2025高考物理專項(xiàng)復(fù)習(xí)：熱力學(xué)定律的綜合應(yīng)用

目錄

考情分析........................................................................1

題型分類訓(xùn)練....................................................................2

題型一氣體狀態(tài)變化的圖像問(wèn)題................................................2

題型二熱力學(xué)定律與氣體實(shí)瞼定律的嫁合........................................4

劇模擬..........................................................................7

劇真題.........................................................................11

春晴翁新

熱力學(xué)定律的綜合應(yīng)用是高考物理熱學(xué)部分的壓軸重點(diǎn)，近五年全國(guó)卷及新高考卷中占

比約10%,2025年高考對(duì)“熱力學(xué)定律綜合應(yīng)用”的考查將延續(xù)“重模型構(gòu)建、強(qiáng)數(shù)學(xué)整合、拓

科技前沿”的命題導(dǎo)向，突出熱學(xué)核心素養(yǎng)與復(fù)雜系統(tǒng)分析能力。備考需以''能量一牖"雙主

線為核心，強(qiáng)化循環(huán)過(guò)程分析與跨學(xué)科工具應(yīng)用，同時(shí)關(guān)注綠色能源與微尺度熱力學(xué)熱點(diǎn)，做

到“以熱為橋，以牖為鑰”。建議關(guān)注:太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的熱力學(xué)效率分析;溫室氣體排放的

熱力學(xué)影響模型簡(jiǎn)化;量子熱機(jī)的工作原理（如基于能級(jí)躍遷的熱力學(xué)循環(huán)）。

題型一氣體狀態(tài)變化的圖俸■問(wèn)題

1.（2025浙江模擬預(yù)測(cè)）某導(dǎo)熱性良好的容器，內(nèi)含一定質(zhì)量的理想氣體，由狀態(tài)A經(jīng)過(guò)狀態(tài)B變?yōu)闋?/p>

態(tài)。的V-T圖像，如圖所示。已知?dú)怏w在狀態(tài)A時(shí)的壓強(qiáng)是1.5xl（）5pa,其他已知量在圖示中標(biāo)

出。

AP7m3

0.6

0.4

TA30040077K

⑴求4大小。

（2）請(qǐng)你建立一個(gè)坐標(biāo)系,并在該坐標(biāo)系中，作出氣體由狀態(tài)4經(jīng)過(guò)B變?yōu)?。的p—U圖像,并標(biāo)出

A、B、C的坐標(biāo)值。

（3）氣體由狀態(tài)4經(jīng)過(guò)口變?yōu)?。的過(guò)程中,假定氣體吸收熱量為5.0x109,求氣體A、C狀態(tài)的內(nèi)能

變化量。

2.(2025云南昭通模擬預(yù)測(cè))如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)熱力學(xué)過(guò)程AB.BC、CD、DA

后又回到狀態(tài)人。圖中CR4D段為一個(gè)四分之三圓弧，CD段是一個(gè)與前者半徑相同的四分之一圓

弧。已知?dú)怏w在狀態(tài)A時(shí)的溫度為27(,從狀態(tài)8到狀態(tài)。的過(guò)程中內(nèi)能變化了200。J。求：

(1)氣體在口狀態(tài)時(shí)的溫度；

(2)氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)。的過(guò)程中吸收或放出的熱量。

圖像的應(yīng)用與轉(zhuǎn)換

(1)利用垂直于坐標(biāo)軸的線作輔助線去分析不同溫度的兩條等溫線、不同體積的兩條等

容線、不同壓強(qiáng)的兩條等壓線的關(guān)系。

(2)轉(zhuǎn)換技巧

①如圖1所示，M對(duì)應(yīng)虛線為等容線，4、H分別是虛線與71、T兩線的交點(diǎn)，可以認(rèn)為

從B狀態(tài)通過(guò)等容升壓到4狀態(tài),溫度必然升高，所以￡>71.

