五年2018-2022高考物理真题按知识点分类汇编32-理想气体的状态方程（含解析）

五年2018-2022高考物理真题按知识点分类汇编32-理想气体的状态方程（含解析）

一、单选题

1．（2022·湖北·统考高考真题）一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p—V图中a→c直线段所示，状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是（   ）

A．a→b是等温过程

B．a→b过程中气体吸热

C．a→c过程中状态b的温度最低

D．a→c过程中外界对气体做正功

2．（2022·江苏·高考真题）如图所示，一定质量的理想气体分别经历和两个过程，其中为等温过程，状态b、c的体积相同，则（　　）

A．状态a的内能大于状态b B．状态a的温度高于状态c

C．过程中气体吸收热量 D．过程中外界对气体做正功

3．（2022·辽宁·高考真题）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

4．（2022·江苏·高考真题）自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是（　　）

A．体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变

B．压强增大是因为氢气分子之间斥力增大

C．因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体

D．温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化

5．（2022·重庆·高考真题）2022年5月15日，我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造了海拔9032米的大气科学观测世界纪录。若在浮空艇某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇内气体（　　）（视为理想气体）

A．吸收热量 B．压强增大 C．内能减小 D．对外做负功

二、多选题

6．（2022·全国·统考高考真题）一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如图上的两条线段所示，则气体在（　　）

A．状态a处的压强大于状态c处的压强

B．由a变化到b的过程中，气体对外做功

C．由b变化到c的过程中，气体的压强不变

D．由a变化到b的过程中，气体从外界吸热

E．由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能

7．（2021·全国·高考真题）如图，一定量的理想气体从状态经热力学过程、、后又回到状态a。对于、、三个过程，下列说法正确的是（　　）

A．过程中，气体始终吸热

B．过程中，气体始终放热

C．过程中，气体对外界做功

D．过程中，气体的温度先降低后升高

E．过程中，气体的温度先升高后降低

8．（2018·海南·高考真题）如图，一定量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状态c。a、c两状态温度相等．下列说法正确的是______

A．从状态b到状态c的过程中气体吸热

B．气体在状态a的内能等于在状态c的内能

C．气体在状态b的温度小于在状态a的温度

D．从状态a到状态b的过程中气体对外做正功

三、填空题

9．（2022·河北·高考真题）如图，绝热密闭容器中装有一定质量的某种理想气体和一个充有同种气体的气球。容器内温度处处相同。气球内部压强大于外部压强。气球慢慢漏气后，容器中气球外部气体的压强将______（填“增大”“减小”或“不变”）；温度将______（填“升高”“降低”或“不变”）。

10．（2021·福建·高考真题）如图，一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，该过程气体对外___________（填“做正功”“做负功”或“不做功”），气体的温度___________（填“升高”“降低”“先升高后降低”“先降低后升高”或“始终不变”）。

四、解答题

11．（2022·全国·统考高考真题）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。

（1）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；

（2）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。

12．（2022·重庆·高考真题）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。

13．（2021·河北·高考真题）某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气，温度为27℃时，压强为。

（1）当夹层中空气的温度升至37℃，求此时夹层中空气的压强；

（2）当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值，设环境温度为27℃，大气压强为。

14．（2021·湖北·统考高考真题）质量为m的薄壁导热柱形气缸，内壁光滑，用横截面积为的活塞封闭一定量的理想气体。在下述所有过程中，气缸不漏气且与活塞不脱离。当气缸如图(a)竖直倒立静置时。缸内气体体积为V1，。温度为T1。已知重力加速度大小为g，大气压强为p0。

(1)将气缸如图(b)竖直悬挂，缸内气体温度仍为T1，求此时缸内气体体积V2；

(2)如图(c)所示，将气缸水平放置，稳定后对气缸缓慢加热，当缸内气体体积为V3时，求此时缸内气体的温度。

15．（2021·辽宁·高考真题）如图（a）所示，“系留气球”是一种用缆绳固定于地面、高度可控的氦气球，作为一种长期留空平台，具有广泛用途。图（b）为某一“系留气球”的简化模型图；主、副气囊通过无漏气、无摩擦的活塞分隔，主气囊内封闭有一定质量的氦气（可视为理想气体），副气囊与大气连通。轻弹簧右端固定、左端与活塞连接。当气球在地面达到平衡时，活塞与左挡板刚好接触，弹簧处于原长状态。在气球升空过程中，大气压强逐渐减小，弹簧被缓慢压缩。当气球上升至目标高度时，活塞与右挡板刚好接触，氦气体积变为地面时的1.5倍，此时活塞两侧气体压强差为地面大气压强的。已知地面大气压强p0=1.0×105Pa、温度T0=300K，弹簧始终处于弹性限度内，活塞厚度忽略不计。

