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/ 让教学更有效 2025年高考 | 物理学科
预测押题05——热学计算题（教师版）
一、命题趋势
1. 强化多过程问题建模，可能引入热-力耦合模型（如气缸-活塞系统与弹簧振子联动），结合热力学第一定律和简谐运动方程推导温度周期性变化规律
2. 工程实践与基础模型结合 ：气缸类力热综合问题持续强化，重点考查多过程分析能力（如活塞运动与气体状态变化的联动分析）
3. 热力学第一定律与理想气体状态方程的综合应用占比提升，可能涉及能量转化效率计算（如斯特林发动机循环效率推导）
4. 前沿科技与物理模型适配 ：微重力环境下气体行为修正模型（如空间站内气体扩散速率与地面实验的对比分析）、新能源装置热力学分析
二、热点内容预测
核心考点 高频命题方向 创新题型示例
理想气体状态方程 ①不等大气缸关联问题（用轻质活塞隔开） ②与动力学结合的非平衡状态分析 结合深海探测器耐压舱设计
热力学定律综合应用 ①循环效率计算（含非卡诺循环的功热转换） ②绝热过程与外界做功的关联分析46 引入斯特林发动机双气缸模型
分子动理论与实验 ①布朗运动观测数据的统计分析（微粒轨迹与温度关联性） 设计数字化实验题（如用压强传感器验证等温变化规律）
三、时事热点
1. 大国重器 ：空间站生命维持系统气体循环分析、深海探测器耐压测试（理想气体方程在超高气压环境中的适用性）。
2. 新质生产力 ：氢能源储气罐安全性评估（氢气扩散速率与泄漏风险的温度敏感性分析）、3D打印金属粉末气雾化过程。
3. 亚运科技：游泳池恒温系统、智能运动鞋气垫缓震分析（气体绝热压缩过程中的温度变化与能量耗散）
四、押题预测
1．如图甲，2024年5月28日，神舟十八号航天员圆满完成出舱任务．航天员要先进入气闸舱中等待气闸舱内气压降至与太空舱外气压基本一致，才能进入太空。中国空间站气闸舱使用了气体复用技术，即宇航员出舱前将气闸舱空气全部抽送到相邻的工作舱。如图乙，若工作舱容积，气闸舱容积，工作舱和气闸舱中气体的初始压强均为，外太空为真空状态，气体为理想气体并忽略航天员对气体的影响，太空舱与外界保持绝热。请问抽气过程：
(1)若气体温度保持不变，则抽气结束后工作舱内气体压强升高了多少？
(2)若考虑气体做功，则工作舱内气体温度如何变化，并说明理由。
【答案】(1)
(2)温度升高，内能增加
【详解】（1）从气闸舱向工作舱抽气过程中
气体稳定后，工作舱中的气压
工作舱压强升高
（2）根据热力学第一定律
此过程外界对工作舱气体做正功
又，则
内能增加，温度升高。
2．在深海潜水时，潜水员需在特制的加压舱内接受高压适应训练，适应后再送到深海处潜水。如下图是某加压舱的实物图，若加压前，舱内潜水员肺内气压为，肺内气体容积为，经一段时间加压并稳定后，舱内潜水员肺内气压变为，肺内气体容积变为，此过程潜水员肺内气体温度维持在不变。求：
(1)加压并稳定后，潜水员肺内的气体在压强为，温度为的体积；
(2)加压前与加压稳定后，潜水员肺内气体的质量之比。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）潜水员肺内气体在加压后
压强、体积
压强、体积
根据玻意耳定律得
解得
（2）由（1）知加压后潜水员肺内气体在气压为p0，温度在时的体积为。根据
压强和温度都相同时，气体密度相等则加压前、后潜水员肺内气体的质量之比为
3．气垫运动鞋可减低运动时的振荡，降低运动时脚踝和地面撞击造成的损伤，其鞋底上部和鞋底下部之间设置有可形成气垫的储气腔（腔内气体视为理想气体），储气腔与设置在鞋上的进气孔道和出气孔道组成通气装置。已知鞋子未被穿上时，当环境温度为27℃，每只鞋储气腔内气体体积，压强，等效作用面积恒为S，忽略其他结构产生的弹力。大气压强也为，且储气腔内气体与外界温度始终相等，g已知。
（1）当质量为m的运动员穿上该运动鞋，双脚直立时，求单只鞋储气腔内气体体积；
