2025年高考物理：图像专题 专题10热学中的图像问题（共5种图像类型）-学案解析版

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知识梳理
知识点一、热学中的图像问题
1、两种等温变化图像
2、p－T图像与V－T图像的比较
3、分析气体图像问题的注意事项
(1)在根据图像判断气体的状态变化时，首先要确定横、纵坐标表示的物理量，其次根据图像的形状判断各物理量的变化规律．
(2)不是热力学温度的先转换为热力学温度．
(3)要将图像与实际情况相结合．
题型归类
类型1 分子间的作用力和分子间势能随距离关系图像
1．（2023春•吉安期末）用电脑软件模拟两个相同分子在仅受分子力作用下的运动。将两个质量均为m的A、B分子从x轴上的﹣x0和x0处由静止释放，如图1所示。其中B分子的速度v随位置x的变化关系如图2所示。取无限远处势能为零，下列说法正确的是（ ）
A．A、B间距离为x1时分子力为零
B．A、B间距离为2（x1﹣x0）时分子力为零
C．A、B系统的分子势能最小值为12mv22-12mv12
D．释放时A、B系统的分子势能为mv22
【解答】解：AB、由图乙可知，B分子在x0～x1过程中做加速运动，说明开始时两分子间作用力为斥力，在x1处速度最大，加速度为0，即两分子间的作用力为0，根据运动的对称性可知，此时A、B分子间的距离为2x1，故AB错误；
C、由能量守恒可知，当两分子速度最大即动能最大时，分子势能最小，则最小分子势能为：Epmin=mv22-2×12mv12=mv22-mv12，故C错误；
D、由图乙可知，两分子运动到无穷远处的速度为v2，在无穷远处的总动能为：2×12mv22=mv22，由题意可知，无穷远处的分子势能为0，由能量守恒可知，释放时A、B系统的分子势能为mv22，故D正确；
故选：D。
2．（2023春•石屏县校级期末）分子力F随分子间距离r的变化如图所示.将两分子从相距r＝r2处释放，仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是（ ）
A．从r＝r2到r＝r0，分子间作用力表现为斥力
B．从r＝r2到r＝r1，分子力的大小先减小后增大
C．从r＝r2到r＝r0，分子势能先减小后增大
D．从r＝r2到r＝r1，分子动能先增大后减小
【解答】解：A、从r＝r2到r＝r0分子间引力、斥力都在增加，但斥力增加的更快，故A错误；
B、由图可知，在r＝r时分子力为零，故从r＝r2到r＝r1分子力的大小先增大后减小再增大，故B错误；
C、分子势能在r＝r时最小，故从r＝r2到r＝r0分子势能一直在减小，故C错误；
D、从r＝r2到r＝r1分子力先做正功后做负功，故分子动能先增大后减小，故D正确；
故选：D。
3．（2023春•玉林期中）如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图申曲线所示。F＞0表示斥力，F＜0表示引力，A、B、C、D为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从A处由静止释放，则下列选项中的图分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，其中可能正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【解答】解：A、由F﹣x图象知，从A到C过程中乙分子一直在加速，到C点速度最大，经过C点后乙分子的速度减小，故A错误；
B、加速度与力的大小成正比，方向与力相同，加速度等于0的是C点，故B正确；
C、乙分子从A处由静止释放，分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能先减小，到C点势能最小，此后表现为斥力，分子力做负功，分子势能增大，故C错误；
D、从A到C过程中乙分子一直在加速，到C点速度最大，经过C点后乙分子的速度减小，动能减小，但动能不能为负值，故D错误。
故选：B。
4．（2023春•邯郸期中）分子间存在着分子力，并且分子间存在与其相对距离有关的分子势能。分子势能Ep随分子间距离r变化的图像如图所示，取r趋近于无穷大时Ep为零。通过功能关系可以从此图像中得到有关分子力的信息，若仅考虑两个分子间的作用，下列说法正确的是（ ）
A．分子间距离由r3减小为r2的过程中，分子力逐渐增大
B．分子间距离为r2时，引力和斥力平衡
