本專題在高考中，選擇題一般是對熱學單一知識點從不同角度設計問題；計算題一般始終圍繞氣體性質進行命題。命題重點有：分子動理論、理想化模型；固體、液體、氣體的性質、熱力學定律；理想氣體狀態方程、氣體實驗定律；汽缸模型、液柱模型。

一、分子動理論及熱力學定律
1．估算問題
(1)油膜法估算分子直徑：d＝VS(V為純油酸體積，S為單分子油膜面積)。
(2)分子總數：N＝nNA＝mMmol•NA＝VVmolNA(注：對氣體而言，N≠VVmolNA)。
2．反映分子熱運動規律的兩個實例
(1)布朗運動：懸浮在液體或氣體中的固體小顆粒做無規則、永不停息的運動，與顆粒大小、溫度有關。
(2)擴散現象：產生原因是分子永不停息地做無規則運動，與溫度有關。
3．對熱力學定律的理解
(1)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，其中W和Q的符號可以這樣確定：只要對內能增加有正貢獻的就為正值。
(2)對熱力學第二定律的理解：熱量可以由低溫物體傳到高溫物體，也可以從單一熱源吸收熱量全部轉化為功，但這些過程不可能自發進行而不產生其他影響。
二、氣體實驗定律和理想氣體狀態方程

1．(2019•全國卷Ⅰ•T33(1))某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為理想氣體。初始時容器中空氣的溫度與外界相同，壓強大于外界。現使活塞緩慢移動，直至容器中的空氣壓強與外界相同。此時，容器中空氣的溫度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度，容器中空氣的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度。
2．(2020•山東學業水平等級考試•T15)中醫拔罐的物理原理是利用玻璃罐內外的氣壓差使罐吸附在人體穴位上，進而治療某些疾病。常見拔罐有兩種，如圖所示，左側為火罐，下端開口；右側為抽氣拔罐，下端開口，上端留有抽氣閥門。使用火罐時，先加熱罐中氣體，然后迅速按到皮膚上，自然降溫后火罐內部氣壓低于外部大氣壓，使火罐緊緊吸附在皮膚上。抽氣拔罐是先把罐體按在皮膚上，再通過抽氣降低罐內氣體壓強。某次使用火罐時，罐內氣體初始壓強與外部大氣壓相同，溫度為450 K，最終降到300 K，因皮膚凸起，內部氣體體積變為罐容積的2021。若換用抽氣拔罐，抽氣后罐內剩余氣體體積變為抽氣拔罐容積的2021，罐內氣壓與火罐降溫后的內部氣壓相同。罐內氣體均可視為理想氣體，忽略抽氣過程中氣體溫度的變化。求應抽出氣體的質量與抽氣前罐內氣體質量的比值。

1．(2020•新課標卷Ⅰ)分子間作用力F與分子間距r的關系如圖所示，r＝r1時，F＝0.分子間勢能由r決定，規定兩分子相距無窮遠時分子間的勢能為零。若一分子固定于原點O，另一分子從距O點很遠處向O點運動，在兩分子間距減小到r2的過程中，勢能(填“減小”“不變”或“增大”)；在間距由r2減小到r1的過程中，勢能(填“減小”“不變”或“增大”)；在間距等于r1處，勢能(填“大于”“等于”或“小于”)零。

2．(2020•山東高考真題•T18)一定質量的理想氣體從狀態a開始，經a→b、b→c、c→a三個過程后回到初始狀態a，其p－V圖像如圖所示．已知三個狀態的坐標分別為a(V0，2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)以下判斷正確的是(　　)

A．氣體在a→b過程中對外界做的功小于在b→c過程中對外界做的功
B．氣體在a→b過程中從外界吸收的熱量大于在b→c過程中從外界吸收的熱量
C．在c→a過程中，外界對氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量
D．氣體在c→a過程中內能的減少量大于b→c過程中內能的增加量