（2）运动鞋未被穿上时，但储气腔存在漏气，当气温从27℃上升到37℃时，气垫缓缓漏气至与大气压相等，求漏出的气体与气垫内剩余气体的质量之比。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）双脚站立时，由平衡条件可得
气体做等温变化，根据玻意耳定律可得
解得单只鞋气垫内气体体积
（2）根据理想气体状态方程
其中，，漏出的气体与气垫内剩余气体的质量之比为
4．如图所示是监测化工厂反应器工作温度的装置。导热良好且容积为的容器固定在反应器中，上方安装一截面积为的透明绝热导管，导管内有一绝热轻薄活塞。初始时，密闭气体温度为，活塞位于下端口A位置。发生反应时，活塞位置随温度升高缓慢上升。导管顶部固定一处于原长状态、劲度系数为的轻弹簧，下端B距离A位置的活塞上表面为，当弹簧压缩量达到0.2m时将触发高温报警。容器内气体视为理想气体，大气压强为。
(1)活塞上升到B过程中，气体分子平均动能 （选填“变大”或“变小”），单位时间撞击单位面积容器壁的分子数 （选填“变大”或“变小”）；
(2)求活塞上升到B时的气体温度；
(3)若从初始到刚好触发警报过程中，密闭气体内能增加量为，求此过程气体吸热为多少？
【答案】(1) 变大 减少
(2)
(3)
【详解】（1）[1]温度是分子平均动能的标志，活塞向上运动时温度升高，分子平均动能增大。
[2]由于气体压强不变，而温度升高分子平均动能增大导致气体分子撞击单位面积容器壁的力增大，所以单位时间撞击单位面积容器壁的分子数减少。
（2）对反应器中的气体分析
已知初状态，，
末状态，
由可得
（3）触发警报时活塞上升距离为0.4m，由题目分析可知前0.2m封闭气体做等压膨胀，后0.2m封闭气体压强
外界对封闭气体做的功
由热力学第一定律可知
5．如图是某超重报警装置示意图，它由导热性能良好的密闭气缸、固定有平台活塞、报警电路组成，当活塞下移两触点接触时，电路发出超重报警。已知活塞与平台的总质量为m，活塞横截面积为S，弹簧长为l，大气压为。平台不放物体，在环境温度为时，活塞距气缸底高为2l。不考虑活塞与气缸间摩擦，忽略上触点与活塞之间的距离，气缸内气体视为理想气体。
(1)平台下移过程中气体分子间作用力为 （选填“引力”、“斥力”或“零”），单位面积气缸壁受到气体分子的撞击力 （选填“增大”、“不变”或“减小”）；
(2)轻放重物，活塞缓慢下移，求刚好触发超重预警时所放重物的质量M；
(3)不放重物，若外界温度缓慢降低，从图示位置到刚触发超重预警过程，气体向外界放出热量Q。求气体内能的变化。
【答案】(1) 零 增大
(2)
(3)
【详解】（1）[1][2]因气体视为理想气体，则平台下移过程中气体分子间作用力为零，气体体积变小，因活塞导热性良好，可知气体温度不变，则气体压强变大，则单位面积气缸壁受到气体分子的撞击力增大；
（2）气体进行等温过程，则根据玻意耳定律：
可得
得
（3）等压变化，外界对气体做功
由热力学第一定律
解得
6．如图所示，气室1和气室2为两个中间接有智能温控开关（未画出）的绝热汽缸，气室1内质量的活塞的上方与大气连通，气室2的体积不变。当气室1内气体温度比气室2内气体温度低时，智能温控开关被打开，气室2内部分气体迅速进入气室1中，最终两气室温度、压强均相等时智能温控开关立即关闭。已知活塞的横截面积为S，开始时气室2内气体压强为，气室1和2内的温度均为，体积均为，重力加速度大小为，外界大气压强为，气室1、2内的气体可视为质量不同的同种理想气体，忽略活塞与汽缸壁间的摩擦和温控开关的质量，活塞密封良好。
(1)求气室1内气体压强；
(2)若气室2内有热源供热，使该气室内气体温度上升，压强变大，智能温控开关被打开，当两气室内气体温度稳定在时，求气室1内气体的体积。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）以活塞为研究对象，根据力的平衡，有
解得
（2）智能温控开关被打开后，最终两气室内气体温度为，以气室1和2内的所有气体为研究对象，根据理想气体状态方程，有
其中
解得
