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简答题

一定量的气体,从外界吸收热量1.5×106J,内能增加8.5×105J,是气体对外界做功还是外界对气体做功?做了多少功?

正确答案

解:根据热力学第一定律△E=W+Q

W=△E-Q=8.5×105J-1.5×106J=8.35×105J

正号表示外界对气体做功.外界对气体做了8.35×105J的功

答:外界对气体做功,做了8.35×105J的功.

解析

解:根据热力学第一定律△E=W+Q

W=△E-Q=8.5×105J-1.5×106J=8.35×105J

正号表示外界对气体做功.外界对气体做了8.35×105J的功

答:外界对气体做功,做了8.35×105J的功.

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简答题

空气压缩机在一次压缩中,活塞对空气做了1930J的功,同时汽缸向外散热210J.汽缸中空气的内能改变了多少?

正确答案

解:依题意可得:W=1930J,Q=-210J      

由△U=W+Q得:△U=1930+(-210)J=1720J

答:汽缸里空气的内增加了1720J.

解析

解:依题意可得:W=1930J,Q=-210J      

由△U=W+Q得:△U=1930+(-210)J=1720J

答:汽缸里空气的内增加了1720J.

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简答题

如图所示,导热良好的气缸竖直放置,活塞质量为10kg,横截面积为50cm2,厚度为1cm,气缸全长为21cm,大气压强为1×105Pa,当活塞上面放一物块时,活塞封闭的气柱长10cm,若将物块拿走,活塞稳定后恰好与气缸口相平(外界温度保持不变,活塞与气缸间摩擦可忽略不计,整个过程无漏气发生).g取10m/s2求:

①物块质量为多大?

②此过程中气体对外界______(选填“做正功”、“做负功”或“不做功”),气体将______(选填“吸热”或“放热”)

正确答案

解(1)开始封闭气体的压强为:p1=p0+

气缸倒过来后,气体的压强为:p2=p0+

气体发生等温变化,由玻意耳定律得:

p1L1S=p2L2S,

代入数据解得:M=60kg;

(2)气体体积增大,气体对外界做正功,由于温度不变,内能不变,根据热力学第一定律知气体吸收热量.

故答案为:60Kg,做正功,吸热

解析

解(1)开始封闭气体的压强为:p1=p0+

气缸倒过来后,气体的压强为:p2=p0+

气体发生等温变化,由玻意耳定律得:

p1L1S=p2L2S,

代入数据解得:M=60kg;

(2)气体体积增大,气体对外界做正功,由于温度不变,内能不变,根据热力学第一定律知气体吸收热量.

故答案为:60Kg,做正功,吸热

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简答题

I.一定质量的理想气体在某一过程中,外界对气体做功7.0×104 J,气体内能减少1.3×105 J,则此过程______(填选项)

A.气体从外界吸收热量2.0×105 J         B.气体向外界放出热量2.0×105 J

C.气体从外界吸收热量6.0×104 J         D.气体向外界放出热量6.0×104 J

Ⅱ.图甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的p-T图象.已知气体在状态A时的体积是0.6m3

(1)根据图象提供的信息,计算图中TA的温度值;

(2)请在图乙坐标系中,作出由状态A经过状态B变为状态C的V-T图象,并在图线相应位置上标出字母A、B、C.如果需要计算才能确定有关值,请写出计算过程.

正确答案

解:I.由热力学第一定律公式:U=W+Q知,Q=U-W=-1.3×105 J-7.0×104 J=-2.0×105J,负号表示放热,故B正确.

Ⅱ.(1)A→B过程,气体作等容变化,体积不变.

由图象提供的信息:pA=1×105Pa,pB=1.5×105Pa,TB=300 K.由查理定律,故TA==200 K            

(2)B→C过程,气体作等压变化,

由图象提供的信息:VB=VA=0.6 m3,TB=300 K,TC=400 K

由盖•吕萨克定律得,故VC=TC=0.8 m3;  

故由状态A经过状态B变为状态C的V-T图象如图所示.

故答案为:B,200K,

解析

解:I.由热力学第一定律公式:U=W+Q知,Q=U-W=-1.3×105 J-7.0×104 J=-2.0×105J,负号表示放热,故B正确.

Ⅱ.(1)A→B过程,气体作等容变化,体积不变.