1．氣溶膠粒子是懸浮在大氣中的微小顆粒，如云、霧、細菌、塵埃、煙塵等。氣溶膠中的粒子具有很多動力學性質、光學性質，比如布朗運動，光的反射、散射等。關于封閉環境中的氣溶膠粒子，下列說法正確的是(　　)
A．在空氣中會緩慢下沉到地面
B．在空氣中會緩慢上升到空中
C．在空氣中做無規則運動
D．受到的空氣分子作用力的合力始終等于其所受到的重力
2．(多選)玻璃器皿的制造過程中玻璃液的形成是重要環節，當溫度達到1 200 ℃時，大量的氣泡分布在玻璃液中，經過一系列工藝后獲得澄清的玻璃液，之后可以通過降溫到合適溫度，然后選擇合適大小的玻璃液進行吹泡(即往玻璃液中吹氣)制造玻璃器皿，下列與玻璃有關的物理學問題的說法正確的是(　　)
A．因為分子間存在著斥力，所以破碎的玻璃不能簡單地拼接在一起
B．玻璃從開始熔化到形成玻璃液的過程中，溫度不固定
C．玻璃內部的原子是無序分布的，具有各向異性的特點
D．使1 200 ℃的玻璃液繼續升溫，可能使其中的氣泡減少
3．(多選)氧氣分子在0 ℃和100 ℃溫度下各速率區間的分子數占總分子數的百分比隨氣體分子的速率的變化分別如圖中兩條曲線所示。下列說法正確的是(　　)

A．圖中兩條曲線下面積相等
B．圖中實線對應氧氣分子在100 ℃時的情形
C．圖中曲線給出了任意速率區間的氧氣分子數目
D．與0 ℃時相比，100 ℃時氧氣分子速率出現在0～400 m/s區間內的分子數占總分子數的百分比較大
4．(多選)氣閘艙是載人航天器中供航天員進入太空或由太空返回時用的氣密性裝置；其原理圖如圖所示。座艙A與氣閘艙B之間裝有閥門K，座艙A中充滿空氣，氣閘艙B內為真空。航天員由太空返回氣閘艙時，打開閥門K，A中的氣體進入B中，最終達到平衡。假設此過程中系統與外界沒有熱交換，艙內氣體可視為理想氣體，下列說法正確的是(　　)

A．氣體并沒有對外做功，氣體內能不變
B．B中氣體可自發地全部退回到A中
C．氣體體積膨脹，對外做功，內能減小
D．氣體溫度不變，體積增大，壓強減小
5．一定質量的理想氣體由狀態a等壓膨脹到狀態b，再等容增壓到狀態c，然后等溫膨脹到狀態d，最后經過一個復雜的過程回到狀態a，其壓強p與體積V的關系如圖所示。下列說法正確的是(　　)

A．從a到b，每個氣體分子的動能都增大
B．從b到c，氣體溫度升高
C．從c到d，氣體內能不變
D．從a經過b、c、d，再回到a的過程，外界向氣體傳遞的熱量與氣體對外界所做的功相等
6．如圖所示，圓柱形密閉氣缸內有一個很薄且質量不計的活塞封閉一定質量的理想氣體，活塞可在氣缸內做無摩擦滑動。開始時活塞在E處，氣缸內氣體溫度為27 ℃，氣體體積為6.0×10－3 m3，在從狀態E變化到狀態F的過程中，氣缸內氣體吸收的熱量Q＝6.0×102 J，溫度升高到127 ℃，外界大氣壓強p0＝1.0×105 Pa保持不變，求：

(1)氣缸內氣體在狀態F的體積；
(2)在從狀態E變化到狀態F的過程中，氣缸內氣體內能的增量。

7．為做好新型冠狀病毒肺炎(COVID－19)疫情的常態化防控工作，學校組織工作人員每天對校園進行嚴格的消毒，如圖是噴霧消毒桶的原理圖。消毒桶高為H＝60 cm，橫截面積S＝0.1 m2，打氣筒每次可以向消毒桶內充入壓強為p0體積為0.015 m3的空氣。環境溫度為7 °C時，向桶內倒入消毒液，關閉加水口后，液面上方有壓強為p0、高為h＝22.5 cm的空氣；已知消毒液的密度ρ＝1000 kg/m3，大氣壓強p0恒為1.0×105 Pa，噴霧管的噴霧口與噴霧消毒桶頂部等高，忽略噴霧管的體積，將空氣看作理想氣體，當地的重力加速度為g＝10 m/s2。