C．假设将两个分子从r＝r2处释放，它们将相互靠近
D．假设将两个分子从r＝r1处释放，则分子间距离增大但始终小于r3
【解答】解：AB、分子力为零时，分子势能最小。由图可知r＝r2时为平衡位置，分子间距离由r3减小为r2的过程中，分子力的情况可能一直减小，也可能先增大后减小，故A错误，B正确；
C、假设将两个分子从r＝r2处释放，分子处于平衡状态，保持静止，故C错误；
D、r3处的分子势能小于r1处的分子势能，可知r3处分子动能不为零，所以将两个分子从r＝r1处释放，则分子间距离增大且可以大于r3，故D错误；
故选：B。
5．（2023春•驿城区校级期末）如图所示，有关分子力和分子势能曲线的说法中，正确的是（ ）
A．当r＝r0时，分子为零，分子势能最小也为零
B．当r＞r0时，分子力和分子势能都随距离的增大而增大
C．在两分子由无穷远逐渐靠近直至距离最小的过程中分子力先做正功后做负功
D．在两分子由无穷远逐渐靠近直至距离最小的过程中分子势能先增大，后减小，最后又增大
【解答】解：A、r＞r0，分子力表现为引力，r＜r0，分子力表现为斥力，当r从无穷大开始减小，分子力做正功，分子势能减小，当r减小到r0继续减小，分子力做负功，分子势能增加，所以在r0处有最小势能，但是不一定是0．故A错误；
B、r＞r0，分子力表现为引力，当r的距离增大，分子力先增大后减小。故B错误；
C、r＞r0，分子力表现为引力，r＜r0，分子力表现为斥力，当r从无穷大开始减小，分子力做正功，分子势能减小，当r减小到r0继续减小，分子力做负功。故C正确；
D、由以上的分析可知，在两分子由无穷远逐渐靠近直至距离最小的过程中分子势能先减小，后增大。故D错误。
故选：C。
类型2 分子数的百分比随气体分子速率的变化图像
6．（2023•黄浦区二模）如图，曲线Ⅰ和Ⅱ为某种气体在不同温度下的分子速率分布曲线，则（ ）
A．曲线Ⅰ对应状态的温度更高
B．曲线Ⅰ对应状态的速率的分布范围更广
C．曲线Ⅰ与横轴所围面积更大
D．曲线Ⅰ对应状态的气体分子平均速率更小
【解答】解：A、气体的温度越高，速率较大的分子所占的比例越大，曲线Ⅰ对应状态的温度更低，故A错误；
B、由图像可知，曲线Ⅱ对应状态的速率的分布范围更广，故B错误；
C、曲线下的面积表示分子速率从0﹣∞所有区间内分子数的比率之和，为1，故曲线Ⅰ、Ⅱ与横轴所围面积相等，故C错误；
D、由A得，曲线Ⅰ对应状态的温度更低，分子平均动能越小，则曲线Ⅰ对应状态的气体分子平均动能越小，平均速率更小，故D正确。
故选：D。
7．（2023春•浦东新区校级期末）如图，曲线Ⅰ和Ⅱ为某种气体在不同温度下的分子速率分布曲线，则下列说法正确的是（ ）
A．曲线Ⅰ对应状态的气体分子平均动能更小
B．曲线Ⅰ与横轴所围面积更大
C．曲线Ⅱ与横轴所围面积更大
D．说明单个分子做无规则运动具有一定的规律性
【解答】解：A．气体的温度越高，速率较大的分子所占的比例越大，所以曲线I对应状态的温度更低，温度是分子平均动能的标志，故曲线I对于状态的气体分子平均动能更小，故A正确；
BC．曲线下的面积表示分子速率从0～∞所有区间内分子数的比率之和为1，故两曲线与横轴所围面积相等，故BC错误；
D．曲线是大量分子统计得到的规律，不能说明单个分子做无规则运动具有一定的规律性，故D错误；
故选：A。
8．（2023春•富平县期末）关于分子动理论，下列说法正确的是（ ）
A．图甲中，状态①的温度比状态②的温度低
B．图甲中，两条曲线如果完整，下方的面积不相等
C．由图乙可知，当分子间的距离从r2逐渐减小为r1时，分子力做正功
D．由图乙可知，当分子间的距离从r2逐渐减小为r0时，分子势能不断减小
【解答】解：AB、根据温度是分子平均动能的标志，当温度升高时分子的平均动能增大，则分子的平均速率也将增大，题图甲中状态①的温度比状态②的温度高。两条曲线如果完整，两条曲线下的面积相等均为1，故AB错误；
C、由题图乙可知，当分子间的距离r＞r0时，分子间作用力表现为引力，分子间距离由r2变到r0的过程中，分子力做正功；分子间距离由r0减小到r1的过程中，分子间为斥力，所以在相互靠近过程中，分子力做负功，故C错误；
D、当分子间的距离从r2逐渐减小为r0时，分子力为引力，分子力做正功，所以分子势能不断减小，故D正确。
故选：D。
类型3 热学中的P-V图或p－eq \f(1,V)图
9．（2022秋•高邮市期末）如图所示，一定质量的理想气体经历a→b的等压过程，b→c的等容过程，再由c回到a，状态a和状态c气体温度相同，则（ ）