由图象提供的信息:pA=1×105Pa,pB=1.5×105Pa,TB=300 K.由查理定律,故TA==200 K            

(2)B→C过程,气体作等压变化,

由图象提供的信息:VB=VA=0.6 m3,TB=300 K,TC=400 K

由盖•吕萨克定律得,故VC=TC=0.8 m3;  

故由状态A经过状态B变为状态C的V-T图象如图所示.

故答案为:B,200K,

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简答题

在一个恒定标准大气压P=1.0×105 Pa下,水在沸腾时,1g的水由液态变成同温度的气态,其体积由1.0cm3变为1701cm3.已知水的汽化热为L=2264J/g.则体积膨胀时气体对外做的功为多少?气体吸收的热量为多少?气体的内能变化量为多少?

正确答案

解:已知水的汽化热为:L=2264J/g.1g的水由液态变成同温度的气态,

所以气体吸收的热量是2264J

在一个恒定标准大气压P=1.0×105 Pa下,其体积由1.0cm3变为1701cm3

所以体积膨胀时气体对外做的功为:W=P△V=1.0×105 Pa×1701×10-6=170J

根据热力学第一定律△U=W+Q得:

△U=-170J+2264J=2094J

答:气体对外做功170J,吸收热量2264J,内能增加2094J.

解析

解:已知水的汽化热为:L=2264J/g.1g的水由液态变成同温度的气态,

所以气体吸收的热量是2264J

在一个恒定标准大气压P=1.0×105 Pa下,其体积由1.0cm3变为1701cm3

所以体积膨胀时气体对外做的功为:W=P△V=1.0×105 Pa×1701×10-6=170J

根据热力学第一定律△U=W+Q得:

△U=-170J+2264J=2094J

答:气体对外做功170J,吸收热量2264J,内能增加2094J.

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一定质量的非理想气体(分子间的作用力不可忽略),从外界吸收了4.2×105J的热量,同时气体对外做了6×105J的功,则气体的内能改变了多少?气体的分子平均动能是增加还是减少?

正确答案

解析:(1)因气体从外界吸收热量,所以

Q=4.2×105J,

气体对外做功6×105J,则外界对气体做功

W=-6×105J,

由热力学第一定律△U=W+Q,得

△U=-6×105J+4.2×105J=-1.8×105J,

所以物体内能减少了1.8×105J.

(2)因为气体对外做功,体积膨胀,分子间距离增大了,分子力做负功,气体的分子势能增加了. 所以分子的平均动能减少;

答:(1)内能减小了1.8×105J;(2)分子平均动能减少.

解析

解析:(1)因气体从外界吸收热量,所以

Q=4.2×105J,

气体对外做功6×105J,则外界对气体做功

W=-6×105J,

由热力学第一定律△U=W+Q,得

△U=-6×105J+4.2×105J=-1.8×105J,

所以物体内能减少了1.8×105J.

(2)因为气体对外做功,体积膨胀,分子间距离增大了,分子力做负功,气体的分子势能增加了. 所以分子的平均动能减少;

答:(1)内能减小了1.8×105J;(2)分子平均动能减少.

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[物理--选修3-3]

(1)关于热学现象和规律,下列说法中正确的是______.(填写选项前的字母)

A.布朗运动就是液体分子的热运动

B.达到热平衡的两个物体具有相同的热量

C.第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律

D.水不容易被压缩说明分子间存在分子力

(2)如图所示的气缸中封闭着一定质量的理想气体,一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接,活塞和气缸都导热,活塞与气缸间无摩擦,原先重物和活塞均处于平衡状态,因温度下降使气缸中气体做等压变化,下列说法正确的是______.(填写选项前的字母)

A.重物上升,气体放出热量

B.重物上升,气体吸收热量

C.重物下降,气体放出热量

D.重物下降,气体吸收热量.

正确答案

解:(1)A、布朗运动是固体小颗粒的运动,不是液体分子的运动,故A错误;

B、达到热平衡的两个物体具有相同的温度,达到热平衡的两个物体所具有的内能不一定相等,故B错误;

C、第二类永动机违反了热力学第二定律,故C错误;

D、由于水分子间存在相互作用的斥力,所以水不容压缩,故D正确,

故选D.

