《2025年5年高考3年模拟高中物理选择性必修第三册人教版江苏专版》

1.(2025北京海淀期中)空间站内的航天员出舱前航天器先要“减压”,航天员从太空返回空间站内部后航天器要“升压”。因此空间站内专门做了一个舱,叫“气闸舱”。其原理如图所示,相通的舱A、B之间装有阀门K,舱A中充满气体(视为理想气体),舱B内为真空,整个系统与外界没有热交换,打开阀门K后,A中的气体进入B中,最终达到平衡,则舱内气体 (B)


A.内能减小
B.内能不变
C.对外做功
D.分子势能增大

答案： 1.B 气体从A进入B，因B内为真空，则气体进行自由膨胀，不对外做功，整个系统与外界又没有热交换，根据热力学第一定律可知$\Delta U = Q + W = 0$，即气体内能不变，理想气体的分子势能不变，故A、C、D错误，B正确。
错解分析
通常说气体膨胀时都认为气体对外做功，实际上，这种理解是有前提的。气体在膨胀时只有受到外界的阻碍作用，如活塞外有气体，即有所谓“外界”的存在，才会对外做功，而一旦所谓“外界”没有的话，如活塞无质量且活塞另一侧是真空等情况，气体膨胀时就不对外做功，称为自由膨胀。

2.(2025江苏无锡期中)
如图所示,一定质量的理想气体沿直线从状态$A$变化到状态$B$。已知在此过程中,气体吸收了$280\ J$的热量。则该理想气体在此过程中 (D)

A.每个气体分子的动能均增大
B.状态$B$的热力学温度是状态$A$的$2$倍
C.外界对气体做功
D.内能增加$180\ J$

答案： 2.D 根据理想气体状态方程$\frac{p_A V_A}{T_A} = \frac{p_B V_B}{T_B}$，解得$T_B = 3T_A$，故B错误；从状态A变化到状态B，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，故A错误；从状态A变化到状态B，气体体积增大，气体对外界做功，故C错误；根据$p - V$图像，外界对气体做功为$W = -\frac{1}{2} × (0.4 + 0.6) × 10^5 × 2.0 × 10^{-3} J = -100 J$，气体从状态A变化到状态B的过程中增加的内能为$\Delta U = W + Q = 180 J$，故D正确。
错解分析
在应用热力学第一定律时，对确定$\Delta U$、$W$和$Q$正负的规则模糊是导致解答本题出错的原因。应牢记以下规则：内能增加则$\Delta U$为正值，外界对气体做功则$W$为正值，气体吸热则$Q$为正值。

3.(2025湖北荆州期末)一定质量的理想气体从状态$a$经过状态$b$、$c$、$d$回到状态$a$,其压强$p$与体积的倒数$\frac{1}{V} $的关系如图所示。下列说法正确的是 (D)
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A.$b \to c$过程中气体要从外界吸收热量
B.$d \to a$过程中气体分子在单位时间内对单位面积容器壁的平均碰撞次数不断增大
C.$a \to b$过程中外界对气体做的功大于气体放出的热量
D.$b \to c$过程中外界对气体做的功大于$c \to d$过程中气体对外界所做的功

答案： 3.D 根据理想气体的状态方程$\frac{pV}{T} = C$可得$p = CT · \frac{1}{V}$，$a \to b$过程，对应$p - \frac{1}{V}$图线上的点与原点连线的斜率不变，为等温变化，内能不变，体积减小，根据$\Delta U = W + Q$，可知外界对气体做功与气体放出的热量相等，C错误；$b \to c$过程，为等压变化，对应$p - \frac{1}{V}$图线上的点与原点连线的斜率减小，可知温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，根据$\Delta U = W + Q$，可知气体向外界放热，A错误；$d \to a$过程，对应$p - \frac{1}{V}$图线上的点与原点连线的斜率增大，温度升高，气体分子的平均速率增大，压强不变，故气体分子在单位时间内对单位面积器壁的平均碰撞次数减小，B错误；$b$、$d$两状态气体体积相同，即$b \to c$过程气体体积的变化量与$c \to d$过程中气体体积变化量大小相等，$b \to c$过程压强不变，而$c \to d$过程压强减小，根据$W = p\Delta V$可知$b \to c$过程中外界对气体做的功大于$c \to d$过程中气体对外界所做的功，D正确。
错解分析
“$p - V$图像”与“$p - \frac{1}{V}$图像”都能反映气体等温变化的规律，分析问题时一定要注意区分两个图线的不同形状。一定质量的气体，温度不变时，压强与体积成反比，温度升高后，压强与体积的乘积变大，在$p - V$图线中等温线为双曲线的一支。在$p - \frac{1}{V}$图像中图线上的点与原点连线的斜率越大，温度越高。$p - V$图线与$V$轴所围的面积可以表示功，$p - \frac{1}{V}$图线与横轴所围的面积不能表示功。

(2025四川成都期末)如图所示,一定质量的理想气体,从状态$A$经绝热过程$A\to B$、等容过程$B\to C$、等温过程$C\to A$,又回到了状态$A$,则下列说法不正确的是 (D)


A.$A\to B$过程气体降温
B.$B\to C$过程气体吸热
C.$C\to A$过程气体放热
D.全部过程气体做功为零

答案：
D $A \to B$过程气体绝热膨胀，气体对外界做功，其对应的内能必定减小，即气体温度降低，A正确。$B \to C$过程气体等容升压，由$\frac{pV}{T} = C$可知，气体温度升高，其对应内能增加，因外界对气体不做功，故该过程必定从外界吸热，B正确。$C \to A$过程气体等温压缩，故气体的内能不变，但外界对气体做功，根据$\Delta U = W + Q$，可知该过程中气体放热，C正确。全部过程分三个过程，$A \to B$过程气体对外界做功$W_1$，其值等于$AB$图线与横轴包围的面积，如图1所示；$B \to C$过程外界对气体不做功；$C \to A$过程外界对气体做功$W_2$，其值等于$CA$图线与横轴包围的面积，如图2所示。显然全过程外界对气体做的净功等于$ABC$封闭曲线包围的面积，D错误。
　
方法点津
$p - V$图像中，图线与横轴围成的面积就等于做功。如果曲线封闭，沿曲线顺时针走一圈的就是气体对外做功，逆时针走一圈的就是外界对气体做功，且曲线围成的面积就等于做功的数值。本题利用“面积法”可快速判断气体做功情况。利用这种方法解题，非常直观，对于一些需要定量计算做功的图像类题目，也能很好地应用。