- 热力学第一定律
- 共1851题
物理1-2模块
(1)根据所学物理知识,判断以下说法正确的是______
A.布朗运动表明了分子越小,分子运动越剧烈
B.由能的转化和守恒定律可以知道,能源是不会减少的
C.在完全失重的情况下,熔化的金属能够收缩成标准的球形
D.利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机,将海水的一部分内能转化为机械能,这在原理上是不可行的
(2)下列说法中正确的是______
A.若使放射性物质的温度升高,其半衰期将变短
B.关于核反应方程,X是
,该核反应属于聚变
C.在α、β、γ这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,α射线的电离能力最强
D.汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子,并提出了原子核式结构学说
(3)阳光烤暖了大地,地面辐射使地面附近的空气变热,形成暖气团升往高空.一大团暖空气上升过程中,边缘部分和外界空气的热交换对整个气团没有明显的影响,可以看成气团与外界没有热交换.则在暧气团上升的过程中温度如何变化?说说你的理由.
正确答案
解:(1)A、布朗运动是小微粒的运动,不是分子的运动.故A错误.
B、能量的转化和转移都是具有方向性的,不能反过来转化.目前人类的大量开采和使用使化石能源面临枯竭的危机.所以并非所有的能量都可以利用能量;能源的利用是有条件的,也是有代价的.故B错误.
C、在完全失重的情况下,熔化的金属能够收缩成标准的球形,故C正确.
D、利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机,将海水的一部分内能转化为机械能,符合热力学第二定律,故D错误.
故选C.
(2)A、半衰期与外界的温度无关,故A错误.
B、关于核反应方程,X是
,该核反应属于聚变,故B正确,
C、在α、β、γ这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,α射线的电离能力最强,故C正确.
D、汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子,卢瑟福提出了原子核式结构学说,故D错误.
故选BC.
(3)在暧气团上升的过程中温度减小.
根据热力学第一定律△U=Q+W,气团上升过程中没有热交换,即Q为零,在气团上升过程中大气压强变小,体积要膨胀,所以气团要对外做功,W为负值,故△U 也为负值,即气体的内能减小.
气体由于分子间距离较大,不考虑分子势能,所以气体只有分子动能.所以气体分子内能减小,就是分子平均动能变小.
温度是分子平均动能的标志,故温度要降低.
故答案为:(1)C; (2)BC;
(3)降低,因为气体对外做功,热交换对整个气团没有明显影响,根据热力学第一定律可知气体的内能减少.则温度降低.
解析
解:(1)A、布朗运动是小微粒的运动,不是分子的运动.故A错误.
B、能量的转化和转移都是具有方向性的,不能反过来转化.目前人类的大量开采和使用使化石能源面临枯竭的危机.所以并非所有的能量都可以利用能量;能源的利用是有条件的,也是有代价的.故B错误.
C、在完全失重的情况下,熔化的金属能够收缩成标准的球形,故C正确.
D、利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机,将海水的一部分内能转化为机械能,符合热力学第二定律,故D错误.
故选C.
(2)A、半衰期与外界的温度无关,故A错误.
B、关于核反应方程,X是
,该核反应属于聚变,故B正确,
C、在α、β、γ这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,α射线的电离能力最强,故C正确.
D、汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子,卢瑟福提出了原子核式结构学说,故D错误.
故选BC.
(3)在暧气团上升的过程中温度减小.
根据热力学第一定律△U=Q+W,气团上升过程中没有热交换,即Q为零,在气团上升过程中大气压强变小,体积要膨胀,所以气团要对外做功,W为负值,故△U 也为负值,即气体的内能减小.
气体由于分子间距离较大,不考虑分子势能,所以气体只有分子动能.所以气体分子内能减小,就是分子平均动能变小.
温度是分子平均动能的标志,故温度要降低.
故答案为:(1)C; (2)BC;
(3)降低,因为气体对外做功,热交换对整个气团没有明显影响,根据热力学第一定律可知气体的内能减少.则温度降低.
(1)物质是由大量分子组成的,分子直径的数量级一般是______m.能说明分子都在永不停息地做无规则运动的实验事实有______(举一例即可).在两分子间的距离由r0(此时分子间的引力和斥力相互平衡,分子作用力为零)逐渐增大的过程中,分子力的变化情况是______(填“逐渐增大”、“逐渐减小”、“先增大后减小”、“先减小后增大”).
(2)一定质量的理想气体,在保持温度不变的情况下,如果增大气体体积,气体压强将如何变化?请你从分子动理论的观点加以解释.如果在此过程中气体对外界做了900J的功,则此过程中气体是放出热量还是吸收热量?放出或吸收多少热量?(简要说明理由)
正确答案
解:(1)分子直径数量级一般是10-10m,布朗运动说明分子都在永不停息地做无规则运动,当分子间距大于平衡位置时,若间距增大,则分子引力与斥力都在减小,但斥力减小得快,所以体现为引力,则引力越来越大,随着间距增大一定值时,引力与斥力都变小,所以分子力也变小,故分子力先增大后减小.
