高考物理熱學氣缸活塞型別十大考點
General 更新 2024年05月16日
對近幾年高考試題研究發現，有關氣缸型別試題是考查熱學的好載體，一直受高考命題者青睞，該類試題命題的意圖主要是考查對熱學基本規律的綜合應用，都是圍繞氣缸活塞的變化問題設定的。由於該類試題涉及熱學和力學知識，需要學生有較好的分析綜合思維能力以及靈活運用知識解決問題的能力。因此，在高三物理複習過程中，要重視該類問題的解法思路分析，歸納題型的種類和考點，提高學生分析問題和解決問題的能力。
考點一、考查熱力學第一定律
例1．（2010年廣東卷）如圖1是密閉的氣缸，外力推動活塞P壓縮氣體，對缸內氣體做功800J，同時氣體向外界放熱200J，缸內氣體的
A．溫度升高，內能增加600J
B．溫度升高，內能減少200J
C．溫度降低，內能增加600J
D．溫度降低，內能減少200J
解析：由熱力學第一定律得：，一定質量的理想氣體的內能大小隻與溫度有關，故溫度升高，答案選A正確。
例2．（2010年全國II卷）如圖2，一絕熱容器被隔板K 隔開a、b兩部分。已知a內有一定量的稀薄氣體，b內為真空，抽開隔板K後，a內氣體進入b，最終達到平衡狀態。在此過程中
A．氣體對外界做功，內能減少
B．氣體不做功，內能不變
C．氣體壓強變小，溫度降低
D．氣體壓強變小，溫度不變
解析：絕熱容器內的稀薄氣體與外界沒有熱傳遞，Q=0。稀薄氣體向真空擴散沒有做功，W=0。根據熱力學第一定律稀薄氣體的內能不變，則溫度不變。稀薄氣體擴散體積增大，壓強必然減小。答案為BD。
考點二、考查氣體內能變化問題
例3．（2009年全國卷II）如圖3所示，水平放置的密封氣缸內的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在氣缸內無摩擦滑動，右側氣體內有一電熱絲。氣缸壁和隔板均絕熱。初始時隔板靜止，左右兩邊氣體溫度相等。現給電熱絲提供一微弱電流，通電一段時間後切斷電源。當缸內氣體再次達到平衡時，與初始狀態相比
A．右邊氣體溫度升高，左邊氣體溫度不變
B．左右兩邊氣體溫度都升高
C．左邊氣體壓強增大
D．右邊氣體內能的增加量等於電熱絲放出的熱量
解析：本題考查電路接入氣缸問題，當電熱絲通電後，右的氣體溫度升高氣體膨脹，將隔板向左推，對左邊的氣體做功，根據熱力學第一定律，內能增加，氣體的溫度升高，根據氣體定律左邊的氣體壓強增大。BC正確，右邊氣體內能的增加值為電熱絲髮出的熱量減去對左邊的氣體所做的功，D錯。因此，答案為BC。
考點三、考查氣缸受力平衡問題
例4．如圖4所示，一根豎直的彈簧支援著一倒立汽缸的活塞，使汽缸懸空而靜止。設活塞和缸壁間無摩擦且可以在缸內自由移動，缸壁導熱效能良好。使缸內氣體溫度總能與外界大氣的溫度相同，則下列結論中正確的是
A．若外界大氣壓強增大，則彈簧將壓縮一些
B．若外界大氣壓強增大，則汽缸的上底面距地面的高度將增大
C．若氣溫升高，則活塞距地面的高度將減小
D．若氣溫升高，則汽缸的上底面距地面的高度將增大
解析：取活塞及汽缸為研究物件，其重力和彈簧彈力受力平衡，無論氣體怎樣變化，彈力不變，其長度不變，A錯；由，得大氣壓強p0增大，氣體壓強變大，溫度不變。由此時氣柱變短，即汽缸上底面離地高度變小，B錯；氣體壓強不變，溫度升高，根據氣體實驗定律知體積增大，氣柱變長，知C錯，D對。答案為D。
考點四、考查氣體狀態參量的影象
例5．如圖5甲所示，固定在水平地面上的氣缸內，用活塞封閉一定質量的理想氣體，已知在環境溫度變化時大氣壓強不變。現對活塞施加一作用力F，使氣缸內氣體分別經歷圖乙所示的①②③三個過程，緩慢地從狀態A變化到狀態B，狀態A、B壓強相等，則下列說法正確的是
A．過程①F—定對活塞做負功
B．過程②F對活塞做功為零
C．過程③F先對活塞做正功，後對活塞做負功
D．過程①的內能比過程②的內能增加的多