（1）设气球升空过程中氦气温度不变，求目标高度处的大气压强p；

（2）气球在目标高度处驻留期间，设该处大气压强不变。气球内外温度达到平衡时，弹簧压缩量为左、右挡板间距离的。求气球驻留处的大气温度T。

16．（2020·山东·高考真题）中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为450 K，最终降到300 K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的。若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。

17．（2018·全国·高考真题）如图，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口a和b，a、b间距为h，a距缸底的高度为H；活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m，面积为S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态，上、下方气体压强均为p0，温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞刚好到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。（重力加速度大小为g）

参考答案：

1．B

【详解】AB．根据理想气体的状态方程

可知a→b气体温度升高，内能增加，且体积增大气体对外界做功，则W < 0，由热力学第一定律

U = W + Q

可知a→b过程中气体吸热，A错误、B正确；

C．根据理想气体的状态方程

可知，p—V图像的坐标值的乘积反映温度，a状态和c状态的坐标值的乘积相等，而中间状态的坐标值乘积更大，a→c过程的温度先升高后降低，且状态b的温度最高，C错误；

D．a→c过程气体体积增大，外界对气体做负功，D错误。

故选B。

2．C

【详解】A．由于a→b的过程为等温过程，即状态a和状态b温度相同，分子平均动能相同，对于理想气体状态a的内能等于状态b的内能，故A错误；

B．由于状态b和状态c体积相同，且，根据理想气体状态方程

可知，又因为，故，故B错误；

CD．因为a→c过程气体体积增大，气体对外界做正功；而气体温度升高，内能增加，根据

可知气体吸收热量；故C正确，D错误；

故选C。

3．A

【详解】A．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，A正确；

B．由题图可知

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，B错误；

D．理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，D错误；

C．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，C错误。

故选A。

4．D

【详解】A．密闭容器中的氢气质量不变，分子个数不变，根据

可知当体积增大时，单位体积内分子个数变少，分子的密集程度变小，故A错误；

B．气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的；压强增大并不是因为分子间斥力增大，故B错误；

C．普通气体在温度不太低，压强不太大的情况下才能看作理想气体，故C错误；

D．温度是气体分子平均动能的标志，大量气体分子的速率呈现“中间多，两边少”的规律，温度变化时，大量分子的平均速率会变化，即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化，故D正确。

故选D。

5．C

【详解】由于浮空艇上升过程中体积和质量均不变，则艇内气体不做功；根据

可知温度降低，则艇内气体压强减小，气体内能减小；又根据

可知气体放出热量。

故选C。

6．ABD

【详解】AC．根据理想气体状态方程可知

即图像的斜率为，故有

故A正确，C错误；

B．理想气体由a变化到b的过程中，因体积增大，则气体对外做功，故B正确；

DE．理想气体由a变化到b的过程中，温度升高，则内能增大，由热力学第一定律有

而，，则有

可得

，

即气体从外界吸热，且从外界吸收的热量大于其增加的内能，故D正确，E错误；

故选ABD。

7．ABE

【详解】A．由理想气体的图可知，理想气体经历ab过程，体积不变，则，而压强增大，由可知，理想气体的温度升高，则内能增大，由可知，气体一直吸热，故A正确；

BC．理想气体经历ca过程为等压压缩，则外界对气体做功，由知温度降低，即内能减少，由可知，，即气体放热，故B正确，C错误；

DE．由可知，图像的坐标围成的面积反映温度，b状态和c状态的坐标面积相等，而中间状态的坐标面积更大，故bc过程的温度先升高后降低，故D错误，E正确；

故选ABE。

8．BD

【详解】A．内能是组成物体分子的无规则热运动动能和分子间相互作用势能的总和，由于理想气体的不考虑分子势能内能，故理想气体的内能等于分子平均动能的总和，而温度是分子平均动能的宏观表现，由理想气体状态方程

