重難點(diǎn)16 熱學(xué)(熱力學(xué)定律、氣體實(shí)驗(yàn)定律、氣體圖像、理想氣體狀態(tài)方程的綜合應(yīng)用)（原卷版）2025年高考物理重難點(diǎn)

PAGE重難點(diǎn)16熱學(xué)熱力學(xué)定律、氣體實(shí)驗(yàn)定律、氣體圖像、理想氣體狀態(tài)方程的綜合應(yīng)用考點(diǎn)分析三年考情分析2025命題熱點(diǎn)分子動(dòng)理論、固體和液體的性質(zhì)2023：海南卷、江蘇卷、北京卷2022：山東卷、江蘇卷氣體狀態(tài)變化及其圖像氣體實(shí)驗(yàn)定律熱力學(xué)定律氣體實(shí)驗(yàn)定律、理想氣體狀態(tài)方程2024：廣東卷、廣西卷、安徽卷、湖南卷、江西卷、甘肅卷、全國(guó)甲卷、山東卷2023：海南卷、遼寧卷、湖北卷2022：山東卷、海南卷、廣東卷、湖南卷熱力學(xué)定律與氣體狀態(tài)變化的綜合應(yīng)用2024：湖北卷、河北卷、山東卷、新課標(biāo)卷、黑吉遼卷2023：廣東卷、山東卷、新課標(biāo)卷2022：湖北卷、遼寧卷、江蘇卷、河北卷【課標(biāo)要求】1.理解分子動(dòng)理論，知道固體、液體和氣體的特點(diǎn)。2.熟練應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程解決問(wèn)題。3.掌握分析熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律綜合問(wèn)題的方法?！究疾榉较颉扛呖济}對(duì)本專(zhuān)題的考查方向比較廣泛，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都有可能涉及到，重點(diǎn)是氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用。【備考建議】復(fù)習(xí)本章時(shí)，要全面復(fù)習(xí)。尤其對(duì)下列內(nèi)容重點(diǎn)掌握：①分子動(dòng)理論、固體和液體的性質(zhì)；②布朗運(yùn)動(dòng)及其實(shí)質(zhì)；③熱力學(xué)定律和氣體狀態(tài)變化的圖像問(wèn)題；④以汽缸、U形管、直管、形管以及生活生產(chǎn)中的器皿為背景，應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程的問(wèn)題；⑤與日常生產(chǎn)生活情境相關(guān)聯(lián)的抽氣、充氣,分裝氣體問(wèn)題；⑥熱學(xué)實(shí)驗(yàn)?！厩榫辰庾x】1.分子動(dòng)理論與統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)命題情境分子大小與阿伏伽德羅常數(shù)的計(jì)算：通常會(huì)給出物質(zhì)的摩爾體積、摩爾質(zhì)量等宏觀物理量，結(jié)合阿伏伽德羅常數(shù)，要求考生計(jì)算分子的大?。ㄈ绶肿又睆?、分子間距）、分子質(zhì)量等微觀物理量。例如，對(duì)于固體和液體，可以通過(guò)摩爾體積和阿伏伽德羅常數(shù)來(lái)估算分子直徑；對(duì)于氣體，可以估算分子間距。分子熱運(yùn)動(dòng)與布朗運(yùn)動(dòng)：以布朗運(yùn)動(dòng)為背景，考查分子熱運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。要求考生理解布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，反映了液體或氣體分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)?？赡軙?huì)通過(guò)比較不同溫度下布朗運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，考查溫度對(duì)分子熱運(yùn)動(dòng)的影響。分子間作用力與分子勢(shì)能：給出分子間距離變化的情境，要求考生判斷分子間作用力（引力或斥力）的變化情況和分子勢(shì)能的變化情況。例如，當(dāng)分子間距離從平衡位置增大時(shí)，分子間引力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加。2.氣體命題情境理想氣體狀態(tài)方程應(yīng)用：常見(jiàn)的情境是一定質(zhì)量的理想氣體在不同狀態(tài)下（如等溫、等壓、等容過(guò)程）的變化。要求考生根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程