解析：由題意知，①過程是壓強先增大後減小，最後與原來相等，溫度增加體積增大，得活塞向右移動，F對活塞做負功，A正確；過程②說明活塞受力平衡，得F=0，F對活塞做功也為零，B正確；過程③溫度增加體積增大，得活塞向先向右後向左移動，得F先對活塞做負功，後對活塞做正功，C錯；過程①的內能和過程②的內能增加一樣多，D錯；因此答案AB選項正確。
例6．如圖6所示，導熱的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定質量的理想氣體封閉在汽缸中（狀態①），汽缸的內壁光滑。現用水平外力F作用於活塞桿，使活塞緩慢地向右移動一段距離（狀態②），在此過程中，如果環境保持恆溫，分別用p、V、T表示該理想氣體的壓強、體積、溫度。氣體從狀態①變化到狀態②，此過程可用圖中的哪幾個圖象表示
解析：由題意知，從①到②，溫度不變，體積增大，壓強減小，所以只有AD正確。AD。
考點五、考查氣體狀態參量的討論
例7．（2010年福建卷）如圖7所示，一定質量的理想氣體密封在絕熱（即與外界不發生熱交換）容器中，容器內裝有一可以活動的絕熱活塞。今對活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離後，氣體的體積減小。若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體
A．溫度升高，壓強增大，內能減少
B．溫度降低，壓強增大，內能減少
C．溫度升高，壓強增大，內能增加
D．溫度降低，壓強減小，內能增加
解析：根據題意得，外力F做正功，W＞0；絕熱，Q=0；由熱力學第一定律△U=Q+W＞0，內能增加，溫度升高；另外，由可以判斷出壓強增大。答案為C。
考點六、考查氣體分子平均速率
例8．如圖8所示，用導熱的固定隔板把一容器隔成容積相等的甲、乙兩部分，甲、乙中分別有質量相等的氮氣和氧氣。在達到平衡時，它們的溫度必相等，若分子勢能可忽略，則甲、乙中
A．氣體的壓強相等
B．氣體分子的平均動能相等
C．氣體的內能相等
D．氣體分子的平均速率相等
解析：由於溫度是分子平均動能的標誌，所以在達到平衡時，它們的溫度相等，氣體分子的平均動能必相等。答案為B。
考點七、考查氣缸彈簧連線體問題
例9．如圖9所示，密閉絕熱的具有一定質量的活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁的摩擦忽略不計，置於真空中的輕彈簧的一端固定於容器的底部，另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮後用繩紮緊，此時彈簧的彈性勢能為EP（彈簧處於自然長度時的彈性勢能為零），現繩突然斷開，彈簧推動活塞向上運動，經過多次往復運動後活塞靜止，氣體達到平衡態，經過此過程
A．EP全部轉換為氣體的內能
B．EP一部分轉換成活塞的重力勢能，其餘部分仍為彈簧的彈性勢能
C．EP全部轉換成活塞的重力勢能和氣體的內能
D．EP一部分轉換成活塞的重力勢能，一部分轉換為氣體的內能，其餘部分仍為彈簧的彈性勢能
解析：以活塞為研究物件，設初態時氣體壓強為P1，活塞質量為m，截面積為S，末態時的壓強為P2，初態：，由題意可得末態位置必須高於初態位置，否則
20090318
不能平衡，則由和（絕熱），W為正，也必為正，溫度升高，內能增加，活塞重力勢能增加，末態時，由力的平衡條件知：，仍然具有一定彈性勢能，D正確。答案為D。
考點八、考查氣體壓強微觀解釋
例10．如圖10所示，一個內壁光滑與外界不發生熱傳遞的汽缸固定在地面上，缸內活塞下方封閉著空氣（活塞與外界也不發生熱傳遞），若用豎直向上的力F將活塞向上拉一些，達到穩定後缸內封閉著的氣體
A．若活塞重力不計，拉力F對活塞做的功等於缸內氣體內能的改變數
B．分子平均動能不變
C．單位時間內缸壁單位面積上受到的氣體分子碰撞的次數減少
D．每個分子對缸壁的衝力都會減小