A．由a→b气体对外界放出的热量等于外界对气体做的功
B．由b→c气体内能增大
C．由c→a气体温度逐渐降低
D．由a→b→c→a外界对气体做正功
【解答】解：A、由a→b为等压过程，气体体积减小，即外界对气体做功，且W＞0，由公式V1T1=V2T2可知，温度降低，所以内能减少，即ΔU＜0。由热力学第一定律有：ΔU＝W+Q，结合之前分析可知，气体放的热量大于外界对气体做的功，故A错误；
B、由b→c过程为等容过程，根据p1T1=p2T2可知，气体的温度升高，所以理想气体的内能增加，故B项正确；
C、理想气体从状态c到状态a过程，由题意、理想气体状态方程paVaTa=pcVcTc、图像可知，Va＞Vc，所以气体对外界做功，又因为，Ta＝Tc，又因为在p﹣V图像中的等温线是一条反比例函数，又a，c两点在同一条等温线上，多画几条等温线，可知，离原点越远的等温线温度越高，所以从c到a温度先升高后减低，故C错误；
D、因为p﹣V图像与坐标轴围成的面积表示气体做功的情况，整个过程气体对外界做的功大于外界对气体做的功，所以外界对气体做负功，故D错误。
故选：B。
10．（2023•齐齐哈尔开学）如图所示为一定质量的理想气体的压强随体积变化的p-1V图像，其中AB段为双曲线，BC段与横轴平行，则下列说法正确的是（ ）
A．过程①气体分子单位时间内对容器壁单位面积的平均作用力增大
B．过程②中气体分子单位时间内对容器壁的碰撞次数减少
C．过程③中气体内能不变，气体从外界吸收热量
D．整个循环过程中，气体对外界做的功大于外界对气体做的功
【解答】解：A、根据一定质量的理想气体状态方程
pV＝CT
化简得
p=CT⋅1V
结合p-1V图像可知，图像的斜率为
k＝CT
过程①中从A→B，B点与O点连线的斜率变小，说明气体温度降低，气体分子的平均动能减小；根据理想气体压强的微观意义可知，气体分子单位时间内对容器壁单位面积的平均作用力减小，故A错误；
B、过程②中从B→C，C点与O点连线的斜率变大，气体温度升高，气体的体积增大，气体的密集程度减小，压强不变，气体对容器壁碰撞的几率减小，由理想气体压强的微观意义可知气体分子单位时间内对容器壁的碰撞次数减少，故B正确；
C、过程③可读出压强增大，斜率不变，即温度不变，内能不变，但是体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体向外界放出热量，故C错误；
D、C→A→B过程和B→C过程气体体积变化量大小相同，根据图像可知前一过程压强大于后一过程，根据W＝pΔV可知，气体对外界做的功小于外界对气体做的功，故D错误。
故选：B。
11．（2023春•安丘市月考）在四冲程内燃机的奥托循环中，一定质量的理想气体经历两个绝热和两个等容的循环过程，从状态a依次经过状态b、c和d后再回到状态a，其p﹣V图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．气体在状态a时的内能等于状态b时的内能
B．气体分子的平均动能Eka＝Ekb＜Ekc＝Ekd
C．在由状态c到d的过程中，单位时间内气体分子对气缸壁单位面积的碰撞次数一定减小
D．在由状态a经b到c的过程中，气体吸收的热量小于由状态c经d到a过程中放出的热量
【解答】解：AB．a→b为绝热过程，体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律ΔU＝W+Q知，气体内能增加，则Ua＜Ub，理想气体的内能只由温度决定，故分子平均动能满足Eka＜Ekb，故AB错误；
C．从状态c到d为绝热过程，则Q＝0。体积增大，气体对外界做功，W＜0，内能减少。由图可知，压强降低，则单位时间内气体分子对气缸壁单位面积的碰撞次数一定减小，故C正确；
D．由状态a经b到c的过程中，外界对气体做的正功为W1，吸收的热量为Q1，由状态c经d到a过程中，气体对外界做的正功为W2，放出的热量为Q2，由热力学第一定律可得ΔU＝W1+Q1﹣W2﹣Q2＝0；p﹣V图像中，图线与坐标轴所围成的面积表示外界对气体做功的绝对值，则有W1＜W2，所以Q1﹣Q2＝W2﹣W1＞0。则由状态a经b到c的过程中，气体吸收的热量大于由状态c经d到a过程中放出的热量，故D错误。
故选：C。
类型4 热学中的P-T图
12．（2023春•日照期中）一定质量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如p﹣T图上的两条线段所示。若气体在状态a、b、c时的体积分别为Va、Vb、Vc，则它们的大小关系正确的是（ ）
