热学中气体图像综合问题系统性答题模板与思维建模-2026年高考物理二轮复习解析版

专题18“热学中气体图像综合问题”系统性答题模板与思

维建模

核心思想与原则

一个核心方程：理想气体状态方程:或半=C

对于一定质量的理想气体，牛=C为定值。

一个基本定律：热力学第一定律:AU=Q+W

其中AU为内能变化（对理想气体只与温度有关），Q为吸热（正）或放热（负），W

为外界对气体做功（正）或气体对外做功（负）。

三大图像类型：

p・V图：曲线下的面积表示气体对外做功（或外界对气体做功），等温线为双曲线，等

容线为竖直线，等压线为水平线。

V・T图：等压线为过原点的直线，等容线为水平线，等温线为竖直线。

p・T图：等容线为过原点的直线，等压线为水平线，等温线为竖直线。

三个关键点：

点：代表气体的一个平衡状态，对应一组（p,V,T）。

线：代表一个准静态过程，线的形状反映过程特征（如双曲线、直线）。

面积：在p-V图中，曲线与坐标轴围成的面积代表功的大小（需注意方向）。

标准化答题步骤模板（五步法）

气体图像问题的“三大破题心法”

点、线、面积对应物理量：

点对应状态，其坐标满足状态方程。

线对应过程，线的形状决定过程性质。

面积（P-V图）对应功的大小。

状态方程是桥梁：将不同状态点的P,V,T联系起来，特别在图像转换时常用。

热力学第一定律是核心：分析每个过程的功、内能变化、热量，注意符号约定统一。

关键提醒：

在P-V图中，功的正负由体积变化方向决定：体积增大，气体对外做功为正。

内能变化只与温度变化有关，与过程无关。

循环效率只计吸热部分，放热不计入分母。

第一步：审题识图，提取信息

看清坐标轴：是p-V、V-T还是P-T图？明确横纵坐标物理量及单位。

识别过程：图线是直线还是曲线？若为直线，是否过原点？根据形状判断过程类型（等

温、等压、等容、绝热、一般过程）。

标注状态点：将图中关键点（如起点、终点、转折点）的坐标记录下来，必要时用字母

表示未知量。

第二步：状态分析，列状态方程

对每个状态点，写出其（p,V,T）关系（若已知其中两个，可由状态方程求第三个）。

利用华=C建立不同状态之间的联系。

第三步：过程分析，求功、热量、内能变化

求功W：

在P-V图中，功等于图线与横轴围成的面积（注意正负：体积增大，气体对外做功，

Wg3S=fpdV；外界对气体做功为负）。

等压过程：W=pAVo

等容过程：W=0o

等温过程：W=nRTInV2/Vi（或由图像面积估算）。

绝热过程：W=-AUo

求内能变化AU：

对理想气体，AU=nCvAT（与过程无关，只与温度变化有关）。

求热量Q：

由热力学第一定律QMU-W（注意W为外界对气体做功，若用气体对外做功W，，则

Q*U+W1需统一符号约定）。常用Q=AU+Wgas（气体对外做功为正）。

第四步：图像转换（若需要）

根据已有图像，确定各状态参量，在新坐标系中描点，并依据过程特点连线（等温线、

等压线等具有特定形状）。

注意、坐标轴L匕例和原点关系。

第五步：检验与讨论

检查结果是否满足物理规律（如循环过程回到原状态，内能变化为零）。

判断吸放热：通常由Q的正负得出。

经典模型分类与特征识别（审题建模关键）

模型类型特征描述典型问题