解析：活塞向上運動氣體體積增大，氣體對外做功，又沒有發生熱傳遞，故氣體的溫度降低，壓強一定減小，故分子平均動能減小。氣體對外做的功等於氣體內能的減少量。答案為C。
考點九、考查熱敏電阻接入氣缸問題
例11．如圖11所示，帶有活塞的汽缸中封閉一定質量的氣體（不考慮分子勢能）。將一個半導體熱敏電阻置於汽缸中，熱敏電阻與汽缸外的電流表和電源相連線。活塞可以自由滑動，活塞上有幾塊質量不等的小物塊，還有準備好的可以往活塞上新增的小物塊。下列說法正確的是
A．若發現電流表示數變小，汽缸內的溫度一定升高了，要想保持氣體的體積不變，則需要往活塞上新增小物塊
B．若發現電流表示數變小，氣體的內能一定減小了，要想保持氣體的體積不變，則需要減少活塞上的物塊的數量
C．若發現電流表示數變小，當保持活塞上的物塊數量不變時，則氣體的體積一定增大，活塞會向上移動
D．若發現電流表示數變小，則汽缸內的溫度一定降低了，若活塞上物塊數量保持不變，活塞會向下移動
解析：根據氣體狀態參量p、V、T關係，閉合電路歐姆定律以及熱敏電阻特性知，電流表示數變小，R值變大，溫度降低，內能減小。易選出正確選項BD。
考點十、考查氣體實驗定律
例12．（2008年寧夏卷）如圖12所示，一定質量的理想氣體被活塞封閉在可導熱的氣缸內，活塞相對於底部的高度為h，可沿氣缸無摩擦地滑動。取一小盒沙子緩慢地倒在活塞的上表面上。沙子倒完時，活塞下降了h/4。再取相同質量的一小盒沙子緩慢地倒在活塞的上表面上。外界天氣的壓強和溫度始終保持不變，求此次沙子倒完時活塞距氣缸底部的高度。
解析：設大氣和活塞對氣體的總壓強為，加一小盒沙子對氣體產生的壓強為，由玻馬定律得①，由①式得：②，再加一小盒沙子後，氣體的壓強變為p0+2p。設第二次加沙子後，活塞的高度為h′，又因為′③，聯立②③式解得h′=。
總結：從上面例子看出，有關氣缸型別試題已是各類考試考查熱點之一，這類試題考查的考點多，知識綜合性較強。解決這類問題的關鍵是對氣體狀態參量和內能等基本概念的理解，特別是活塞移動時的機械運動狀態及其變化與氣體狀態及其變化相互影響等等，通過以上總結的十大考點以後，再做一些相關練習，相信同學們能很好的掌握好氣缸類問題。
學習高中物理的好方法
高考化學考試說明解讀
考點一、考查熱力學第一定律
例1．（2010年廣東卷）如圖1是密閉的氣缸，外力推動活塞P壓縮氣體，對缸內氣體做功800J，同時氣體向外界放熱200J，缸內氣體的
A．溫度升高，內能增加600J
B．溫度升高，內能減少200J
C．溫度降低，內能增加600J
D．溫度降低，內能減少200J
解析：由熱力學第一定律得：，一定質量的理想氣體的內能大小隻與溫度有關，故溫度升高，答案選A正確。
例2．（2010年全國II卷）如圖2，一絕熱容器被隔板K 隔開a、b兩部分。已知a內有一定量的稀薄氣體，b內為真空，抽開隔板K後，a內氣體進入b，最終達到平衡狀態。在此過程中
A．氣體對外界做功，內能減少
B．氣體不做功，內能不變
C．氣體壓強變小，溫度降低
D．氣體壓強變小，溫度不變
解析：絕熱容器內的稀薄氣體與外界沒有熱傳遞，Q=0。稀薄氣體向真空擴散沒有做功，W=0。根據熱力學第一定律稀薄氣體的內能不變，則溫度不變。稀薄氣體擴散體積增大，壓強必然減小。答案為BD。
考點二、考查氣體內能變化問題
例3．（2009年全國卷II）如圖3所示，水平放置的密封氣缸內的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在氣缸內無摩擦滑動，右側氣體內有一電熱絲。氣缸壁和隔板均絕熱。初始時隔板靜止，左右兩邊氣體溫度相等。現給電熱絲提供一微弱電流，通電一段時間後切斷電源。當缸內氣體再次達到平衡時，與初始狀態相比
A．右邊氣體溫度升高，左邊氣體溫度不變
B．左右兩邊氣體溫度都升高
C．左邊氣體壓強增大
D．右邊氣體內能的增加量等於電熱絲放出的熱量
