高考物理全国甲、乙卷3年（2021-2023）真题汇编-05热学

高考物理全国甲、乙卷3年（2021-2023）真题汇编-05热学

一、多选题

1．（2023·全国·统考高考真题）对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是（　　）

A．等温增压后再等温膨胀

B．等压膨胀后再等温压缩

C．等容减压后再等压膨胀

D．等容增压后再等压压缩

E．等容增压后再等温膨胀

2．（2023·全国·统考高考真题）在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是（    ）

A．气体的体积不变，温度升高

B．气体的体积减小，温度降低

C．气体的体积减小，温度升高

D．气体的体积增大，温度不变

E．气体的体积增大，温度降低

3．（2022·全国·统考高考真题）一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如图上从a到b的线段所示。在此过程中（　　）

A．气体一直对外做功

B．气体的内能一直增加

C．气体一直从外界吸热

D．气体吸收的热量等于其对外做的功

E．气体吸收的热量等于其内能的增加量

4．（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

5．（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

二、填空题

6．（2021·全国·高考真题）如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积-温度（V-t）图上的两条直线I和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；t0为它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0是它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0=-273.15℃；a、b为直线I上的一点。由图可知，气体在状态a和b的压强之比=___________；气体在状态b和c的压强之比=___________。

三、解答题

7．（2023·全国·统考高考真题）如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变。求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强。（气体温度保持不变，以为压强单位）

8．（2023·全国·统考高考真题）一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17℃，密度为1.46kg/m3。

（i）升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27℃时舱内气体的密度；

（ii）保持温度27℃不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求舱内气体的密度。

9．（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。

10．（2022·全国·统考高考真题）如图，一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成，汽缸中活塞Ⅰ和活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体，两活塞用一轻质弹簧连接，汽缸连接处有小卡销，活塞Ⅱ不能通过连接处。活塞Ⅰ、Ⅱ的质量分别为、m，面积分别为、S，弹簧原长为l。初始时系统处于平衡状态，此时弹簧的伸长量为，活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸连接处的距离相等，两活塞间气体的温度为。已知活塞外大气压强为，忽略活塞与缸壁间的摩擦，汽缸无漏气，不计弹簧的体积。（重力加速度常量g）

（1）求弹簧的劲度系数；

（2）缓慢加热两活塞间的气体，求当活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，活塞间气体的压强和温度。

11．（2021·全国·高考真题）如图，一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管A、B、C粗细均匀，A、B两管的上端封闭，C管上端开口，三管的下端在同一水平面内且相互连通。A、B两管的长度分别为，。将水银从C管缓慢注入，直至B、C两管内水银柱的高度差。已知外界大气压为。求A、B两管内水银柱的高度差。

12．（2021·全国·高考真题）如图，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分为A、B两部分；初始时，A、B的体积均为V，压强均等于大气压p0，隔板上装有压力传感器和控制装置，当隔板两边压强差超过0.5p0时隔板就会滑动，否则隔板停止运动。气体温度始终保持不变。向右缓慢推动活塞，使B的体积减小为。