单过程图像给出一个过程的图线，如等温线、等压求状态参量、做功、内能变

线等化、热量

多过程循环图像由多个过程组成一个循环（如卡诺求效率、净功、吸放热

循环、奥托循环）

图像转换给出一种图像（如P-V图），要求转换画图、判断过程、求比例

为另一种图像（如V-T图）

图线比较在同一坐标系中给出多条图线（如不同比较温度高低、压强大小、

温度的等温线）体积大小

图像与状态方程结图像中隐含状态变化，需用状态方程补求未知状态参量、判断过程

合充数据名称

真题体验

1.（2025•天津•高考真题）如图所示，一定质量的理想气体可经三个不同的过程从状态力变化到状态C,

则（）

A.AC和AOC过程，外界对气体做功相同

B.ABC和ADC过程，气体放出的热量相同

C.在状态月时和在状态C时，气体的内能相同

D.在状态8时和在状态。时，气体分子热运动的平均动能相同

【答案】C

【详解】A.根据W=AC过程的压强总比AQC过程的压强大，则AC过程外界对气体做功多，故A

错误；

B.同理可知A8C过程外界对气体做功比40c过程大，根据热力学第一定律AU=Q+W

可知ABC过程气体放出的热量多，故B错误；

C.根据理想气体状态方程竿=C结合题图可知状态力时和在状态。温度相等，则气体内能相同，故C正

确；

D.根据理想气体状态方程（=0可知状态5的温度高于状态。的温度，则状态4气体分子热运动的平

均动能大，故D错误。

故选Co

2.（2025・全国卷•高考真题）如图，一定量的理想气体先后处于丁图上久从C三个状态，三个状态下

气体的压强分别为心、必、〃一则（）

八/

h

,•

Z

Z

Z

✓

✓

✓

✓

✓

✓

a/c

✓

✓

Z

►

0T

A.Pa=PhB.pu=pcC.Pu>PbD.ptl<pc

【答案】AD

【详解】根据理想气体的状态方程有pv=cr

变形有卜=£丁

则/一7图线上的点与坐标原点连线的斜率代表2

P

则由题图可知pc>Pb=Pa

故选ADo

3.（2025•甘肃•高考真题）如图，一定量的理想气体从状态力经等容过程到达状态8,然后经等温过程到

达状态C。已知质量一定的某种理想气体的内能只与温度有关，且随温度升高而增大。下列说法正确的是

()

-V

A^

C

O----------------------------»T

A.338过程为吸热过程B.83。过程为吸热过程

C.状态力压强比状态4的小D.状态力内能比状态。的小

【答案】ACD

【详解】A.力-3过程，体积不变，则%=0,温度升高，则AU>0,根据热力学第一定律△U=0'+Q

可知0>0,即该过程吸热，选项A正确；

B.8-C过程，温度不变，贝必U=0,体枳减小，则%>0,根据热力学第一定律AU="+0

可知。<0,即该过程为放热过程，选项B错误；

C.4-8过程，体积不变，温度升高，根据（二。

可知，压强变大，即状态4压强比状态8压强小，选项C正确；

D.状态力的温度低于状态。的温度，可知状态/I的内能比状态。的小，选项D正确。

故选ACDo

4.（2024•山东•高考真题）一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，〃过程是等压过程，89c•过程