(2)一定质量的理想气体,在保持温度不变的情况下,如果增大气体体积,气体压强减小;一定质量的气体,温度不变时,分子的平均动能一定,气体体积增大,分子的密集程度减小,所以气体压强减小.一定质量的理想气体,温度不变时,内能不变,根据热力学第一定律,当气体对外做功时,气体一定吸收热量,吸收的热量等于气体外做的功量即900J.
故答案为:10-10m,布朗运动,先增大后减小
气体压强减小,吸热900J
解析
解:(1)分子直径数量级一般是10-10m,布朗运动说明分子都在永不停息地做无规则运动,当分子间距大于平衡位置时,若间距增大,则分子引力与斥力都在减小,但斥力减小得快,所以体现为引力,则引力越来越大,随着间距增大一定值时,引力与斥力都变小,所以分子力也变小,故分子力先增大后减小.
(2)一定质量的理想气体,在保持温度不变的情况下,如果增大气体体积,气体压强减小;一定质量的气体,温度不变时,分子的平均动能一定,气体体积增大,分子的密集程度减小,所以气体压强减小.一定质量的理想气体,温度不变时,内能不变,根据热力学第一定律,当气体对外做功时,气体一定吸收热量,吸收的热量等于气体外做的功量即900J.
故答案为:10-10m,布朗运动,先增大后减小
气体压强减小,吸热900J
一定质量的气体,从外界吸收了500J的热量,同时对外做了100J的功,问:物体的内能是增加还是减少?变化了多少?
正确答案
解:气体从外界吸:Q=500J,气体对外界做功:W=-100J,
由热力学第一定律得△U=W+Q=500J-100J=400J
△U为正,说明气体内能增加了400J
答:物体的内能是增加了400J.
解析
解:气体从外界吸:Q=500J,气体对外界做功:W=-100J,
由热力学第一定律得△U=W+Q=500J-100J=400J
△U为正,说明气体内能增加了400J
答:物体的内能是增加了400J.
如图所示,一气缸竖直放置,用一质量为m的活塞在缸内封闭了一定量的理想气体,在气缸的底部安装有一根电热丝,用导线和外界电源相连,已知气缸壁和活塞都是绝热的,气缸壁与活塞间接触光滑且不漏气.现接通电源,电热丝对缸内气体缓慢加热.设活塞横截面积为S,外界大气压强为p0,电热丝热功率为P,测得通电t时间内活塞缓慢向上移动高度h,求:
①气缸内气体压强的大小;
②t时间缸内气体对外所做的功和内能的变化量.
正确答案
解:①由活塞受力平衡,内部气体压强为P则:
p0+=p
②气体对外做功:
W=pSh=p0Sh+mgh
内能的变化量:
△E=Q-W=Pt-mgh-p0Sh
答:①气缸内气体压强的大小p0+;
②t时间缸内气体对外所做的功p0Sh+mgh,内能的变化量Pt-mgh-p0Sh.
解析
解:①由活塞受力平衡,内部气体压强为P则:
p0+=p
②气体对外做功:
W=pSh=p0Sh+mgh
内能的变化量:
△E=Q-W=Pt-mgh-p0Sh
答:①气缸内气体压强的大小p0+;
②t时间缸内气体对外所做的功p0Sh+mgh,内能的变化量Pt-mgh-p0Sh.
用一个底面积是500cm2、高不小于2cm的圆柱形容器,内装水1kg,可用来估测射到地面上的太阳能.在日光垂直照射5min后,水温升高了2.5℃.试估算在日光直射下地球表面每平方米每秒钟获得的热量.(忽略容器吸收的和散失到周围的热量)
正确答案
解:在日光直射下地球表面每平方米每秒钟获得的热量为A
在5min内吸热Q=Ast
水温度升高有:Q=Cm△t
即:=7.0×104J.m2•s.
即:在日光直射下地球表面每平方米每秒钟获得的热量是7.0×104J.
答:在日光直射下地球表面每平方米每秒钟获得的热量是7.0×104J.
解析
解:在日光直射下地球表面每平方米每秒钟获得的热量为A
在5min内吸热Q=Ast
水温度升高有:Q=Cm△t
即:=7.0×104J.m2•s.
即:在日光直射下地球表面每平方米每秒钟获得的热量是7.0×104J.
答:在日光直射下地球表面每平方米每秒钟获得的热量是7.0×104J.