(1)當環境溫度升高至T1時，恰好有消毒液從噴霧口溢出，求環境溫度T1；
(2)環境溫度為7 °C時關閉K，用打氣筒向噴霧消毒桶內連續充人空氣，然后打開K，進行消毒。消毒完成時，噴霧口剛好不再噴出藥液，此時桶內剩余消毒液深度h'＝10 cm；求打氣筒的打氣次數n(假設整個過程中氣體溫度保持不變)。

8．我們在吹氣球時，開始感覺特別困難，但當把氣球吹到一定體積后，反而比較輕松。一個探究小組對此進行了研究，通過充入不同量的某種理想氣體，測量了氣球內氣體的體積V與對應的壓強p，得到了如圖（a）所示的p－V圖象，其中p0為標準大氣壓。把不同量的上述理想氣體分別充入甲、乙兩個相同的氣球，此時，甲、乙氣球內氣體的體積分別為V甲和V乙，且V乙＞V甲＞V0，甲、乙氣球內氣體的壓強分別為p甲和p乙。現把甲、乙兩氣球以及一個容積為VG的鋼瓶用帶閥門的三通細管（容積可忽略）連接，如圖（b）所示。初始時，鋼瓶內為真空，閥門K1和K2均為關閉狀態。所有過程，氣體溫度始終保持不變。

(1)打開閥門K1，甲氣球體積將___________（填“變大”“變小”或“不變”）；
(2)打開閥門K1和K2，把甲、乙兩氣球內的所有氣體壓入鋼瓶，求壓入后鋼瓶內氣體的壓強。

9．某民航客機在一萬米左右高空飛行時，需利用空氣壓縮機來保持機艙內外氣體壓之比為4∶1。機艙內有一導熱氣缸，活塞質量m＝2 kg、橫截面積S＝10 cm2，活塞與氣缸壁之間密封良好且無摩擦。客機在地面靜止時，氣缸如圖（a）所示豎直放置，平衡時活塞與缸底相距l1＝8 cm；客機在高度h處勻速飛行時，氣缸如圖（b）所示水平放置，平衡時活塞與缸底相距l2＝10 cm。氣缸內氣體可視為理想氣體，機艙內溫度可認為不變。已知大氣壓強隨高度的變化規律如圖（c）所示地面大氣壓強p0＝1.0×105 Pa，地面重力加速度g＝10 m/s2。

(1)判斷氣缸內氣體由圖（a）狀態到圖（b）狀態的過程是吸熱還是放熱，并說明原因；
(2)求高度h處的大氣壓強，并根據圖（c）估測出此時客機的飛行高度。

10．水銀氣壓計上有細且均勻的玻璃管，玻璃管外標識有壓強刻度（1 mm刻度對應壓強值為1 mmHg）。測量時氣壓計豎直放置，管內水銀柱液面對應刻度即為所測環境大氣壓強。氣壓計底部有水銀槽，槽內水銀體積遠大于管內水銀柱體積。若氣壓計不慎混入氣體，壓強測量值將與實際環境大氣壓強值不符。如圖所示，混入的氣體被水銀密封在玻璃管頂端。當玻璃管豎直放置時，氣柱長度為l1＝100 mm。如果將玻璃管傾斜，水銀柱液面降低的高度為h＝20 mm，氣柱長度為l2＝50 mm，傾斜過程中水銀槽液面高度變化忽略不計。整個過程中溫度保持恒定，氣體可近似為理想氣體。

(1)已知環境大氣壓強為p0＝760 mmHg，求此時豎直放置氣壓計的壓強測量值p1（以mmHg為單位）；
(2)此后由于環境大氣壓強變化，豎直放置氣壓計的壓強測量值為p2＝730 mmHg，求此時氣柱長度l3和環境大氣壓強p3（以mmg為單位，保留3位有效數字）。