②如圖2所示,4、8兩點(diǎn)的溫度相等，從B狀態(tài)到4狀態(tài)壓強(qiáng)增大，體積一定減小，所以

圖1圖2

3.（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P-V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（bTc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?],低溫?zé)嵩礈囟葹?.8Z,p—V圖像中a、b、c、

d各狀態(tài)的參量如圖所示。求：

⑴氣體處于狀態(tài)c的壓強(qiáng)

（2）氣體處于狀態(tài)a的體積立；

（3）若過(guò)程a-b熱機(jī)從高溫?zé)嵩次鼰酫i,過(guò)程c-d熱機(jī)向低溫?zé)嵩捶艧酫O,求熱機(jī)完成一次循環(huán)對(duì)

外做的功W。

?M

題型二熱力學(xué)定律與氣體實(shí)酷定律的綠合

4.（2024真光中學(xué)質(zhì)檢）某興趣小組設(shè)計(jì)了一溫度報(bào)警裝置，原理圖如圖所示.一定質(zhì)量的理想氣體被

一上表面涂有導(dǎo)電物質(zhì)的活塞密封在導(dǎo)熱汽缸內(nèi)，活塞厚度不計(jì)，質(zhì)量m=100g,橫截面積S=10

cm2,開(kāi)始時(shí)活塞距汽缸底部的高度為九=6cm,缸內(nèi)溫度為7]=300K.當(dāng)環(huán)境溫度上升，活塞緩慢

上移△拉=4。111,活塞上表面與a、b兩觸點(diǎn)恰好接觸,報(bào)警器報(bào)警.不計(jì)一切摩擦，大氣壓強(qiáng)恒為%=

1.0X105Pa,取g=10m/s2：

（1）求該報(bào)警裝置的報(bào)警溫度T2.

（2）若上述過(guò)程氣體的內(nèi)能增加12.96J,則氣體吸收的熱量Q為多少？

5.（2025全國(guó)一模）如圖,一絕熱長(zhǎng)方體箱體側(cè)壁固定一電阻為R=9。的電熱絲，箱體總體積V=2x

10-3小箱體內(nèi)有一不計(jì)質(zhì)量的活塞，其與箱體內(nèi)壁摩擦不計(jì)?；钊髠?cè)空間封閉一定質(zhì)量的理想氣

體,外界大氣壓強(qiáng)p°=105Pa,箱口處設(shè)有卡環(huán)。電阻絲經(jīng)導(dǎo)線與一圓形線圈形成閉合回路，線圈放置

于有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化率為k=0.5T/s。已知

線圈的匝數(shù)"=100,面積S=0.2m2,線圈的電阻度=10。初始時(shí)活塞到右側(cè)箱口距離是到左側(cè)箱底

距離的2倍，接通電路緩慢對(duì)氣體加熱，加熱前氣體溫度為與。

1

（1）求電熱絲兩端的電壓;

（2）經(jīng)一段時(shí)間,活塞緩慢運(yùn)動(dòng)到箱口,此過(guò)程中箱內(nèi)氣體的內(nèi)能增加了100J,若電熱絲產(chǎn)生的熱量全

部被氣體吸收，求此時(shí)箱內(nèi)氣體的溫度及電路的通電時(shí)間。

氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)定律的綜合問(wèn)題的處理方法

6.（2025浙江杭州模擬預(yù)測(cè)）如圖甲所示,氣炮打靶是游樂(lè)園常見(jiàn)的娛樂(lè)項(xiàng)目。小明參照氣炮槍設(shè)計(jì)了

如圖乙模型,水平放置的導(dǎo)熱氣缸（內(nèi)壁光滑）呈圓柱形，橫截面積為S的導(dǎo)熱活塞4、B質(zhì)量均為河。

初始活塞4、B間距為L(zhǎng),活塞B被鎖定，可自由移動(dòng)的活塞A處于靜止,在外力作用下,活塞/緩慢

移動(dòng)使得活塞/、B間距變?yōu)樵瓉?lái)的j，隨后活塞A被鎖定，同時(shí)釋放活塞活塞B運(yùn)動(dòng)距離d后與

彈體。碰撞（d很小，可認(rèn)為此過(guò)程氣體壓強(qiáng)不變），碰后彈體被高速?gòu)棾?。設(shè)環(huán)境溫度始終保持不變,

大氣壓強(qiáng)為加。

⑴求活塞A被鎖定時(shí)氣體的壓強(qiáng)；

（2）求活塞B釋放瞬間的加速度大小;