[物理一选修3-3]
钢瓶内装有高压氧气.春天当室内温度为17℃时,压力表指示的压强数值为2×105Pa,
若夏天时压力表指示的数值为2.1×105pa,求:
(1)夏天室内的温度为多少?
(2)从微观上解释气体压强变化的原因;
(3)若打开阀门氧气迅速从瓶口喷出,经过很短的时间当内外气压相等时立即关闭阀门.
过一段时间后再打开阀门,会不会再有氧气逸出?
正确答案
解:(1)在夏天设气体的压强为P2,由查里定律得
带入数据得:T2=304.5K,t2=31.5℃
(2)气体的体积不变,分子密度不变.温度升高,气体分子的平均动能增大,单位时间内气体分子对容器壁单位面积的碰撞力增大,导致压强增大.
(3)第一次打开阀门氧气“迅速”喷出,是一个绝热过程Q=0,同时氧气体积膨胀对外做功W<0,由热力学第一定律△U=W+Q可知:△U<0,即瓶内氧气温度降低,低于外界温度,而压强等于外界大气压;过一段时间经过热交换,钢瓶内氧气的温度又和外界温度相同,由于体积未变,所以瓶内氧气压强增大,即大于大气压,因此再次打开阀门,将会有氧气逸出.
答:
(1)夏天室内的温度为31.5℃.
(2)气体的体积不变,分子密度不变.温度升高,气体分子的平均动能增大,单位时间内气体分子对容器壁单位面积的碰撞力增大,导致压强增大.
(3)若打开阀门氧气迅速从瓶口喷出,经过很短的时间当内外气压相等时立即关闭阀门,过一段时间后再打开阀门,会有氧气逸出.
解析
解:(1)在夏天设气体的压强为P2,由查里定律得
带入数据得:T2=304.5K,t2=31.5℃
(2)气体的体积不变,分子密度不变.温度升高,气体分子的平均动能增大,单位时间内气体分子对容器壁单位面积的碰撞力增大,导致压强增大.
(3)第一次打开阀门氧气“迅速”喷出,是一个绝热过程Q=0,同时氧气体积膨胀对外做功W<0,由热力学第一定律△U=W+Q可知:△U<0,即瓶内氧气温度降低,低于外界温度,而压强等于外界大气压;过一段时间经过热交换,钢瓶内氧气的温度又和外界温度相同,由于体积未变,所以瓶内氧气压强增大,即大于大气压,因此再次打开阀门,将会有氧气逸出.
答:
(1)夏天室内的温度为31.5℃.
(2)气体的体积不变,分子密度不变.温度升高,气体分子的平均动能增大,单位时间内气体分子对容器壁单位面积的碰撞力增大,导致压强增大.
(3)若打开阀门氧气迅速从瓶口喷出,经过很短的时间当内外气压相等时立即关闭阀门,过一段时间后再打开阀门,会有氧气逸出.
(1)如图为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线.下列说法正确的是______
A.当r大于r1时,分子间的作用力表现为引力
B.当r小于r2时,分子间的作用力表现为斥力
C.当r由∞到r1变化变化过程中,分子间的作用力先变大再变小
D.在r由r1变到r2的过程中,分子间的作用力做负功
(2)一定量的气体内能增加了3×105 J.
①若吸收了2×105 J的热量,则是气体对外界做功,还是外界对气体做功?做了多少焦耳的功?
②若气体对外界做了4×105 J的功,则是气体放热还是从外界吸热?放出或吸收的热量是多少?
正确答案
解:A、由图象可知:分析间距离为r2时分子势能最小,此时分子间的距离为平衡距离;r2是分子的平衡距离,r1小于平衡距离,分子力表现为引力,当r1<r<r2时,分子力为斥力,当r>r2时分子力为引力,故A错误;
B、当r小于r1时,分子间的作用力表现为斥力,故B正确;
C、当r由∞到r1变化变化过程中,分子间的作用力变化较为复杂,应是先变大再变小再增加,故C错误;
D、在r由r1变到r2的过程中,分子力为斥力,分子间距离增大,分子间的作用力做正功,故D错误;
故选:B.
(2)①根据热力学第一定律△U=Q+W,故W=△U-Q=3×105-2×105J=1×105J,故是外界对气体做功,做功为1×105J
②根据热力学第一定律△U=Q+W,故Q=△U-W=3×105-(-4×105)J=7×105J,气体是从外界吸热,吸收的热量是7×105J
故答案为:(1)B(2)①外界对气体做功;1×105 J ②气体从外界吸热;7×105 J
解析
解:A、由图象可知:分析间距离为r2时分子势能最小,此时分子间的距离为平衡距离;r2是分子的平衡距离,r1小于平衡距离,分子力表现为引力,当r1<r<r2时,分子力为斥力,当r>r2时分子力为引力,故A错误;
B、当r小于r1时,分子间的作用力表现为斥力,故B正确;
C、当r由∞到r1变化变化过程中,分子间的作用力变化较为复杂,应是先变大再变小再增加,故C错误;
D、在r由r1变到r2的过程中,分子力为斥力,分子间距离增大,分子间的作用力做正功,故D错误;
故选:B.