7．油电混合车汽油发动机结构如图a所示。某型号发动机的工作原理简化如下：燃烧室内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和压缩过程可简化为如图b所示的图像，其中B→C和D→A为两个绝热过程。状态A气体的温度压强。火花塞点火瞬间，燃烧室内气体的压强迅速增大到的状态B。然后，活塞被推动向下移动，驱动汽车前进。在经历B→C的绝热膨胀过程中，气体对外做功300J，温度降低了300K，压强降低到125kPa。
(1)求状态B的温度；
(2)求B→C过程燃烧室内气体内能变化量。
(3)燃烧室内气体的最大体积与最小体积之比被称为压缩比γ，它是发动机动力大小的一个标志。根据题目中条件，计算该发动机的压缩比γ。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）从A→B过程气体温度升高发生等容升压，根据查理定律
解得K
（2）B→C过程为绝热过程，
根据热力学第一定律得
其中J
联立解得J
（3）在经历B→C的绝热膨胀过程中，气体对外做功，气缸内温度降低了300K，膨胀结束到达状态C时，燃烧室内压强降低到125kPa，则有，
根据理想气体状态方程可得
可得该汽油机的压缩比为
8．如图甲所示，一高度为H的汽缸直立在水平地面上，汽缸壁和活塞都是绝热的，活塞横截面积为S，在缸的正中间和缸口处有固定卡环，活塞可以在两个卡环之间无摩擦运动．活塞下方封闭有一定质量的理想气体，已知理想气体内能U与温度T的关系为（k为正的已知常量），重力加速度为g．初始状态封闭气体温度为，压强等于外界大气压强，现通过电热丝缓慢加热，封闭气体先后经历了如图乙所示的三个状态变化过程，求：
(1)活塞质量m；
(2)从过程中，气体对外做的功W；
(3)从全过程中，气体内能增加量。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）过程，气体在等压膨胀，由受力平衡有：
解得：
（2）过程，图像斜率不变，体积不变，只有在过程中气体对外做功，故从过程，气体对外做的功：
（3）在全过程中，由理想气体状态方程，有
解得气体在d状态的温度
故气体内能的变化量：
9．如图，导热良好的固定活塞a、b将内壁光滑的气缸分成体积相等的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三部分。a活塞上带有阀门K，两活塞分别封闭了长度均为L的三部分空气（可视为理想气体），其中Ⅰ的压强为，Ⅱ的压强为，Ⅲ的压强为，打开阀门K，Ⅰ和Ⅱ中气体充分交换。
(1)求Ⅱ中增加的空气质量与原有的空气质量之比；
(2)若解除b活塞的锁定，最终b活塞静止，求b活塞移动的距离。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）设活塞横截面积为 S，对Ⅰ和Ⅱ中气体，由玻意耳定律可得
解得打开阀门，Ⅰ和Ⅱ中气体充分交换后的压强
Ⅱ中增加的空气质量与原有的空气质量之比
（2）解除b活塞的锁定，最终b活塞静止，设活塞 b 静止后两侧气体压强为 ，活塞 b向右运动的距离为 ，对Ⅰ和Ⅱ中气体，由玻意耳定律可得
对Ⅲ中的气体，由玻意耳定律可得
联立解得
10．如图所示，导热汽缸A和绝热汽缸B分别用两个绝热活塞（厚度不计）封闭一定质量的理想气体，两汽缸均固定在倾角为的斜面上，活塞中间有一轻质刚性杆连接。初始时汽缸A、B内的光滑活塞均位于汽缸的正中央，活塞质量分别为m和2m（m为未知量），横截面积分别为S和2S，汽缸长度均为L，B汽缸内气体初始压强为，温度为。若大气压强为，且满足，g为重力加速度，环境温度不变。求：
(1)A汽缸封闭气体的压强及杆的作用力大小；
(2)现缓慢加热B汽缸中的气体温度至，则此时A汽缸气柱长度与压强分别为多少。
【答案】(1)2.5p0，
(2)，
【详解】（1）设汽缸A、B中气体的初始压强分别为、，杆的作用力大小为F，对两活塞由整体法，则有，，
联立解得
隔离上方大活塞，则有
解得
（2）设B汽缸气体升温后的长度为，压强为；A汽缸气体后来的长度为，A中气体压强为，对两活塞由整体法
B气体由理想气体状态方程
A气体发生等温变化，由玻意耳定律
由几何长度关系
联立以上各式解得，