（3）活塞B運(yùn)動(dòng)距離d過(guò)程中氣體從外界吸熱為Q,求此過(guò)程中氣體的內(nèi)能變化。

7.（2023茂名第一次綜合）如圖所示為氣壓升降椅,可升降部分由坐凳和當(dāng)活塞用的不銹鋼圓柱組成，圓

柱光滑、橫截面積S=10cm2,圓柱封閉著體積為U=120cm3的理想氣體.當(dāng)小明坐上升降椅后，氣

體被壓縮,椅子緩慢下降10cm后靜止.小明離開(kāi)椅子后，椅子又緩緩上升到原來(lái)的位置.已知大氣

壓為Po=L0X10sPa,椅子可移動(dòng)部分質(zhì)量7n=2kg,設(shè)環(huán)境溫度不變，取g=10m/s2.求：

（1）小明坐上椅子前封閉氣體的壓強(qiáng)p及小明的質(zhì)量

（2）在小明坐上椅子到椅子恢復(fù)最初狀態(tài)過(guò)程中，封閉氣體放出的熱量Q.

8.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了溫度緩慢升高的變化，如圖所示，p-T和V-T圖像各記錄了其部分變

化過(guò)程，求:

p/(x105Pa)AWm3

020040060077K020040060077K

（1）溫度為600K時(shí)氣體的壓強(qiáng)；

（2）在p-T圖像上將溫度從400K升高到600K的變化過(guò)程補(bǔ)充完整。

9.如圖為一定質(zhì)量的理想氣體的體積廠隨熱力學(xué)溫度T的變化關(guān)系圖像。由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的

過(guò)程中氣體吸收熱量Qi=220J,氣體在狀態(tài)A的壓強(qiáng)為%=1.0x105Pa。求：

（1）氣體在狀態(tài)B時(shí)的溫度（；

（2）氣體由狀態(tài)口變化到狀態(tài)。的過(guò)程中，氣體向外放出的熱量Q2。

10.（2023廣東省綜合測(cè)試）一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)從A一A的變化過(guò)程可用如圖所示

的p-V圖線描述，其中。-A為等溫線,氣體在狀態(tài)A時(shí)溫度為TA=360K.

（1）求氣體在狀態(tài)C時(shí)的溫度乙.

（2）若氣體在過(guò)程中吸熱3000J,則在過(guò)程中氣體內(nèi)能變化了多少？

???

IL（2025四川成都二模）一乒乓球的內(nèi)部氣體可視為理想氣體,溫度為宣,壓強(qiáng)為狗?，F(xiàn)乒乓球發(fā)生形變

后體積減小了5。已知乒乓球內(nèi)部氣體內(nèi)能變化量AU與溫度變化量AT的關(guān)系式為AU=C7VT，C

6

為已知常數(shù)。

（1）若乒乓球形變過(guò)程可視為等溫變化,求形變后乒乓球內(nèi)部氣體的壓強(qiáng)P1;

（2）為使乒乓球恢復(fù)原狀,將乒乓球放入熱水中如圖所示。

I.若乒乓球內(nèi)部氣體被熱水加熱至T?時(shí)形變開(kāi)始恢復(fù)，求此時(shí)氣體壓強(qiáng)22；

H.若乒乓球從開(kāi)始恢復(fù)到完全復(fù)原的過(guò)程中，內(nèi)部氣體溫度從十上升至黑,吸收的熱量為Q,求該過(guò)

程乒乓球內(nèi)部氣體對(duì)外做的功Wo

???

12.（2025河北模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，水平面上固定放置一個(gè)汽缸，用輕質(zhì)活塞密封有一定質(zhì)量的氣體,活

塞厚度不計(jì)，可在汽缸內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng)，移動(dòng)范圍被限制在卡銷之間，B與汽缸底部的距離為1巾,

卡銷A、B間的距離為0.5m,活塞的表面積為20cm2o初始時(shí)，活塞在水平向左的外力斤=300N作用

下靜止在卡銷8處，此時(shí)汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為2xlO5Pa,溫度為300K。將汽缸內(nèi)的氣體加熱，使活

塞緩慢移動(dòng)，活塞恰好到達(dá)卡銷入。忽略卡銷A、B的大小，大氣壓強(qiáng)為1x105Pao

BA

n?