中气体与外界无热量交换，cfa过程是等温过程。下列说法正确的是（）

A.〃过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功

B.69c过程，气体对外做功，内能增加

C.。玲。玲c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功

D.过程，气体从外界吸收的热量等于过程放出的热量

【答案】C

【详解】A.〃玲b过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做功力<0,由盖-吕萨克定律可知

即内能增大，AU岫＞。，根据热力学第一定律AUMQ+W可知b过程，气体从外界吸收的热量一部分

用于对外做功，另一部分用于增加内能，A错误；

B.方法一：力fc过程中气体与外界无热最交换，即

。加=0

又由气体体积增大可知】以＜0,由热力学笫一定律AU=Q+W可知气体内能减少。

方法二：〃过程为等温过程，所以

Tt=Tu

结合7,＞［分析可知

Tb＞Te

所以6到c过程气体的内能减少。故B错误；

C.C-〃过程为等温过程，可知

根据热力学第一定律可知-C过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，C正确；

D.根据热力学第一定律结合上述解析可知：afbfcfa•整个热力学循环过程AUMO,整个过程气

体对外做功，因此热力学第一定律可得

△U=QL2-w=Q

故〃-＞b过程气体从外界吸收的热量源不等于Cf。过程放出的热量-Qe，D错误。

故选C。

【点睛】

5.（2023•重庆•高考真题）密封于汽缸中的理想气体，从状态a依次经过时、命和“三个热力学过程达

到状态/若该气体的体积1/随热力学温度7变化的匕7图像如图所示，则对应的气体压强〃随厂变化的

p-7•图像正确的是（）

0T

【答案】C

【详解】由匕r图像可知，理想气体时过程做等压变化，从过程做等温变化，〃过程做等容变化。根据

理想气体状态方程，有

PY_

T

可知根过程理想气体的体积增大，则压强减小。

故选C。

巩固训练

6.（2026•湖北•一模）密闭容器内装有一定质量的理想气体，从状态。开始，经状态方、以4再回到状态

。，如图所示，其中图线反、而平行于横轴.下列说法正确的是（）

A.从。到〃，气体从外界吸热

B.从人到c,单位时间内气体分子对容器壁单位面积的碰撞次数增多

C.从c到"，气体内能减小

D.从d到m外界对气体做功

【答案】B

【详解】A.从。到力，气体体积减小，故外界对气体做功，由于从〃到〃反向延长线过原点，所以温度不

变，为等温变化过程，由于•是理想气体，所以内能不变，外界对气体做功，故气体向外界放热，故A错

误。

B.从。到J气体压强不变、体积减小，根据理想气体状态方程（=C

可知温度减小，气体分子的平均速率减小，保持气体压强不变，单位时间内气体分子对容器壁单位面积的

碰撞次数增多，故B正确。

C.从。到d,根据理想气体状态方程华=。

整理得p=§cr

可知温度不变时，图像为过原点的倾斜直线，故从从C到4温度不变，气体内能不变，故C错误。

D.从"到〃，气体压强不变、体积增大，气体对外界做功，故D错误。

故选Bo

7.（2026•云南昭通・模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体可经三个不同的过程从状态A变化到状态