1．【答案】低于　大于
【解析】容器與活塞絕熱性能良好，容器中空氣與外界不發生熱交換(Q＝0)，活塞移動的過程中，容器中空氣壓強減小，則容器中空氣正在膨脹，體積增大，對外界做功，即W＜0。根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知：容器中空氣內能減小，溫度降低，容器中空氣的溫度低于外界溫度。根據理想氣體狀態方程有pVT＝C，又ρ＝mV，聯立解得ρ＝mpCT。對容器外與容器內質量均為m的氣體，因容器中空氣壓強和容器外空氣壓強相同，容器內溫度低于外界溫度，則容器中空氣的密度大于外界空氣的密度。
2．【解析】設火罐內氣體初始狀態參量分別為p1、T1、V1，溫度降低后狀態參量分別為p2、T2、V2，罐的容積為V0，由題意知：
p1＝p0、T1＝450 K、V1＝V0、T2＝300 K、V2＝20V021   ①
由理想氣體狀態方程得p0V0T1＝p2•2021V0T2   ②
代入數據得p2＝0.7p0   ③
對于抽氣罐，設初態氣體狀態參量分別為p3、V3，末態氣體狀態參量分別為p4、V4，罐的容積為V′0，由題意知：
p3＝p0、V3＝V′0、p4＝p2   ④
由玻意耳定律得p0V′0＝p2V4   ⑤
聯立③⑤式，代入數據得V4＝107V′0   ⑥
設抽出的氣體的體積為ΔV，由題意知ΔV＝V4－2021V′0   ⑦
故應抽出氣體的質量與抽氣前罐內氣體質量的比值為Δmm＝ΔVV4   ⑧
聯立⑥⑦⑧式，代入數據得Δmm＝13。

1．【答案】減小減小小于
【解析】從距O點很遠處向O點運動，兩分子間距減小到r2的過程中，分子間體現引力，引力做正功，分子勢能減小；在r2→r1的過程中，分子間仍然體現引力，引力做正功，分子勢能減小；在間距等于r1之前，分子勢能一直減小，取無窮遠處分子間勢能為零，則在r1處分子勢能小于零。

2．【答案】C
【解析】根據氣體做功的表達式W＝Fx＝pSx＝p•ΔV可知p－V圖線和體積橫軸圍成的面積即為做功大小，所以氣體在a→b過程中對外界做的功等于b→c過程中對外界做的功，A錯誤；氣體從a→b，滿足玻意耳定律pV＝C，所以Ta＝Tb，所以ΔUab＝0，根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知0＝Qab＋Wab，氣體從b→c，溫度升高，所以ΔUbc＞0，根據熱力學第一定律可知ΔUbc＝Qbc＋Wbc，結合A選項可知Wab＝Wbc＜0，所以Qbc＞Qab，b→c過程氣體吸收的熱量大于a→b過程吸收的熱量，B錯誤；氣體從c→a，溫度降低，所以ΔUca＜0，氣體體積減小，外界對氣體做功，所以Wca＞0，根據熱力學第一定律可知Qca＜0，放出熱量，C正確；理想氣體的內能只與溫度有關，根據Ta＝Tb可知ΔTca＝ΔTbc，所以氣體從c→a程中內能的減少量等于b→c過程中內能的增加量，D錯誤。