'7777777777777777777777777^77777777777777'

（1）求活塞恰好到達(dá)卡銷A時(shí)汽缸內(nèi)氣體的溫度；

（2）若加熱過(guò)程中汽缸內(nèi)氣體吸收的熱量為400J,求汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能的增加量。

13.（2025甘肅酒泉一模）如圖甲所示，質(zhì)量小=4kg、面積S=8cm2的絕熱活塞將理想氣體封閉在上端開(kāi)

口的直立圓筒形的絕熱汽缸中，活塞可沿汽缸無(wú)摩擦滑動(dòng)且不漏氣。開(kāi)始時(shí),活塞處于4位置，缸內(nèi)

氣體的內(nèi)能為=100J,通過(guò)電熱絲加熱直到活塞到達(dá)B位置，缸內(nèi)氣體的V—T圖像如圖乙所示。

已知一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能與熱力學(xué)溫度成正比，大氣壓強(qiáng)網(wǎng)=1.0xiospa,重力加速度g取

10m/s2,電阻絲自身升溫所需熱量以及所占的體積均忽略不計(jì)，求：

J7(xl0-4m3)

B

A

27(x102K)

甲

⑴活塞到達(dá)B位置時(shí)，缸內(nèi)氣體的內(nèi)能；

（2）活塞從4位置到8位置過(guò)程中，缸內(nèi)氣體吸收的熱量。

14.（2024四川成都模擬預(yù)測(cè)）太陽(yáng)能空氣集熱器是一種常用的太陽(yáng)能熱利用裝置，它以空氣作為傳熱介

質(zhì)，將收集到的熱量輸送到功能端,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉,接受太陽(yáng)輻射面積大，可廣泛應(yīng)用于建

筑物供暖、產(chǎn)品干燥等諸多領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)。它底面及側(cè)面為隔熱材料，頂面為透明玻璃板，集熱器容積

保持不變。開(kāi)始時(shí)內(nèi)部封閉氣體的壓強(qiáng)為pO=lxl0OPa,經(jīng)過(guò)太陽(yáng)暴曬，氣體溫度由初始時(shí)的

TO=300K升至Ti=360K。

出氣口

進(jìn)氣芍，一施熱材料

（1）求溫度升至Ti=360K時(shí)氣體的壓強(qiáng)；

（2）保持Ti=360K不變，從出氣口緩慢放出部分氣體,使氣體壓強(qiáng)再變回到p。,放氣過(guò)程中集熱器內(nèi)

剩余氣體是吸熱還是放熱？求剩余氣體的質(zhì)量與原來(lái)總質(zhì)量的比值。

刷真題

15.（2024江西高考）可逆斯特林熱機(jī)的工作循環(huán)如圖所示。一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)完成循環(huán)過(guò)

程，48和CD均為等溫過(guò)程，和。A均為等容過(guò)程。已知方=1200K,幻=300K,氣體在狀態(tài)

A的壓強(qiáng)外=8.0X105Pa,體積弘=1.0加5,氣體在狀態(tài)。的壓強(qiáng)i.。x1。5Pa。求：

（1）氣體在狀態(tài)D的壓強(qiáng)PD；

（2）氣體在狀態(tài)8的體積%。

16.（2024浙江1月選考）如圖所示，一個(gè)固定在水平面上的絕熱容器被隔板A分成體積均為弘=750cm3

的左右兩部分。面積為S=100cm2的絕熱活塞8被鎖定，隔板A的左側(cè)為真空,右側(cè)中一定質(zhì)量的

理想氣體處于溫度Z=300K、壓強(qiáng)a=2.04xl05Pa的狀態(tài)1。抽取隔板右側(cè)中的氣體就會(huì)擴(kuò)