（或其變形公式）來(lái)計(jì)算氣體的壓強(qiáng)、體積、溫度等物理量。例如，氣體在活塞容器中，活塞移動(dòng)導(dǎo)致體積變化，同時(shí)溫度或壓強(qiáng)也發(fā)生變化，考生需要根據(jù)給定的條件進(jìn)行求解。氣體實(shí)驗(yàn)定律應(yīng)用：考查玻意耳定律（等溫過(guò)程）、查理定律（等容過(guò)程）、蓋—呂薩克定律（等壓過(guò)程）。例如，在一個(gè)封閉的U形管中，兩邊的氣體被水銀柱隔開(kāi)，改變一邊氣體的溫度或壓強(qiáng)，要求考生根據(jù)實(shí)驗(yàn)定律計(jì)算另一邊氣體的狀態(tài)變化。氣體壓強(qiáng)的微觀解釋與實(shí)際應(yīng)用：從微觀角度考查氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因，即大量氣體分子頻繁撞擊器壁產(chǎn)生的。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，如打氣筒打氣過(guò)程中氣體壓強(qiáng)的變化、高壓鍋的原理等，要求考生能夠用氣體壓強(qiáng)的微觀解釋來(lái)理解這些實(shí)際現(xiàn)象。3.熱力學(xué)定律命題情境熱力學(xué)第一定律應(yīng)用：給出一個(gè)熱力學(xué)過(guò)程，如氣體膨脹對(duì)外做功、外界對(duì)氣體做功、氣體吸收或放出熱量等，要求考生根據(jù)熱力學(xué)第一定律計(jì)算內(nèi)能的變化。例如，在一個(gè)絕熱容器中，氣體膨脹推動(dòng)活塞，考生需要判斷做功情況和內(nèi)能變化情況。熱力學(xué)第二定律理解與應(yīng)用：考查對(duì)熱力學(xué)第二定律兩種表述（克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體；開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響）的理解。同時(shí)，結(jié)合熱機(jī)效率的計(jì)算，考查在實(shí)際熱機(jī)（如內(nèi)燃機(jī)）中的應(yīng)用?！靖叻旨记伞恳弧崃W(xué)定律1.熱力學(xué)第一定律的特殊情況(1)若過(guò)程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。(2)若過(guò)程中不做功，則W＝0，Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。(3)若過(guò)程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，則W＋Q＝0，即物體吸收的熱量全部用來(lái)對(duì)外做功，或外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。2.熱力學(xué)第一、第二定律的比較熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律定律揭示的問(wèn)題從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內(nèi)能改變量三者的定量關(guān)系自然界中出現(xiàn)的宏觀過(guò)程是有方向性的機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化當(dāng)摩擦力做功時(shí)，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全變成機(jī)械能熱量的傳遞熱量可以從高溫物體自發(fā)傳向低溫物體說(shuō)明熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體兩定律的關(guān)系在熱力學(xué)中，兩者既相互獨(dú)立，又互為補(bǔ)充，共同構(gòu)成了熱力學(xué)知識(shí)的理論基礎(chǔ)二、氣體實(shí)驗(yàn)定律兩個(gè)重要的推論（1）查理定律的推論:Δp=p1T（2）蓋-呂薩克定律的推論:ΔV=V1T三、理想氣體的常見(jiàn)圖像1．