(2)①根据热力学第一定律△U=Q+W,故W=△U-Q=3×105-2×105J=1×105J,故是外界对气体做功,做功为1×105J
②根据热力学第一定律△U=Q+W,故Q=△U-W=3×105-(-4×105)J=7×105J,气体是从外界吸热,吸收的热量是7×105J
故答案为:(1)B(2)①外界对气体做功;1×105 J ②气体从外界吸热;7×105 J
在装有食品的包装袋中充入氮气,可以起到保质作用,某厂家为检测包装袋的密封性,在包装袋中充满一定量的氮气,然后密封进行加压测试,测试时,对包装袋缓慢地施加压力,将袋内的氮气视为理想气体,则加压测试过程中,包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力______(选填“增大”、“减小”或“不变”),包装袋内氮气的内能______(选填“增大”、“减小”或“不变”).
正确答案
解:包装袋缓慢地施加压力,气体的体积减小,压强增大,装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力增大,
测试时,对包装袋缓慢地施加压力,说明在实验的过程中,气体的温度不变,所以实验气体的内能不变.
故答案为:增大;不变
解析
解:包装袋缓慢地施加压力,气体的体积减小,压强增大,装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力增大,
测试时,对包装袋缓慢地施加压力,说明在实验的过程中,气体的温度不变,所以实验气体的内能不变.
故答案为:增大;不变
如图所示,倒悬的导热气缸中封闭着一定质量的理想气体.轻质活塞可无摩擦上下移动,活塞的横截面积为S,活塞的下面吊着一个重量为G的物体,大气压强恒为
.起初环境的热力学温度为
时,活塞到气缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高,导致活塞缓慢下降,该过程中活塞下降了0.1L,气缸中的气体吸收的热量为Q.求:
①气缸内部气体内能的增量U;
②最终的环境温度T.
正确答案
解:①气体等压膨胀,外界对气体做功为:W=-P0S•0.1L=-0.1P0SL;
气体吸收热量为Q;
根据热力学第一定律,气体内能的增量为:U=W+Q=Q-0.1P0SL;
②气体等压膨胀,根据盖•吕萨克定律,有:
解得:T=1.1T0
答:①气缸内部气体内能的增量U为Q-0.1P0SL;
②最终的环境温度T为1.1T0.
解析
解:①气体等压膨胀,外界对气体做功为:W=-P0S•0.1L=-0.1P0SL;
气体吸收热量为Q;
根据热力学第一定律,气体内能的增量为:U=W+Q=Q-0.1P0SL;
②气体等压膨胀,根据盖•吕萨克定律,有:
解得:T=1.1T0
答:①气缸内部气体内能的增量U为Q-0.1P0SL;
②最终的环境温度T为1.1T0.
如图所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置,开始时封闭的空气柱长度为20cm,压强为p0=1×105Pa,现用竖直向下的外力压缩气体,使封闭的空气柱长度变为5cm.
①若用足够长的时间缓慢压缩,求压缩后气体的压强;
②若快速压缩活塞,对气体做功 10J,同时气体向外散失的热量为2J,求该过程中气体内能的变化.
正确答案
解:①设压缩后气体的压强为P,活塞的横截面积为S,10=20cm,1=5cm,V0=10S,V=lS,缓慢压缩,气体温度不变,
由玻意耳定律得:P0V0=PV
解出:p=4×105Pa
②活塞对气体做功W=10J,气体向外散失的热量2J,即Q=-2J,由热力学第一定律:△U=W+Q
代入解得△U=8J
答:①若用足够长的时间缓慢压缩,压缩后气体的压强是2×105Pa
②若压缩气体,对气体做功 10J,此过程气体向外散失的热量为2J,则气体的内能增加8J.
解析
解:①设压缩后气体的压强为P,活塞的横截面积为S,10=20cm,1=5cm,V0=10S,V=lS,缓慢压缩,气体温度不变,
由玻意耳定律得:P0V0=PV
解出:p=4×105Pa
②活塞对气体做功W=10J,气体向外散失的热量2J,即Q=-2J,由热力学第一定律:△U=W+Q
代入解得△U=8J
答:①若用足够长的时间缓慢压缩,压缩后气体的压强是2×105Pa
②若压缩气体,对气体做功 10J,此过程气体向外散失的热量为2J,则气体的内能增加8J.
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