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预测押题05——热学计算题（学生版）
一、命题趋势
1. 强化多过程问题建模，可能引入热-力耦合模型（如气缸-活塞系统与弹簧振子联动），结合热力学第一定律和简谐运动方程推导温度周期性变化规律
2. 工程实践与基础模型结合 ：气缸类力热综合问题持续强化，重点考查多过程分析能力（如活塞运动与气体状态变化的联动分析）
3. 热力学第一定律与理想气体状态方程的综合应用占比提升，可能涉及能量转化效率计算（如斯特林发动机循环效率推导）
4. 前沿科技与物理模型适配 ：微重力环境下气体行为修正模型（如空间站内气体扩散速率与地面实验的对比分析）、新能源装置热力学分析
二、热点内容预测
核心考点 高频命题方向 创新题型示例
理想气体状态方程 ①不等大气缸关联问题（用轻质活塞隔开） ②与动力学结合的非平衡状态分析 结合深海探测器耐压舱设计
热力学定律综合应用 ①循环效率计算（含非卡诺循环的功热转换） ②绝热过程与外界做功的关联分析46 引入斯特林发动机双气缸模型
分子动理论与实验 ①布朗运动观测数据的统计分析（微粒轨迹与温度关联性） 设计数字化实验题（如用压强传感器验证等温变化规律）
三、时事热点
1. 大国重器 ：空间站生命维持系统气体循环分析、深海探测器耐压测试（理想气体方程在超高气压环境中的适用性）。
2. 新质生产力 ：氢能源储气罐安全性评估（氢气扩散速率与泄漏风险的温度敏感性分析）、3D打印金属粉末气雾化过程。
3. 亚运科技：游泳池恒温系统、智能运动鞋气垫缓震分析（气体绝热压缩过程中的温度变化与能量耗散）
四、押题预测
1．如图甲，2024年5月28日，神舟十八号航天员圆满完成出舱任务．航天员要先进入气闸舱中等待气闸舱内气压降至与太空舱外气压基本一致，才能进入太空。中国空间站气闸舱使用了气体复用技术，即宇航员出舱前将气闸舱空气全部抽送到相邻的工作舱。如图乙，若工作舱容积，气闸舱容积，工作舱和气闸舱中气体的初始压强均为，外太空为真空状态，气体为理想气体并忽略航天员对气体的影响，太空舱与外界保持绝热。请问抽气过程：
(1)若气体温度保持不变，则抽气结束后工作舱内气体压强升高了多少？
(2)若考虑气体做功，则工作舱内气体温度如何变化，并说明理由。
2．在深海潜水时，潜水员需在特制的加压舱内接受高压适应训练，适应后再送到深海处潜水。如下图是某加压舱的实物图，若加压前，舱内潜水员肺内气压为，肺内气体容积为，经一段时间加压并稳定后，舱内潜水员肺内气压变为，肺内气体容积变为，此过程潜水员肺内气体温度维持在不变。求：
(1)加压并稳定后，潜水员肺内的气体在压强为，温度为的体积；
(2)加压前与加压稳定后，潜水员肺内气体的质量之比。
3．气垫运动鞋可减低运动时的振荡，降低运动时脚踝和地面撞击造成的损伤，其鞋底上部和鞋底下部之间设置有可形成气垫的储气腔（腔内气体视为理想气体），储气腔与设置在鞋上的进气孔道和出气孔道组成通气装置。已知鞋子未被穿上时，当环境温度为27℃，每只鞋储气腔内气体体积，压强，等效作用面积恒为S，忽略其他结构产生的弹力。大气压强也为，且储气腔内气体与外界温度始终相等，g已知。
（1）当质量为m的运动员穿上该运动鞋，双脚直立时，求单只鞋储气腔内气体体积；
（2）运动鞋未被穿上时，但储气腔存在漏气，当气温从27℃上升到37℃时，气垫缓缓漏气至与大气压相等，求漏出的气体与气垫内剩余气体的质量之比。
4．如图所示是监测化工厂反应器工作温度的装置。导热良好且容积为的容器固定在反应器中，上方安装一截面积为的透明绝热导管，导管内有一绝热轻薄活塞。初始时，密闭气体温度为，活塞位于下端口A位置。发生反应时，活塞位置随温度升高缓慢上升。导管顶部固定一处于原长状态、劲度系数为的轻弹簧，下端B距离A位置的活塞上表面为，当弹簧压缩量达到0.2m时将触发高温报警。容器内气体视为理想气体，大气压强为。
(1)活塞上升到B过程中，气体分子平均动能 （选填“变大”或“变小”），单位时间撞击单位面积容器壁的分子数 （选填“变大”或“变小”）；
(2)求活塞上升到B时的气体温度；
(3)若从初始到刚好触发警报过程中，密闭气体内能增加量为，求此过程气体吸热为多少？