一定質(zhì)量的氣體不同圖像的比較類(lèi)別特點(diǎn)(其中C為常量)舉例p-VpV＝CT，即pV之積越大的等溫線溫度越高，線離原點(diǎn)越遠(yuǎn)p-eq\f(1,V)p＝CTeq\f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，溫度越高p-Tp＝eq\f(C,V)T，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，體積越小V-TV＝eq\f(C,p)T，斜率k＝eq\f(C,p)，即斜率越大，壓強(qiáng)越小[注意]上表中各個(gè)常量“C”意義有所不同。可以根據(jù)pV＝nRT確定各個(gè)常量“C”的意義。四、理想氣體狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系p一、單選題1．（2024·全國(guó)·模擬預(yù)測(cè)）盡管分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，速率有大有小，但大量分子的速率卻按一定的規(guī)律分布。如圖所示，橫坐標(biāo)表示分子的速率區(qū)間，縱坐標(biāo)表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比，圖中兩條曲線分別表示兩種理想氣體在同一溫度下的分子速率分布情況，則（）A．圖中實(shí)線對(duì)應(yīng)氣體分子平均動(dòng)能較大的情形B．圖中實(shí)線對(duì)應(yīng)氣體分子質(zhì)量較大的情形C．圖中虛線對(duì)應(yīng)氣體分子平均速率較小的情形D．圖中兩條曲線與橫軸所圍圖形的面積中實(shí)線所圍圖形的面積大于虛線所圍圖形的面積2．（2024·遼寧本溪·一模）一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了a→b→c→a循環(huán)，其圖像如圖所示，氣體在各狀態(tài)時(shí)的溫度、壓強(qiáng)和體積部分已標(biāo)出。已知該氣體在狀態(tài)a時(shí)的壓強(qiáng)為，下列說(shuō)法正確的是（）A．氣體在狀態(tài)c的溫度是B．氣體由狀態(tài)c到狀態(tài)a的過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)減少C．氣體由狀態(tài)a到狀態(tài)b，外界對(duì)氣體做功為D．氣體經(jīng)歷了a→b→c→a循環(huán)的過(guò)程中，吸收的熱量小于釋放的熱量3．（2024·全國(guó)·模擬預(yù)測(cè)）對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說(shuō)法正確的是（）A．絕熱膨脹過(guò)程中，氣體分子的平均動(dòng)能增大B．等溫壓縮過(guò)程中，氣體向外界放出熱量C．等壓膨脹過(guò)程中，氣體的內(nèi)能可能不變D．從高溫?zé)釒?kù)吸收熱量使之完全變成功是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的4．（2024·云南·模擬預(yù)測(cè)）一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A開(kāi)始，經(jīng)A→B、B→C、C→A三個(gè)過(guò)程后回到初始狀態(tài)A，其圖像如圖所示，已知狀態(tài)A的氣體溫度為，下列說(shuō)法正確的是（

）A．狀態(tài)B的氣體溫度為B．在A→B過(guò)程中，氣體對(duì)外界做負(fù)功C．在B→C過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功為D．在A→B→C→A一個(gè)循環(huán)過(guò)程中，氣體從外界吸收熱量為二、多選題5．（2024·吉林長(zhǎng)春·一模）對(duì)于下列四幅圖描述說(shuō)明正確的是（）A．由圖（a）可知，水分子在短時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是規(guī)則的B．由圖（b）可知，石墨中碳原子排列具有空間上的周期性C．由圖（c）可知，管的內(nèi)徑越大，毛細(xì)現(xiàn)象越明顯D．由圖（d）可知，溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈6．