（i）求A的体积和B的压强；

（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时A的体积和B的压强。

参考答案：

1．ACD

【详解】A．对于一定质量的理想气体内能由温度决定，故等温增压和等温膨胀过程温度均保持不变，内能不变，故A正确；

B．根据理想气体状态方程

可知等压膨胀后气体温度升高，内能增大，等温压缩温度不变，内能不变，故末状态与初始状态相比内能增加，故B错误；

C．根据理想气体状态方程可知等容减压过程温度降低，内能减小；等压膨胀过程温度升高，末状态的温度有可能和初状态的温度相等，内能相等，故C正确；

D．根据理想气体状态方程可知等容增压过程温度升高；等压压缩过程温度降低，末状态的温度有可能和初状态的温度相等，内能相等，故D正确；

E．根据理想气体状态方程可知等容增压过程温度升高；等温膨胀过程温度不变，故末状态的内能大于初状态的内能，故E错误。

故选ACD。

2．ABD

【详解】A．气体的体积不变温度升高，则气体的内能升高，体积不变气体做功为零，因此气体吸收热量，A正确；

B．气体的体积减小温度降低，则气体的内能降低，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律

可知气体对外放热，B正确；

C．气体的体积减小温度升高，则气体的内能升高，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律

可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，C错误；

D．气体的体积增大温度不变则气体的内能不变，体积增大气体对外界做功，由热力学第一定律

可知

即气体吸收热量，D正确；

E．气体的体积增大温度降低则气体的内能降低，体积增大气体对外界做功，由热力学第一定律

可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，E错误。

故选ABD。

3．BCE

【详解】A．因从a到b的p—T图像过原点，由可知从a到b气体的体积不变，则从a到b气体不对外做功，选项A错误；

B．因从a到b气体温度升高，可知气体内能增加，选项B正确；

CDE．因W=0，∆U>0，根据热力学第一定律

∆U=W+Q

可知，气体一直从外界吸热，且气体吸收的热量等于内能增加量，选项CE正确，D错误。

故选BCE。

4．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。

5．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。

6．     1    

【详解】[1]根据盖吕萨克定律有

整理得

由于体积-温度（V-t）图像可知，直线I为等压线，则a、b两点压强相等，则有

[2]设时，当气体体积为 其压强为 ，当气体体积为 其压强为，根据等温变化，则有

由于直线I和Ⅱ各为两条等压线，则有

，

联立解得

7．，

【详解】设B管在上方时上部分气压为pB，则此时下方气压为pA，此时有

倒置后A管气体压强变小，即空气柱长度增加1cm，A管中水银柱减小1cm，A管的内径是B管的2倍，则

可知B管水银柱增加4cm，空气柱减小4cm；设此时两管的压强分别为、，所以有

倒置前后温度不变，根据玻意耳定律对A管有

对B管有

其中

联立以上各式解得

8．（i）1.41kg/m3；（ii）1.18kg/m3

【详解】（i）由摄氏度和开尔文温度的关系可得

T1 = 273＋17K = 290K，T2 = 273＋27K = 300K

理想气体状态方程pV = nRT可知

其中n为封闭气体的物质的量，即理想气体的正比于气体的质量，则

其中p1 = p2 = 1.2p0，ρ1 = 1.46kg/m3，代入数据解得

ρ2 = 1.41kg/m3

（ii）由题意得p3 = p0，T3 = 273＋27K = 300K同理可得

解得

ρ3 = 1.18kg/m3

9．（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

10．（1）；（2），

【详解】（1）设封闭气体的压强为，对两活塞和弹簧的整体受力分析，由平衡条件有

解得

对活塞Ⅰ由平衡条件有

解得弹簧的劲度系数为

（2）缓慢加热两活塞间的气体使得活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，对两活塞和弹簧的整体由平衡条件可知，气体的压强不变依然为

即封闭气体发生等压过程，初末状态的体积分别为

，

由气体的压强不变，则弹簧的弹力也不变，故有

有等压方程可知

解得

11．

【详解】对B管中的气体，水银还未上升产生高度差时，初态为压强，体积为，末态压强为，设水银柱离下端同一水平面的高度为，体积为，由水银柱的平衡条件有

B管气体发生等温压缩，有

联立解得

对A管中的气体，初态为压强，体积为，末态压强为，设水银柱离下端同一水平面的高度为，则气体体积为，由水银柱的平衡条件有

A管气体发生等温压缩，有

联立可得

解得

或

则两水银柱的高度差为

12．（i），；（ⅱ），

【详解】（i）对B气体分析，等温变化，根据玻意耳定律有

解得

对A气体分析，根据玻意耳定律有

联立解得

（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，假设隔板不动，则A的体积为，由玻意耳定律可得

则A此情况下的压强为

则隔板一定会向左运动，设稳定后气体A的体积为、压强为，气体B的体积为、 压强为，根据等温变化有

，

，

联立解得

（舍去），