A．Va＝Vb＜VcB．Va＝Vb＞VcC．Va＞Vb＝VcD．Va＜Vb＝Vc
【解答】解：由图可知，理想气体由状态a到状态b是等容变化，即Va＝Vb
理想气体由状态b到状态c，根据理想气体状态方程有pbVbTb=pcVcTc
由图可知pb＞pc，Tb＜Tc
所以Vb＜Vc
即Va＝Vb＜Vc
故选：A。
13．（2023•辽宁）“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．
【解答】解：由p﹣T图像可知a→b的过程为等压升温的过程，由一定质量理想气体的状态方程：pVT=C，可知此过程气体的体积增大，则此过程的p﹣V图像是平行于横轴的直线，且b在a右侧。
由p﹣T图像可知b→c的过程，气体的压强减小，温度降低，根据pVT=C，无法判断气体体积如何变化，但是此过程气体的压强减小，则在p﹣V图像中c在b的下方。
综合上述分析，可知全过程对应的p﹣V图像只有B选项的图像是可能的，故B正确，ACD错误。
故选：B。
14．（2023•安庆模拟）如图所示为一定质量的理想气体的压强随温度变化的图像，其中c→a的延长线通过坐标原点，b→c和a→b分别与T轴和p轴平行，下列说法正确的是（ ）
A．a→b过程气体单位体积内的分子数减少
B．b→c过程气体分子平均动能减小
C．c→a过程气体向外界放热
D．全过程状态b的体积最大
【解答】解：A、根据一定质量的理想气体状态方程pVT=C，可得p与T的函数关系为：p=CVT，a→b过程温度不变，压强增大，可知气体的体积减小，则单位体积内的分子数增加，故A错误；
A、由图可知b→c过程气体发生等压变化，温度升高，根据pVT=C，可知气体温度升高，而温度是分子的平均动能的标志，所以气体分子平均动能增大，故B错误；
C、根据一定质量的理想气体状态方程pVT=C，可知c→a过程气体发生等容变化，则外界对气体不做功，气体温度减小，内能减小，根据热力学第一定律可知气体对外放热，故C正确；
D、由以上的分析可知，a状态的体积大于b状态的体积，而c状态的体积等于a状态的体积，所以状态b体积最小，故D错误。
故选：C。
类型5 热学中的V-T图
15．（2023•历下区校级模拟）如图所示，一定质量的理想气体的V﹣T图像从1→2→3的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．状态1的压强大于状态2的压强
B．1→2过程中气体内能的减少量大于2→3过程内能的增加量
C．1→2过程外界对气体做的功大于气体放出的热量
D．2→3过程中气体分子单位时间内在器壁单位面积上撞击的次数减小
【解答】解：A．根据理想气体状态方程pVT=C可得V=Cp⋅T；因此斜率越大，压强越小。由图像可得状态1的压强与状态2的压强大小关系为p1＜p2，故A错误；
B．由V﹣T图像可知，气体从1→2→3过程，气体温度先降低后升高，而理想气体的内能只由温度决定，故气体内能先减小后增大，由于T1＝T3，则状态1的气体内能等于状态3的气体内能，可知1→2过程中气体内能的减少量等于2→3过程内能的增加量，故B错误；
C．由V﹣T图像可知，1→2过程气体体积减小，外界对气体做正功，气体温度降低，气体内能减少，根据热力学第一定理可知，外界对气体做的功小于气体放出的热量，故C错误；
D．由V﹣T图像可知，2→3过程气体压强保持不变，气体温度升高，分子平均动能增大，根据压强微观意义可知，气体分子单位时间内在器壁单位面积上撞击的次数减小，故D正确。
故选：D。
16．（2023•泰安一模）气压式升降椅通过气缸上下运动来支配椅子升降，其简易结构如图乙所示，圆柱形气缸与椅面固定连接，柱状气缸杆与底座固定连接。可自由移动的气缸与气缸杆之间封闭一定质量的理想气体，设气缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力。设气体的初始状态为A，某人坐上椅面后，椅子缓慢下降一段距离达到稳定状态B。然后打开空调，一段时间后，室内温度降低到设定温度，稳定后气体状态为C（此过程人的双脚悬空）；接着人缓慢离开座椅，直到椅子重新达到另一个稳定状态D，室内大气压保持不变，则气体从状态A到状态D的过程中，关于p、V、T的关系图正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【解答】解：从状态A到状态B过程中，气体等温压缩，体积减小，压强增大，温度不变，从B到C，气体等压降温，温度降低，体积减小，压强不变，从C到D过程中，气体等温膨胀，体积变大，压强减小，且D状态的压强恢复为原A状态的压强。