(2)气缸内气体压强不变,根据理想气体状态方程可知:温度降低,因此体积将减小,一定质量理想气体的内能由温度决定,温度降低,其内能减小,根据△U=W+Q可知,体积减小,外界对气体做功,因此将放出热量,故BCD错误,A正确.故选A.

故答案为:(1)D;(2)A.

解析

解:(1)A、布朗运动是固体小颗粒的运动,不是液体分子的运动,故A错误;

B、达到热平衡的两个物体具有相同的温度,达到热平衡的两个物体所具有的内能不一定相等,故B错误;

C、第二类永动机违反了热力学第二定律,故C错误;

D、由于水分子间存在相互作用的斥力,所以水不容压缩,故D正确,

故选D.

(2)气缸内气体压强不变,根据理想气体状态方程可知:温度降低,因此体积将减小,一定质量理想气体的内能由温度决定,温度降低,其内能减小,根据△U=W+Q可知,体积减小,外界对气体做功,因此将放出热量,故BCD错误,A正确.故选A.

故答案为:(1)D;(2)A.

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如图所示,横截面积S=10cm2的活塞,将一定质量的理想气体封闭在竖直放置的圆柱形导热气缸内,开始活塞与气缸底都距离H=30cm.在活塞上放一重物,待整个系统稳定后.测得活塞与气缸底部距离变为h=25cm.已知外界大气压强始终为P0=1×105Pa,不计活塞质量及其与气缸之间的摩擦,取g=10rn/s2.求:

①所放重物的质量;

②在此过程中被封闭气体与外界交换的热量.

正确答案

解:①气体初始状态时:P0=1×105Pa

气体末状态时:

由等温变化规律可知:P0HS=P2hS

解得:m=2kg

②外界对气体做功:W=(P0s+mg)(H-h)

由热力学第一定律可知:△U=W+Q

解得:Q=-6J

则:整个过程中封闭气体放出的热量为6.

答:①活塞上的重物质量为2kg;②整个过程中被封闭气体与外界交换的热量大小为6J.

解析

解:①气体初始状态时:P0=1×105Pa

气体末状态时:

由等温变化规律可知:P0HS=P2hS

解得:m=2kg

②外界对气体做功:W=(P0s+mg)(H-h)

由热力学第一定律可知:△U=W+Q

解得:Q=-6J

则:整个过程中封闭气体放出的热量为6.

答:①活塞上的重物质量为2kg;②整个过程中被封闭气体与外界交换的热量大小为6J.

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2014年3月29日,河南栾川县老君山的人们将20袋新鲜空气送至河南郑州绿城广场让市民免费“品尝”,很快被市民一“吸”而光.意犹未尽的市民甚至“拧干”已经干瘪的空气袋,挤出最后一缕空气.

设正常情况下一个人1min呼吸16次,每次吸入p0=1atm的净化空气500mL.一个空气袋能装p=10atm的净化空气的体积为V=20L.假定这些空气可以全部被吸掉,人在呼吸空气时,空气温度不变.

(1)试估算一个人24h需要吸这样的新鲜空气的袋数(结果保留整数).

(2)假设新鲜空气在压缩至空气袋中的过程中,温度保持不变,则在压缩过程中新鲜空气的内能如何变化?此过程“吸热”还是“放热”?

正确答案

解:①设一个人24h吸入1atm的新鲜的体积为V0,则:

V0=(16×60×24)×500ml=1.152×106mL=1.152×103L;

设一袋压缩新鲜空气可转化为P0=1atm的空气体积为V′.由玻意耳定律得:

PV=P0V′

设一个人24h需要吸这样的新鲜空气的袋数为n,则n=

联立解得:n=58袋;

(2)压缩过程中外界对气体做功,而新鲜空气的内能不变,故此过程应放热;

答:(1)应吸58袋;(2)放热.

解析

解:①设一个人24h吸入1atm的新鲜的体积为V0,则:

V0=(16×60×24)×500ml=1.152×106mL=1.152×103L;

设一袋压缩新鲜空气可转化为P0=1atm的空气体积为V′.由玻意耳定律得:

PV=P0V′

设一个人24h需要吸这样的新鲜空气的袋数为n,则n=

联立解得:n=58袋;

(2)压缩过程中外界对气体做功,而新鲜空气的内能不变,故此过程应放热;

答:(1)应吸58袋;(2)放热.