（2024·四川成都·模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，導(dǎo)熱良好的固定直立圓筒內(nèi)，用面積為S，重力為0.01p0S的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞能無(wú)摩擦滑動(dòng)。圓筒與溫度為3T0的熱源接觸，平衡時(shí)圓筒內(nèi)的氣體處于狀態(tài)A，此時(shí)體積為6V0。緩慢推動(dòng)活塞使氣體達(dá)到狀態(tài)B，此時(shí)體積為5V0。固定活塞，升高熱源溫度，氣體達(dá)到狀態(tài)C，此時(shí)壓強(qiáng)為1.4p0。從狀態(tài)A到狀態(tài)C，氣體從外界吸收熱量Q；從狀態(tài)B到狀態(tài)C，氣體內(nèi)能增加ΔU。已知大氣壓強(qiáng)為1.01p0，下列說(shuō)法正確的是（）A．氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B，其分子平均動(dòng)能不變，圓筒內(nèi)壁單位面積受到的壓力增大B．氣體在狀態(tài)A的壓強(qiáng)為1.2p0C．氣體在狀態(tài)C的溫度為3.6T0D．氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B過(guò)程中外界對(duì)系統(tǒng)做的功W=ΔU?Q7．（2025·廣西·模擬預(yù)測(cè)）一定質(zhì)量的理想氣體從A狀態(tài)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)A→B→C→D→A，最后回到初始狀態(tài)A，各狀態(tài)參量如圖所示。下列說(shuō)法正確的是（）A．A狀態(tài)到C狀態(tài)氣體吸收熱量B．B狀態(tài)到C狀態(tài)氣體分子的平均動(dòng)能減小C．B→C過(guò)程氣體對(duì)外做功大于C→D過(guò)程外界對(duì)氣體做功D．氣體在整個(gè)過(guò)程中從外界吸收的總熱量可以用ABCD的面積來(lái)表示8．（24-25高三上·甘肅白銀·期中）如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)依次經(jīng)過(guò)狀態(tài)、和后再回到狀態(tài)，則（

）A．到過(guò)程，氣體內(nèi)能減少 B．到過(guò)程，氣體對(duì)外界做正功C．到過(guò)程，氣體從外界吸收熱量 D．經(jīng)過(guò)一次循環(huán)過(guò)程，氣體從外界吸收熱量三、解答題9．（2025·廣東·模擬預(yù)測(cè)）卡諾熱機(jī)是只有兩個(gè)熱源（一個(gè)高溫?zé)嵩春鸵粋€(gè)低溫?zé)嵩矗┑暮?jiǎn)單熱機(jī)，其循環(huán)過(guò)程的圖像如圖所示，它由兩個(gè)等溫過(guò)程（a→b和c→d）和兩個(gè)絕熱過(guò)程（b→c和d→a）組成。若熱機(jī)的工作物質(zhì)為理想氣體，高溫?zé)嵩礈囟葹椋蜏責(zé)嵩礈囟葹閳D像中a、b、c、d各狀態(tài)的參量如圖所示。求：(1)氣體處于狀態(tài)c的壓強(qiáng)；(2)氣體處于狀態(tài)a的體積；(3)若過(guò)程a→b熱機(jī)從高溫?zé)嵩次鼰幔^(guò)程c→d熱機(jī)向低溫?zé)嵩捶艧?，求熱機(jī)完成一次循環(huán)對(duì)外做的功W。10．（2024·浙江金華·二模）如圖甲所示，導(dǎo)熱良好的汽缸內(nèi)用面積、質(zhì)量的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，氣柱的長(zhǎng)度為，活塞能無(wú)摩擦滑動(dòng)?，F(xiàn)將汽缸順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)90°使其開(kāi)口端水平向右如圖乙，不計(jì)活塞厚度，汽缸足夠長(zhǎng)且不漏氣，大氣壓強(qiáng)，g取。(1)此過(guò)程中缸內(nèi)氣體的內(nèi)能（選填“增大”“減小”或“不變”）；單位時(shí)間內(nèi)氣體分子碰撞活塞的次數(shù)（填“變多”、“變少”或“不變”）。(2)現(xiàn)將汽缸固定在傾角為斜面上，如圖丙，求活塞穩(wěn)定后封閉氣柱的長(zhǎng)度。(3)降低丙圖中的氣體溫度，使活塞緩慢回到甲圖位置，若氣體釋放了40J的熱量，求氣體內(nèi)能的變化量。11．