1．【答案】C
【解析】由于氣溶膠粒子是懸浮在大氣中的微小顆粒，根據布朗運動的規律可知，氣溶膠粒子會受到空氣分子的不斷碰撞而做無規則運動，不會緩慢下沉到地面，也不會緩慢上升到空中，由于氣體分子對它撞擊的不平衡性，氣溶膠粒子受到的空氣分子作用力的合力不一定始終等于其所受到的重力，只有選項C正確。
2．【答案】BD
【解析】破碎的玻璃不能拼接在一起，是因為分子間距達不到分子作用力的范圍，A錯誤；玻璃是非晶體，熔化時無固定溫度，B正確；玻璃是非晶體，玻璃內部的原子是無序排列的，具有各向同性的特點，C錯誤；溫度繼續升高，氣泡內氣體升溫，膨脹，氣體的密度變小，上浮，從玻璃液中排出，D正確。
3．【答案】AB
【解析】由圖可知，在0 ℃和100 ℃兩種不同情況下各速率區間的分子數占總分子數的百分比與分子速率間的關系圖線與橫軸所圍面積都應該等于1，即相等，故A正確；實線對應的最大比例的速率區間內分子速率較大，說明實線對應的溫度大，故為100 ℃時的情形，B正確；圖中曲線給出了任意速率區間的氧氣分子占總分子數的百分比，但無法確定分子具體數目，C錯誤；由題圖可知，0～400 m/s段內，100 ℃對應的氧氣分子占總分子數的百分比小于0 ℃時的，因此100 ℃時氧氣分子速率出現在0～400 m/s區間內的分子數占總分子數的百分比較小，D錯誤。
4．【答案】AD
【解析】氣體自由擴散，沒有對外做功，又因為整個系統與外界沒有熱交換，根據ΔU＝W＋Q可知內能不變，故A正確，C錯誤；根據熵增加原理可知一切宏觀熱現象均具有方向性，故B中氣體不可能自發地全部退回到A中，故B錯誤；因為內能不變，故溫度不變，平均動能不變，氣閘艙B內為真空，根據玻意耳定律可知：pV＝C(定值)，可知擴散后體積V增大，壓強p減小，故D正確。
5．【答案】BCD
【解析】從a到b，根據pVT＝C可知，壓強不變，體積變大，則溫度升高，分子平均動能變大，但是并非每個氣體分子的動能都增大，A錯誤；根據pVT＝C可知，從b到c，體積不變，壓強變大，則氣體溫度升高，B正確；從c到d，氣體的溫度不變，則氣體內能不變，C正確；從a經過b、c、d，再回到a的過程，其中從a到d過程氣體對外做功的值等于圖線與V軸圍成的面積，從d回到a時外界對氣體做功也等于圖像與V軸圍成的面積大小，則整個過程中氣體對外界做功，而整個過程中內能不變，則由熱力學第一定律可知，外界向氣體傳遞的熱量與氣體對外界所做的功相等，D正確。
6．【解析】(1)氣體做等壓變化，則對于封閉氣體，初狀態：
p1＝p0、T1＝300 K、V1＝6.0×10－3 m3
末狀態：p2＝p0、T2＝400 K
由蓋－呂薩克定律得V1T1＝V2T2
解得V2＝8.0×10－3 m3。
(2)氣體對外界做的功W＝p0(V2－V1)＝2.0×102 J
根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W＝400 J。
7．【解析】(1)根據與噴霧管內液面關系可知消毒桶內氣體做等容變化，初態壓強p0，溫度T0＝280 K，體積V0＝hS
末態壓強p1＝p0＋ρgh
根據查理定律
解得T1＝286.3 K。
(2)設打氣次數為n，消毒完成后，消毒桶內氣體體積V2＝(H－h′)S
壓強p2＝p0＋ρg(H－h′)
可知p0V0＋np0V＝p2V2
解得n＝20次。
8．【解析】(1)打開K1后，因為V乙＞V甲＞V0，根據圖象可知p乙＜p甲，所以甲氣球中的壓強比較大，所以甲氣球中的氣體會被源源不斷的壓入大氣球（即乙氣球）內，直到最后二者壓強平衡，所以甲氣球的體積會變小。
(2)甲、乙兩氣球內的氣體最終壓入鋼瓶，發生等溫變化，根據玻意耳定律得：
p甲V甲＋p乙V乙＝pGVG
解得最終鋼瓶內的壓強為。

9．【解析】(1)根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W
由于氣體體積膨脹，對外做功，而內能保持不變，因此吸熱。
(2)初態封閉氣體的壓強p1＝p0＋mgS＝1.2×105 Pa
根據p1l1S＝p2l2S
可得p2＝0.96×105 Pa
機艙內外氣體壓之比為4∶1，因此艙外氣體壓強p2′＝14p2＝0.24×105 Pa
對應表可知飛行高度為104 m。
10．【解析】(1)設玻璃管豎直時，管內水銀面的高度差為H，此值即為豎直放置氣壓計的壓強測量值p1
對管內氣體由玻意耳定律：(p0－H)l1S＝(p0－H＋h)l2S
解得：H＝740 mmHg
即豎直放置氣壓計的壓強測量值p1＝740 mmHg。
(2)環境變化后，氣體的壓強為p3－p2＝(p3－730) mmHg
氣柱長度l3＝(740＋100－730) mm＝110 mm
則由玻意耳定律：(p0－H)l1S＝(p3－p2)l3S
解得：p3＝748 mmHg。

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