5．如图是某超重报警装置示意图，它由导热性能良好的密闭气缸、固定有平台活塞、报警电路组成，当活塞下移两触点接触时，电路发出超重报警。已知活塞与平台的总质量为m，活塞横截面积为S，弹簧长为l，大气压为。平台不放物体，在环境温度为时，活塞距气缸底高为2l。不考虑活塞与气缸间摩擦，忽略上触点与活塞之间的距离，气缸内气体视为理想气体。
(1)平台下移过程中气体分子间作用力为 （选填“引力”、“斥力”或“零”），单位面积气缸壁受到气体分子的撞击力 （选填“增大”、“不变”或“减小”）；
(2)轻放重物，活塞缓慢下移，求刚好触发超重预警时所放重物的质量M；
(3)不放重物，若外界温度缓慢降低，从图示位置到刚触发超重预警过程，气体向外界放出热量Q。求气体内能的变化。
6．如图所示，气室1和气室2为两个中间接有智能温控开关（未画出）的绝热汽缸，气室1内质量的活塞的上方与大气连通，气室2的体积不变。当气室1内气体温度比气室2内气体温度低时，智能温控开关被打开，气室2内部分气体迅速进入气室1中，最终两气室温度、压强均相等时智能温控开关立即关闭。已知活塞的横截面积为S，开始时气室2内气体压强为，气室1和2内的温度均为，体积均为，重力加速度大小为，外界大气压强为，气室1、2内的气体可视为质量不同的同种理想气体，忽略活塞与汽缸壁间的摩擦和温控开关的质量，活塞密封良好。
(1)求气室1内气体压强；
(2)若气室2内有热源供热，使该气室内气体温度上升，压强变大，智能温控开关被打开，当两气室内气体温度稳定在时，求气室1内气体的体积。
7．油电混合车汽油发动机结构如图a所示。某型号发动机的工作原理简化如下：燃烧室内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和压缩过程可简化为如图b所示的图像，其中B→C和D→A为两个绝热过程。状态A气体的温度压强。火花塞点火瞬间，燃烧室内气体的压强迅速增大到的状态B。然后，活塞被推动向下移动，驱动汽车前进。在经历B→C的绝热膨胀过程中，气体对外做功300J，温度降低了300K，压强降低到125kPa。
(1)求状态B的温度；
(2)求B→C过程燃烧室内气体内能变化量。
(3)燃烧室内气体的最大体积与最小体积之比被称为压缩比γ，它是发动机动力大小的一个标志。根据题目中条件，计算该发动机的压缩比γ。
8．如图甲所示，一高度为H的汽缸直立在水平地面上，汽缸壁和活塞都是绝热的，活塞横截面积为S，在缸的正中间和缸口处有固定卡环，活塞可以在两个卡环之间无摩擦运动．活塞下方封闭有一定质量的理想气体，已知理想气体内能U与温度T的关系为（k为正的已知常量），重力加速度为g．初始状态封闭气体温度为，压强等于外界大气压强，现通过电热丝缓慢加热，封闭气体先后经历了如图乙所示的三个状态变化过程，求：
(1)活塞质量m；
(2)从过程中，气体对外做的功W；
(3)从全过程中，气体内能增加量。
9．如图，导热良好的固定活塞a、b将内壁光滑的气缸分成体积相等的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三部分。a活塞上带有阀门K，两活塞分别封闭了长度均为L的三部分空气（可视为理想气体），其中Ⅰ的压强为，Ⅱ的压强为，Ⅲ的压强为，打开阀门K，Ⅰ和Ⅱ中气体充分交换。
(1)求Ⅱ中增加的空气质量与原有的空气质量之比；
(2)若解除b活塞的锁定，最终b活塞静止，求b活塞移动的距离。
10．如图所示，导热汽缸A和绝热汽缸B分别用两个绝热活塞（厚度不计）封闭一定质量的理想气体，两汽缸均固定在倾角为的斜面上，活塞中间有一轻质刚性杆连接。初始时汽缸A、B内的光滑活塞均位于汽缸的正中央，活塞质量分别为m和2m（m为未知量），横截面积分别为S和2S，汽缸长度均为L，B汽缸内气体初始压强为，温度为。若大气压强为，且满足，g为重力加速度，环境温度不变。求：
(1)A汽缸封闭气体的压强及杆的作用力大小；
(2)现缓慢加热B汽缸中的气体温度至，则此时A汽缸气柱长度与压强分别为多少。
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