可知，当Vb=Vc，pb>pc时，Tb>TC，故，根据热力学第一定律

体积V不变，故W=0，所以，从状态b到状态c的过程中气体放热，选项A错误；

B．同理，气体在状态a的温度等于在状态c的温度，故气体在状态a的内能等于在状态c的内能，选项B正确；

C．由理想气体状态方程

可知当pa=pb，Va<Vb时，Ta<Tb，选项C错误；

D．从状态a到状态b的过程中气体膨胀对外做正功，故D正确；

故选BD。

9．     增大     升高

【详解】[2]假设气球内部气体和气球外部气体的温度不变，当气球内部的气体缓慢释放到气球外部，气球内部气体压强大于外部气体压强，根据玻意尔定律可知气球内的气体释放到外部时体积增大，相当于容器的体积增大；而容器的体积无法改变，所以将假设扩大体积的容器绝热压缩到原来容器的体积即可，气体绝热压缩，与外界无热交换，即，外界对气体做功，即，根据绝热情况下的热力学第一定律可知气体内能增加，温度升高；

[1]气体温度升高，根据理想气体实验定律可知气体压强增大。

10．     做正功     先升高后降低

【详解】[1]该过程气体体积增大，对外做正功。

[2]由题图可知，从状态A到状态B，p与V的乘积先增大后减小，根据理想气体状态方程

可知气体的温度先升高后降低。

11．（1）；（2）

【详解】（1）因两活塞的质量不计，则当环境温度升高时，Ⅳ内的气体压强总等于大气压强，则该气体进行等压变化，则当B中的活塞刚到达汽缸底部时，由盖吕萨克定律可得

解得

（2）设当A中的活塞到达汽缸底部时Ⅲ中气体的压强为p，则此时Ⅳ内的气体压强也等于p，设此时Ⅳ内的气体的体积为V，则Ⅱ、Ⅲ两部分气体被压缩的体积为V0-V，则对气体Ⅳ

对Ⅱ、Ⅲ两部分气体

联立解得

12．①；②

【详解】①在等容过程中，设0℃时气体压强为p0；根据查理定律有

解得

②当压强为p2，温度为0℃时，设此时体积为V2，则根据理想气体状态方程有

解得

13．（1）；（2）

【详解】（1）由题意可知夹层中的气体发生等容变化，根据理想气体状态方程可知

代入数据解得

（2）当保温杯外层出现裂缝后，静置足够长时间，则夹层压强和大气压强相等，设夹层体积为V，以静置后的所有气体为研究对象有

解得

则增加空气的体积为

所以增加的空气质量与原有空气质量之比为

14．(1)；(2)

【详解】(1)图(a)状态下，对气缸受力分析，如图1所示，则封闭气体的压强为

当气缸按图(b)方式悬挂时，对气缸受力分析，如图2所示，则封闭气体的压强为

对封闭气体由玻意耳定律得

解得

(2) 当气缸按图(c)的方式水平放置时，封闭气体的压强为

由理想气体状态方程得

解得

15．(1) 5.0×104Pa；(2) 266K

【详解】（1）汽囊中的温度不变，则发生的是等温变化，设气囊内的气体在目标位置的压强为，由玻意耳定律

解得

由目标处的内外压强差可得

解得

（2）有胡克定律可知弹簧的压缩量变为原来的，则活塞受到弹簧的压力也变为原来的，即

设此时气囊内气体的压强为，对活塞压强平衡可得

由理想气体状态方程可得

其中

解得

16．

【详解】设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1，温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2，罐的容积为V0，由题意知

p1=p0、T1=450 K、V1=V2、T2=300 K、①

由理想气体状态方程得

②

代入数据得

p2=0.7p0 ③

对于抽气罐，设初态气体状态参量分别为p3、V3，末态气体状态参量分别为p4、V4，罐的容积为，由题意知

p3=p0、V3=、p4=p2 ④

由玻意耳定律得

⑤

联立②⑤式，代入数据得

⑥

设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知

⑦

故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为

⑧

联立②⑤⑦⑧式，代入数据得

⑨

17．，（p0S＋mg）h

【详解】开始时活塞位于a处，加热后，汽缸中的气体先经历等容过程，直至活塞开始运动。设此时汽缸中气体的温度为T1，压强为p1，根据查理定律有

根据力的平衡条件有

p1S＝p0S＋mg

联立可得

此后，汽缸中的气体经历等压过程，直至活塞刚好到达b处，设此时汽缸中气体的温度为T2；活塞位于a处和b处时气体的体积分别为V1和V2。根据盖—吕萨克定律有

式中

V1＝SH

V2＝S（H＋h）

联立③④⑤⑥式解得

从开始加热到活塞到达b处的过程中，汽缸中的气体对外做的功为