散到左側(cè)中，最終達(dá)到狀態(tài)2o然后解鎖活塞同時(shí)施加水平恒力斤，仍使其保持靜止，當(dāng)電阻絲C

加熱時(shí)，活塞B能緩慢滑動(dòng)（無(wú)摩擦），使氣體達(dá)到溫度7^=350K的狀態(tài)3，氣體內(nèi)能增加\U=63.8

Jo已知大氣壓強(qiáng)Po=1.01xPa,隔板厚度不計(jì)。

（1）氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2是（選填“可逆”或“不可逆”）過(guò)程,分子平均動(dòng)能（選填“增

大”“減小”或“不變”）；

（2）求水平恒力F的大??；

（3）求電阻絲。放出的熱量Q。

17.（2023廣東高考真題）在駐波聲場(chǎng)作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強(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)化為如圖所示的P

-V圖像，氣泡內(nèi)氣體先從壓強(qiáng)為P。、體積為％、溫度為十的狀態(tài)4等溫膨脹到體積為5%、壓強(qiáng)為外

的狀態(tài)然后從狀態(tài)B絕熱收縮到體積為■、壓強(qiáng)為1.9”、溫度為Tc的狀態(tài)C,口到。過(guò)程中外界

對(duì)氣體做功為W.已知po、％、或和印.求：

⑴PB的表達(dá)式；

⑵久的表達(dá)式；

（3）5到。過(guò)程，氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能變化了多少？

18.（2023浙江高考真題）某探究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)報(bào)警裝置，其原理如圖所示。在豎直放置的圓柱形容器

內(nèi)用面積S=IOOCII?、質(zhì)量Q=1kg的活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體,活塞能無(wú)摩擦滑動(dòng)。開(kāi)始時(shí)氣

體處于溫度TA=300K、活塞與容器底的距離加=30cm的狀態(tài)環(huán)境溫度升高時(shí)容器內(nèi)氣體被加

熱,活塞緩慢上升d=3cm恰好到達(dá)容器內(nèi)的卡口處,此時(shí)氣體達(dá)到狀態(tài)Bo活塞保持不動(dòng)，氣體被繼

續(xù)加熱至溫度工=363K的狀態(tài)。時(shí)觸動(dòng)報(bào)警器。從狀態(tài)A到狀態(tài)。的過(guò)程中氣體內(nèi)能增加了AU

=158J-取大氣壓po=O.99xlC）5pa,求氣體。

（1）在狀態(tài)B的溫度；

（2）在狀態(tài)。的壓強(qiáng)；

（3）由狀態(tài)4到狀態(tài)。過(guò)程中從外界吸收熱量Q。

17

19.（2024貴州高考真題）制作水火箭是青少年科技活動(dòng)的常見(jiàn)項(xiàng)目之一。某研究小組為了探究水火箭在

充氣與噴水過(guò)程中氣體的熱學(xué)規(guī)律，把水火箭的塑料容器豎直固定，其中A、C分別是塑料容器的充

氣口、噴水口，B是氣壓計(jì),如圖（a）所示。在室溫環(huán)境下，容器內(nèi)裝入一定質(zhì)量的水,此時(shí)容器內(nèi)的氣

體體積為次,壓強(qiáng)為斷,現(xiàn)緩慢充氣后壓強(qiáng)變?yōu)?%,不計(jì)容器的容積變化。

（1）設(shè)充氣過(guò)程中氣體溫度不變，求充入的氣體在該室溫環(huán)境下壓強(qiáng)為”時(shí)的體積。

（2）打開(kāi)噴水口閥門，噴出一部分水后關(guān)閉閥門，容器內(nèi)氣體從狀態(tài)M變化到狀態(tài)N,其壓強(qiáng)p與體積

V的變化關(guān)系如圖（6）中實(shí)線所示，已知?dú)怏w在狀態(tài)N時(shí)的體積為％,壓強(qiáng)為pi。求氣體在狀態(tài)N與

狀態(tài)M時(shí)的熱力學(xué)溫度之比。

（3）圖（6）中虛線的V，是容器內(nèi)氣體在絕熱（既不吸熱也不放熱）條件下壓強(qiáng)p與體積V的變化關(guān)系

圖線，試判斷氣體在圖⑹中沿實(shí)線從M到N的過(guò)程是吸熱還是放熱。（不需要說(shuō)明理由）

20.（2024