解析：本題考查電路接入氣缸問題，當電熱絲通電後，右的氣體溫度升高氣體膨脹，將隔板向左推，對左邊的氣體做功，根據熱力學第一定律，內能增加，氣體的溫度升高，根據氣體定律左邊的氣體壓強增大。BC正確，右邊氣體內能的增加值為電熱絲髮出的熱量減去對左邊的氣體所做的功，D錯。因此，答案為BC。
考點三、考查氣缸受力平衡問題
例4．如圖4所示，一根豎直的彈簧支援著一倒立汽缸的活塞，使汽缸懸空而靜止。設活塞和缸壁間無摩擦且可以在缸內自由移動，缸壁導熱效能良好。使缸內氣體溫度總能與外界大氣的溫度相同，則下列結論中正確的是
A．若外界大氣壓強增大，則彈簧將壓縮一些
B．若外界大氣壓強增大，則汽缸的上底面距地面的高度將增大
C．若氣溫升高，則活塞距地面的高度將減小
D．若氣溫升高，則汽缸的上底面距地面的高度將增大
解析：取活塞及汽缸為研究物件，其重力和彈簧彈力受力平衡，無論氣體怎樣變化，彈力不變，其長度不變，A錯；由，得大氣壓強p0增大，氣體壓強變大，溫度不變。由此時氣柱變短，即汽缸上底面離地高度變小，B錯；氣體壓強不變，溫度升高，根據氣體實驗定律知體積增大，氣柱變長，知C錯，D對。答案為D。
考點四、考查氣體狀態參量的影象
例5．如圖5甲所示，固定在水平地面上的氣缸內，用活塞封閉一定質量的理想氣體，已知在環境溫度變化時大氣壓強不變。現對活塞施加一作用力F，使氣缸內氣體分別經歷圖乙所示的①②③三個過程，緩慢地從狀態A變化到狀態B，狀態A、B壓強相等，則下列說法正確的是
A．過程①F—定對活塞做負功
B．過程②F對活塞做功為零
C．過程③F先對活塞做正功，後對活塞做負功
D．過程①的內能比過程②的內能增加的多
解析：由題意知，①過程是壓強先增大後減小，最後與原來相等，溫度增加體積增大，得活塞向右移動，F對活塞做負功，A正確；過程②說明活塞受力平衡，得F=0，F對活塞做功也為零，B正確；過程③溫度增加體積增大，得活塞向先向右後向左移動，得F先對活塞做負功，後對活塞做正功，C錯；過程①的內能和過程②的內能增加一樣多，D錯；因此答案AB選項正確。
例6．如圖6所示，導熱的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定質量的理想氣體封閉在汽缸中（狀態①），汽缸的內壁光滑。現用水平外力F作用於活塞桿，使活塞緩慢地向右移動一段距離（狀態②），在此過程中，如果環境保持恆溫，分別用p、V、T表示該理想氣體的壓強、體積、溫度。氣體從狀態①變化到狀態②，此過程可用圖中的哪幾個圖象表示
解析：由題意知，從①到②，溫度不變，體積增大，壓強減小，所以只有AD正確。AD。
考點五、考查氣體狀態參量的討論
例7．（2010年福建卷）如圖7所示，一定質量的理想氣體密封在絕熱（即與外界不發生熱交換）容器中，容器內裝有一可以活動的絕熱活塞。今對活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離後，氣體的體積減小。若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體
A．溫度升高，壓強增大，內能減少
B．溫度降低，壓強增大，內能減少
C．溫度升高，壓強增大，內能增加
D．溫度降低，壓強減小，內能增加
解析：根據題意得，外力F做正功，W＞0；絕熱，Q=0；由熱力學第一定律△U=Q+W＞0，內能增加，溫度升高；另外，由可以判斷出壓強增大。答案為C。
考點六、考查氣體分子平均速率
例8．如圖8所示，用導熱的固定隔板把一容器隔成容積相等的甲、乙兩部分，甲、乙中分別有質量相等的氮氣和氧氣。在達到平衡時，它們的溫度必相等，若分子勢能可忽略，則甲、乙中
A．氣體的壓強相等
B．氣體分子的平均動能相等
C．氣體的內能相等
D．氣體分子的平均速率相等
解析：由於溫度是分子平均動能的標誌，所以在達到平衡時，它們的溫度相等，氣體分子的平均動能必相等。答案為B。
考點七、考查氣缸彈簧連線體問題