（2024·廣西·模擬預(yù)測(cè)）在駐波聲場(chǎng)作用下，水中小氣泡周?chē)后w的壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生周期性變化，使小氣泡周期性膨脹和收縮，氣泡內(nèi)氣體可視為質(zhì)量不變的理想氣體，其膨脹和收縮過(guò)程可簡(jiǎn)化為如下圖所示的p—V圖像，氣泡內(nèi)氣體先從壓強(qiáng)為P0、體積為V0、熱力學(xué)溫度為T(mén)0的狀態(tài)A等溫膨脹到體積為5V0、壓強(qiáng)為pB的狀態(tài)B，然后從狀態(tài)B絕熱收縮到體積為V0、壓強(qiáng)為1.9p0、熱力學(xué)溫度為T(mén)C的狀態(tài)C，B到C過(guò)程中外界對(duì)氣體做功為W，已知p0、V0、T0和W。求：(1)A、B狀態(tài)的壓強(qiáng)之比：(2)B、C狀態(tài)的熱力學(xué)溫度之比；(3)B到C過(guò)程，則此過(guò)程中氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能變化了多少。12．（2024·河北邯鄲·模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，有一個(gè)豎直放置的容器，橫截面積為，有一隔板放在卡槽上將容器分隔為容積均為的上下兩部分，另有一只氣筒分別通過(guò)單向進(jìn)氣閥與容器上下兩部分連接（氣筒連接處的體積不計(jì)，抽氣、打氣時(shí)氣體溫度保持不變），初始時(shí)、均關(guān)閉，活塞位于氣筒最右側(cè)，上下氣體壓強(qiáng)均為大氣壓強(qiáng)p0，活塞從氣筒的最右側(cè)運(yùn)動(dòng)到最左側(cè)完成一次抽氣，從最左側(cè)運(yùn)動(dòng)到最右側(cè)完成一次打氣?；钊瓿梢淮纬闅?、打氣后，隔板與卡槽未分離，此時(shí)容器上下兩部分氣體壓強(qiáng)之比為3∶5，重力加速度為。(1)求氣筒的容積；(2)當(dāng)完成抽氣、打氣各2次后，隔板與卡槽仍未分離，則隔板的質(zhì)量至少是多少？13．（2024·浙江臺(tái)州·一模）如圖是一個(gè)內(nèi)部呈不規(guī)則形狀的導(dǎo)熱花瓶，為測(cè)量花瓶?jī)?nèi)部容積，在花瓶上插入一根兩端開(kāi)口的玻璃管，接口處用蜜蠟密封。玻璃管豎直放置，其內(nèi)部橫截面積為，質(zhì)量為的水銀柱將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在花瓶?jī)?nèi)，水銀柱靜止時(shí)玻璃管中的空氣柱長(zhǎng)度為，此時(shí)外界溫度為。現(xiàn)把花瓶浸在溫度為的熱水中，水銀柱再次靜止時(shí)下方的空氣柱長(zhǎng)度變?yōu)?。若瓶?jī)?nèi)氣體內(nèi)能變化與溫度變化的關(guān)系為（為已知常量）。假設(shè)實(shí)驗(yàn)中環(huán)境溫度和大氣壓不變且水銀未流出。求：(1)花瓶浸在熱水中直到熱平衡，氣體的平均速率（“增加”、“不變”或“減少”）；單位面積上氣體碰撞花瓶壁的平均作用力（“增加”、“不變”或“減少”）；(2)花瓶?jī)?nèi)部的容積；(3)若大氣壓強(qiáng)，溫度從變?yōu)闀r(shí)，氣體吸收的熱量。14．（2024·廣東清遠(yuǎn)·模擬預(yù)測(cè)）如圖所示為水銀汲取原理圖。在圓柱形容器中裝有一定量的水銀，將兩端開(kāi)口、中間有一活塞的圓柱形玻璃管一端緩慢浸入水銀中。待第一次穩(wěn)定時(shí)玻璃管中液面比容器中的液面低，活塞與玻璃管中液面相距，玻璃管下沿未與容器底接觸。已知活塞質(zhì)量，外界大氣壓強(qiáng)，圓柱形容器的橫截面積是玻璃管的2倍，重力加速度?，F(xiàn)用力緩慢拉動(dòng)活塞，待第二次穩(wěn)定時(shí)，玻璃管與容器中的液面等高，外界溫度保持不變，不計(jì)活塞與玻璃管間的摩擦，求：(1)第一次穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，玻璃管中封閉氣體的壓強(qiáng)；(2)第二次穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，力的大小；(3)兩次穩(wěn)定狀態(tài)下，活塞往上移動(dòng)的距離。四、綜合題15．（2024·浙江金華·一模）如圖所示，一個(gè)長(zhǎng)筒型導(dǎo)熱薄壁注射器內(nèi)有長(zhǎng)度為L(zhǎng)033cm的空氣，將注射器豎直放在水銀槽中，注射器底部與