A.AfC和A—OfC过程：外界对气体做功相同

B.气体在状态8时和在状态Z）时，气体分子热运动的平均动能相同

C.Af4->C和AfOfC过程，气体放出的热量相同

D.状态C下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数比状态B更多

【答案】D

【详解】A.根据P-V图像与横江标围成的面积表示外界对气体做功的大小，可知力玲。过程与玲C

过程，所围成的面积不相同，故外界对气体做功不相同，故A错误；

B.根据理想气体状态方程（=C

可得"=警，弓=警

即5点的温度高于。点的温度，故气体分子热运动的平均动能穴相同，故B错误；

C.对力和C状态分析，可得力和C状态下体积与压强的乘积均为3〃0匕，根据理想气体状态方程华=C

可知对于一定质量的理想气体，状态力和c的温度相同，气体的内能相同，根据热力学第一定律

△U=Q+W

可知4183c与4玲。过程，所围成的面积不相同，故外界对气体做功不相同，故气体放出的热量不相

同，故C错误；

D.对B和。状态分析，该过程为等压变化，体积减小，故温度降低，即状态C温度比状态B温度低，所

以在C状态分子的平均动能更小，则分子单次撞击容器壁的平均力度更小，而两个状态压强•样，说明C

状态下分子撞击容器壁的次数更多，故D正确。

故选D<,

8.（2026•江苏•一模）如图所示为一定质量的某种理想气体内能U随体积P变化的图像，力、夕两点与坐

标原点。在一条直线上，该气体的内能u与热力学温度r成正比。则该气体由状态力到4过程中

A.压强增大B.压强减小C.吸收热量D.放出热量

【答案】C

【详解】AB.由U-V图像可知，气体的内能U与体积V成正比，又因为气体的内能U与热力学温度7成

正比，因此气体的体积V与热力学温度T成正比，根据理想气体的状态方程华=。可知，该气体由状态/

到2过程中压强保持不变，故AB错误；

CD.气体由状态4到8过程中，气体的体积V增大，气体对外做功，即W<0

气体的内能U增大，即△〃>（）

根据热力学第一定律AUnW+Q,可知。>0,即气体吸收热后，故C止确，D错误。

故选Co

9.（2025・陕西•二模）对两部分质量相等的同种理想气体、压强与体积倒数的关系图像分别为如图所示的

AB.C。两条倾斜直线、则第一部分气体从状态力到状态氏以及第二部分气体从状态C到状态。，下列

说法正确的是（）

A.两部分气体分子的数密度均减小

B.两部分气体分子对容器壁单位面积上的作用力均减小

C.两部分气体均做等温变化

D.第二部分气体从状态C到状态气体分子的平均动能增大

【答案】D

【详解】A.两部分气体的体积倒数均增大，说明体积均减小，则气体分子数密度均增大，故A错误；

B.两部分气体的压强均增大，则气体分子对容器壁单位面积上的作用力均增大，故B错误；

C.根据理想气体状态方程（二C

变形得=

图像的斜率为gf==b

V

由图可知第一部分勺体图像的反向延长线经过坐标原点，说明做等温变化；第二部分气体图像的反向延长

线不经过坐标原点，不做等温变化，故c错误；

D.气体从。到。，在图像上某点与坐标原点连线的斜率越来越大，即A=1=

V

斜率越来越大，根据理想气体状态方程（=C

可知温度越来越高，分子的平均动能增大，故D正确。

故选Do

10.（2025•广西柳州•二模）如图所示，一定质量的理想气体经历从的过程，下列说法正确的

A.Af8过程，外界对气体做功B.Af8过程，气体内能减小

C.C过程，气体内能增大D.C过程，气体向外界放热

【答案】D

【详解】AB.由图可知，过程气体做等压变化，体积增大，故气体对外界做功，根据盖-吕萨克定

V

律下=C

可知温度升高，故气体的内能增大，故AB错误；

CD.由图可知，过程气体做等容变化，压强减小，根据直理定律齐C

可知温度降低，故气体内能减小，根据热力学第一定律有△U=W+Q

因气体体积不变，故气体与外界不做功，即W=0,故气体向外界放热，故C错误，D正确。

故选Do

11.（2026•安徽合肥•模拟预测）一定质量的理想气体由状态。经状态从c回到状态m其p—7图像如图

所示。下列说法正确的是（）

A.〃、h、c三个状态的体积关系为匕＜股＜匕

B.〃到〃过程，外界对气体做功，吸收热量

C.8到c过程，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数增多

D.c到a过程，气体对外做功，分子的平均动能减少

【答案】A

【详解】A.〃到人过程，气体做等压变化，则有率=奉

由于［＜7；

可知匕＞匕

到c过程，气体做等温变化，则有外匕=〃,匕

由于Pb>Pc

可知匕＞匕

综合上述可知，4、氏。三个状态的体积关系为匕＜%＜匕，故A正确;

B.结合上述有匕＞匕

则4到。过程，气体对外做功，由于气体的温度升高，可知气体的内能增大，根据热力学第一定律有

△U=Q+W

可知，从。到b过程，气体吸收热量，故B错误；

C.，，到c过程，气体的温度不变，分子运动的平均速率不变，结合上述，气体体积增大，气体分布密集程

度减小，则气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数减少，故C错误；

D.c到。过程，结合上述，气体体积减小，外界对气体做功，气体的温度降低，故分子的平均动能减少，

故D错误。

故选Ac

12.（2026•重庆•一模）如图所示，奥托循环cfdf。由两个绝热和两个等容过程组成。关于该

A.整个过程中温度最高的是状态〃

B.在过程中，所有气体分子的热运动速率减小

C.在〃一。过程中，气体放出热量

D.整个过程气体吸收热量

【答案】D

【详解】A.根据理想气体状态方程佚=。可知，某状态下的气体温度大小正比于压强与体积的乘积，即

Td＞Ta

在绝热过程cfd中，体积膨胀，气体对外做功，有W＜0

所以AUnWcO

可知内能减小,即（＞十

所以c状态的温度是最高的，故A错误;