A、A图中A、D、O三点不在同一条直线上，说明A与D的压强不同，故A错误；
B、B图中的过程与发生的过程一一对应，故B正确；
CD、C图与D图中各过程是正确的，但A与D点的压强不相等，故CD错误。
故选：B。
17．（2023春•孝感期中）如图为一定质量的理想气体的V﹣T图像，该气体经历了从a→b→c的状态变化，图中ab连线平行于V轴，ac是双曲线的一部分，bc连线通过坐标原点O，则三个状态下的压强满足（ ）
A．Pb＜Pa＝PcB．Pa＜Pb＝PcC．Pc＞Pa＝PbD．Pa＞Pb＝Pc
【解答】解：根据一定质量理想气体状态方程PVT=C，得V=CPT
故V﹣T图像中的等压线为过原点的一次函数，斜率越大压强越小，故Pa＜Pb＝Pc。故B正确，ACD错误。
故选：B。
18．（2023•潍坊模拟）气缸中有一定质量的理想气体，气体由初始状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到初始状态，其V﹣T图像如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．bc过程中气体分子数密度增大
B．ab过程中每个气体分子的动能增大
C．ab过程中气体对外做的功大于ca过程中外界对气体做的功
D．ca过程中气体分子在单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少
【解答】解：A．bc过程中，根据图像可知气体的体积不变，则单位体积内的气体分子数不变，气体分子数密度不变，故A错误；
B．ab过程等压变化，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，但并不是每个气体分子的动能都增大，故B错误；
C．ab过程中气体体积的变化量等于ca过程中气体体积的变化量，但ca过程中气体的平均压强小于ab过程中气体的平均压强，所以ab过程中气体对外做的功大于ca过程中外界对气体做的功，故C正确；
D．ca过程是等温变化，分子平均动能不变，但体积减小，单位体积内的分子数目增多，因此单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多，故D错误。
故选：C。
19．（2023•大连模拟）某汽缸内封闭有一定质量的理想气体，从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，其V﹣T图像如图所示，则在该循环过程中，下列说法正确的是（ ）
A．从状态B到C，气体吸收热量
B．从状态C到D，气体的压强增大
C．从状态D到A，单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数减少
D．若气体从状态C到D，内能增加3kJ，对外做功5kJ，则气体对外界放出热量8kJ
【解答】解：A、从状态B到C过程发生等温变化，内能不变，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体放出热量，故A错误；
B、根据公式pV＝CT可知，从C到D过程发生等压变化，故B错误；
C、从D→A过程中，气体的温度不变，则单个气体分子碰撞器壁的力不变，压强减小，则必然是单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数减小造成的，故C正确；
D、由ΔU＝Q+W可知，Q＝8kJ，即气体从外界吸收热量8kJ，故D错误；
故选：C。
内容
p－eq \f(1,V)图像
p－V图像
图像
特点
物理
意义
一定质量的某种气体，温度不变时，pV＝恒量，p与V成反比，p与eq \f(1,V)就成正比，在p－eq \f(1,V)图上的等温线应是过原点的倾斜直线
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，p与V成反比，因此等温过程的p－V图像是双曲线的一支
温度
高低
直线的斜率为p与V的乘积，斜率越大，pV乘积越大，温度就越高，图中T2>T1
一定质量的某种气体，温度越高，气体压强与体积的乘积必然越大，在p－V图上的等温线就越高，图中T2>T1
不同点
图像
纵坐标
压强p
体积V
斜率意义
斜率越大，体积越小，V4