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(选修模块3-3)

(1)如图所示,一导热性能良好的金属气缸静放在水平面上,活塞与气缸壁间的摩擦不计.气缸内封闭了一定质量的理想气体.现缓慢地向活塞上倒一定质量的沙土,忽略环境温度的变化,在此过程中______

A.气体的内能增大

B.气缸内分子平均动能增大

C.气缸内气体分子密度增大

D.单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多

(2)下列说法中正确的是______

A.布朗运动是分子永不停息无规则运动的反映

B.气体分子间距离减小时,分子间同时存在的斥力减小,引力也减小

C.导热性能各向同性的固体,一定不是单晶体

D.毛细现象表现为:浸润细管的液体在细管中上升、不浸润细管的液体在细管中下降

(3)地面上放一开口向上的气缸,用一质量为m=0.8kg的活塞封闭一定质量的气体,不计一切摩擦,外界大气压为P0=1.0×105Pa,活塞截面积为S=4cm2,重力加速度g取10m/s2,则活塞静止时,气体的压强为______Pa;若用力向下推活塞而压缩气体,对气体做功为6×105J,同时气体通过气缸向外传热4.2×105J,则气体内能将______(填“增加”“减少”)______J.

正确答案

解:

(1)A、金属气缸导热性能良好,由于热交换,气缸内封闭气体温度与环境温度相同,向活塞上倒一定质量的沙土时气体等温度压缩,温度不变,气体的内能不变.故A错误.

B、温度不变,则气缸内分子平均动能保持不变.故B错误.

C、气缸内封闭气体被压缩,体积减小,而质量不变,则气缸内气体分子密度增大.故C正确.

D、温度不变,气体分子的平均动能不变,平均速率不变,等温压缩时,根据玻意耳定律得知,压强增大,则单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多.故D正确.

故选CD

(2)A、布朗运动是悬浮是液体中微粒做的无规则的运动,是由于液体分子撞击造成,所以朗运动是液体分子永不停息无规则运动的反映.故A正确.

B、气体分子间距离减小时,分子间同时存在的斥力和引力都增大.故B错误.

C、导热性能各向同性的固体,也有可能是单晶体.故C错误

D、浸润细管的液体在细管中上升、不浸润细管的液体在细管中下降是由于表面张力产生的毛细现象.故D正确.

故选AD

(3)以活塞为研究对象,根据平衡条件得

  P0S+mg=PS

得到P=P0+

代入解得P=1.2×105Pa;

由题W=6×105J,Q=-4.2×105J,则由热力学第一定律得到气体内能的变化△U=W+Q=1.8×105J,即内能增加了1.8×105J.

故答案为:(1)CD;(2)AD;(3)1.2×105;增加;1.8×105

解析

解:

(1)A、金属气缸导热性能良好,由于热交换,气缸内封闭气体温度与环境温度相同,向活塞上倒一定质量的沙土时气体等温度压缩,温度不变,气体的内能不变.故A错误.

B、温度不变,则气缸内分子平均动能保持不变.故B错误.

C、气缸内封闭气体被压缩,体积减小,而质量不变,则气缸内气体分子密度增大.故C正确.

D、温度不变,气体分子的平均动能不变,平均速率不变,等温压缩时,根据玻意耳定律得知,压强增大,则单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多.故D正确.

故选CD

(2)A、布朗运动是悬浮是液体中微粒做的无规则的运动,是由于液体分子撞击造成,所以朗运动是液体分子永不停息无规则运动的反映.故A正确.

B、气体分子间距离减小时,分子间同时存在的斥力和引力都增大.故B错误.

C、导热性能各向同性的固体,也有可能是单晶体.故C错误

D、浸润细管的液体在细管中上升、不浸润细管的液体在细管中下降是由于表面张力产生的毛细现象.故D正确.

故选AD

(3)以活塞为研究对象,根据平衡条件得

  P0S+mg=PS

得到P=P0+

代入解得P=1.2×105Pa;

由题W=6×105J,Q=-4.2×105J,则由热力学第一定律得到气体内能的变化△U=W+Q=1.8×105J,即内能增加了1.8×105J.

故答案为:(1)CD;(2)AD;(3)1.2×105;增加;1.8×105

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