例9．如圖9所示，密閉絕熱的具有一定質量的活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁的摩擦忽略不計，置於真空中的輕彈簧的一端固定於容器的底部，另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮後用繩紮緊，此時彈簧的彈性勢能為EP（彈簧處於自然長度時的彈性勢能為零），現繩突然斷開，彈簧推動活塞向上運動，經過多次往復運動後活塞靜止，氣體達到平衡態，經過此過程
A．EP全部轉換為氣體的內能
B．EP一部分轉換成活塞的重力勢能，其餘部分仍為彈簧的彈性勢能
C．EP全部轉換成活塞的重力勢能和氣體的內能
D．EP一部分轉換成活塞的重力勢能，一部分轉換為氣體的內能，其餘部分仍為彈簧的彈性勢能
解析：以活塞為研究物件，設初態時氣體壓強為P1，活塞質量為m，截面積為S，末態時的壓強為P2，初態：，由題意可得末態位置必須高於初態位置，否則
20090318
不能平衡，則由和（絕熱），W為正，也必為正，溫度升高，內能增加，活塞重力勢能增加，末態時，由力的平衡條件知：，仍然具有一定彈性勢能，D正確。答案為D。
考點八、考查氣體壓強微觀解釋
例10．如圖10所示，一個內壁光滑與外界不發生熱傳遞的汽缸固定在地面上，缸內活塞下方封閉著空氣（活塞與外界也不發生熱傳遞），若用豎直向上的力F將活塞向上拉一些，達到穩定後缸內封閉著的氣體
A．若活塞重力不計，拉力F對活塞做的功等於缸內氣體內能的改變數
B．分子平均動能不變
C．單位時間內缸壁單位面積上受到的氣體分子碰撞的次數減少
D．每個分子對缸壁的衝力都會減小
解析：活塞向上運動氣體體積增大，氣體對外做功，又沒有發生熱傳遞，故氣體的溫度降低，壓強一定減小，故分子平均動能減小。氣體對外做的功等於氣體內能的減少量。答案為C。
考點九、考查熱敏電阻接入氣缸問題
例11．如圖11所示，帶有活塞的汽缸中封閉一定質量的氣體（不考慮分子勢能）。將一個半導體熱敏電阻置於汽缸中，熱敏電阻與汽缸外的電流表和電源相連線。活塞可以自由滑動，活塞上有幾塊質量不等的小物塊，還有準備好的可以往活塞上新增的小物塊。下列說法正確的是
A．若發現電流表示數變小，汽缸內的溫度一定升高了，要想保持氣體的體積不變，則需要往活塞上新增小物塊
B．若發現電流表示數變小，氣體的內能一定減小了，要想保持氣體的體積不變，則需要減少活塞上的物塊的數量
C．若發現電流表示數變小，當保持活塞上的物塊數量不變時，則氣體的體積一定增大，活塞會向上移動
D．若發現電流表示數變小，則汽缸內的溫度一定降低了，若活塞上物塊數量保持不變，活塞會向下移動
解析：根據氣體狀態參量p、V、T關係，閉合電路歐姆定律以及熱敏電阻特性知，電流表示數變小，R值變大，溫度降低，內能減小。易選出正確選項BD。
考點十、考查氣體實驗定律
例12．（2008年寧夏卷）如圖12所示，一定質量的理想氣體被活塞封閉在可導熱的氣缸內，活塞相對於底部的高度為h，可沿氣缸無摩擦地滑動。取一小盒沙子緩慢地倒在活塞的上表面上。沙子倒完時，活塞下降了h/4。再取相同質量的一小盒沙子緩慢地倒在活塞的上表面上。外界天氣的壓強和溫度始終保持不變，求此次沙子倒完時活塞距氣缸底部的高度。
解析：設大氣和活塞對氣體的總壓強為，加一小盒沙子對氣體產生的壓強為，由玻馬定律得①，由①式得：②，再加一小盒沙子後，氣體的壓強變為p0+2p。設第二次加沙子後，活塞的高度為h′，又因為′③，聯立②③式解得h′=。
總結：從上面例子看出，有關氣缸型別試題已是各類考試考查熱點之一，這類試題考查的考點多，知識綜合性較強。解決這類問題的關鍵是對氣體狀態參量和內能等基本概念的理解，特別是活塞移動時的機械運動狀態及其變化與氣體狀態及其變化相互影響等等，通過以上總結的十大考點以後，再做一些相關練習，相信同學們能很好的掌握好氣缸類問題。
高考化學考試說明解讀