B.在dr。过程中，气体的体积不变，压强减小，根据查理定律有祟=空

ldla

可得心＞1

则dfa过程气体的平均动能减小，平均速率减小，但不是所有气体分了•的热运动速率都减小，故B错

误；

C.在b-＞c过程中，根据查理定律，有牛=华

lb1c

可得

所以bfc的过程中，内能增加，由于体积不变，所以气体没有对外界做功，即AU=。

所以。＞0

即气体吸收热量，故c错误；

D.整个循环过程气体乂回到了初始状态，内能不变。气体的P-V图像中曲线与体积轴围成的面积，即为

气体对外界做的功，所以如图所示的阴影部分面积为整个过程的气体对外界做的功。

一个循环中，气体对外界做功，W＜0

由「-△U=Q+W=0

所以。＞0

即气体吸收热量，故D正确。

故选Do

13.（2026,云南•模拟预测）一定质量的理想气体，其压强〃随为积/的变化过程如图所示。C34过程为

等温变化，下列说法正确的是（）

A.BfC过程中气体对外界做功，内能增大

B.（»力过程中外界对气体做功，内能增大

C.过程中气体向外界放热，每个气体分子动能均减小

D.力玲83C3/1全过程中，气体向外界放热，内能不变

【答案】AD

【详解】A.3fC过程中，气体体积增大，气体对外界做功，由牛=。可得气体温度升高，内能增大，

故A正确；

B.CfA过程为等温变化，体积减小，外界对气体做功，由于气体温度不变，内能不变，故B错误；

C.Af8过程中，由华=C可知，气体温度降低，内能减小，体积不变，外界没有对气体做功，根据

△U=Q+W<0可知气体向外界放热。由于温度降低，分子平均动能减小，但不是每个分子动能都减小，

故C错误；

D.AfBfCfA全过程中，因为又回到了初始状态，由牛=。可知，初末状态的温度相同，内能相

同，即内能不变。由图线与横坐标之间所围成的面积表示气体对外界做的功可知，CfA过程外界对气体

做功大卜8fC过程气体对外界做的功，即整个过程外界对气体做正功，由热力学第一定律

△U=Q+W=O得气体要向外界放热，故D正确。

故选ADo

14.（2026•河北•一模）一理想气体系统经历一循环过程。今力Tcldfm其p-P图如图所示，其中df。过

程气体温度不变。下列说法正确的是（）

A.过程气体分子的平均功能增加B.8于过程气体向外界放出热量

C.状态°、4的体积和压强满足PM<〃MD.过程气体从外界吸收热量

【答案】ABC

【详解】A.过程，气体体积不变，压强增大，根据查理定律可知，气体温度升高，内能增大，则分

子的平均动能增加，故A正确；

B.〃玲c过程，气体压强不变，体积减小，外界对气体做功，根据盖-吕萨克定律可知，气体温度降低，内

能减小，根据热力学第一定律可知，气体向外界放出热量，故B正确；

C.根据理想气体状态方程可得华二华

4今。过程气体温度不变，即[=]

eld过程气体体积不变，压强增大，则温度升高，即r<q

所以PM<P,M，故c正确；

D.a-c3/过程，气体体积减小，外界对气体做功，气体放出热量等于外界对气体做的功，"3。过程

气体体积增大，气体对外界做功，气体吸收的热量等于气体克服外界做的功，图线与坐标轴所围区域的面

积表示做功，由图可知，外界对气体做的功大于气体克服外界做的功，所以气体放出热量大于气体吸收的

热量，则整个过程气体向外界放出热量，故D错误。

故选ABCo

15.（2026•湖南•一模）如图所示是一定质量的理想气体从状态。到状态〃的P-V图像，线段曲的延长线

过原点。已知该理想气体的内能与热力学温度的关系是U=kT（k为比例系数，丁为热力学温度），气体

在状态。时的温度为"，则对气体从状态a到状态〃过程中（）

A.气体温度保持不变

B.气体分子数密度减小

C.气体对外界做功为N普

D.气体从外界吸收热量为头乙-竽

【答案】BC

【详解】A.根据唱=。

可知气体从状态。到状态力过程中/W乘积增大，可知该过程温度逐渐升高，故A错误；

B.气体从状态。到状态6过程中体积在增大，分子总数保持不变，所以单位体积内分子数在减少，即气体

分子数密度减小，故B正确；

C.〃-丫图像与横坐标所围面积表示气体做的功，故而过程中气体体积增大，气体对外做功，且大小为

叱〃=隼也匕=±%匕，故C正确；

D.气体从状态。到状态6过程中有竽二驾型

I0lb

可知气体在状态h时的温度为4=47；

可知该过程中内能增加量=3%

根据热力学第一定律AU=Q+W

其中W=-叱力，代入可得气体从外界吸收热最。=3攵4+|〃0%,故D错误。

故选BCo

16.（21-22高二下•湖北襄阳•期末）•定质量的理想气体分别经历两个过程从状态M到达状态M其

〃-丫图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经

历等压变化。刈于这两个过程，下列说法正确的是（）

A.气体经历过程1,温度降低，内能一定减少

B.气体经历过程1,对外做功，内能不一定减少

C.气体经历过程2,先向外放热后吸热

D.气体经历过程2,内能不一定减少

【答案】AC

【详解】AB.气体经历过程1,体积增大，对外做功，而气体与外界无热量交换，根据热力学第一定律可

知，内能一定减少，而一定质量的理想气体其内能只由温度决定，故温度降低，故A正确，B错误；

D.过程2与过程1的初、末状态相同，故气体经历过程2,内能