理想气体状态方程有解得
（2）从a到b过程中气体对外做的功为图线与横轴围成的面积，有
解得