- 热力学第一定律
- 共1851题
一定量的气体，从外界吸收热量为3.7×105J，内能增加4.4×105J．是______（选填：气体对外界做了功或外界对气体做了功．），做了______J功．
正确答案
解：从外界吸收热量为3.7×105J，内能增加4.4×105J．
根据热力学第一定律△U=W+Q得
W=△U-Q=4.4×105J-3.7×105J=7×104J
所以外界对气体做了功
故答案为：外界对气体做了功 7×104
解析
解：从外界吸收热量为3.7×105J，内能增加4.4×105J．
根据热力学第一定律△U=W+Q得
W=△U-Q=4.4×105J-3.7×105J=7×104J
所以外界对气体做了功
故答案为：外界对气体做了功 7×104
以下两问题是与热学有关的物理现象的建模理论，请你运用相关知识进行理论计算．
（1）空气压缩机是空调和冰箱的核心部件．空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对被封空气做了2.0×105J的功，同时空气的内能增加1.5×105J，请你判断被封空气是从外界吸热或是向外界放热？其值为多少？
（2）已知地球半径为R，空气的摩尔质量为M，一个标准大气压为P0，标准状况下空气摩尔体积为v0．请你估测地球表面大气在标准状况下的体积V．（提示：地球表面大气压强是由大气重力作用而产生的，地球是一个均匀球体，其表面积S=4πR2）
正确答案
解：（1）由热力学第一定律△U=Q+W得
Q=△U-W=1.5×105J-2.0×105J=-0.5×105J
即：空气向外界放热0.5×105J．
（2）大气压强是由于地球附近大气层中空气的重力产生的，则大气压强为：p0=
地球表面积为：S=4πR2…②
由①②得：地球周围空气总质量为：m=
故地球表面大气在标准状况下的体积为：V=nV0=
答：
（1）被封空气是从外界放热0.5×105J．
（2）地球表面大气在标准状况下的体积V为
解析
解：（1）由热力学第一定律△U=Q+W得
Q=△U-W=1.5×105J-2.0×105J=-0.5×105J
即：空气向外界放热0.5×105J．
（2）大气压强是由于地球附近大气层中空气的重力产生的，则大气压强为：p0=
地球表面积为：S=4πR2…②
由①②得：地球周围空气总质量为：m=
故地球表面大气在标准状况下的体积为：V=nV0=
答：
（1）被封空气是从外界放热0.5×105J．
（2）地球表面大气在标准状况下的体积V为
炎夏，某工厂用冰块降温．一块质量为20千克的大冰块，温度由-20℃升高到0℃过程中，能从周围环境中吸收多少热量？[c冰=2.1×103焦/（千克•℃）]．
正确答案
解：冰块吸收的热量：
Q吸=c冰m（t-t0）
=2.1×103J/（kg•℃）×20kg×[0℃-（-20℃）]
=8.4×105J．
答：这个过程中能从周围环境中吸收8.4×105J的热量．
解析
解：冰块吸收的热量：
Q吸=c冰m（t-t0）
=2.1×103J/（kg•℃）×20kg×[0℃-（-20℃）]
=8.4×105J．
答：这个过程中能从周围环境中吸收8.4×105J的热量．
①求该气温计能测量的最高气温；
②在水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中，密封气体是吸热还是放热？简要说明理由．
正确答案
解：①当水银柱到达管口时，所测气温最高，设为T2，此时气体的体积为V2，则
初态：T1=280K，V1=480cm3
末态：V2=（480+50×0.4）cm3=500cm3
根据吕萨克定律得
代入解得T2=291.7K
②当环境温度升高时，水银柱从瓶口缓慢向右移动，此过程密封气体的内能增大，同时对外界做功，由热力学第一定律△U=W+Q，得气体要从外界吸热．
答：该气温计能测量的最高气温291.7K．
解析
解：①当水银柱到达管口时，所测气温最高，设为T2，此时气体的体积为V2，则
初态：T1=280K，V1=480cm3
末态：V2=（480+50×0.4）cm3=500cm3
根据吕萨克定律得
代入解得T2=291.7K
②当环境温度升高时，水银柱从瓶口缓慢向右移动，此过程密封气体的内能增大，同时对外界做功，由热力学第一定律△U=W+Q，得气体要从外界吸热．
答：该气温计能测量的最高气温291.7K．
一定量的气体，从外界吸收热量为3.7×105J，内能增加4.4×105J．此过程中______（选填“气体对外界做了功”、“外界对气体做了功”），做功绝对值为______J．
正确答案
解：已知气体吸收热量为3.7×105J，Q=3.7×105J；内能增加4.4×105J，△U=4.4×105J，根据热力学第一定律△U=Q+W得
W=△U-Q=7×104J＞0
说明外界对气体做了功
故答案为：外界对气体做了功 7×104
解析
解：已知气体吸收热量为3.7×105J，Q=3.7×105J；内能增加4.4×105J，△U=4.4×105J，根据热力学第一定律△U=Q+W得
W=△U-Q=7×104J＞0
说明外界对气体做了功
故答案为：外界对气体做了功 7×104
密封有空气的薄圆塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气（不计分子势能）的内能______（填“增大”或“减小”），______热量（填“放出”或“吸收”）．
正确答案
解：因不计分子势能，所以瓶内空气内能由温度决定，内能随温度降低而减小．空气内能减小、外界对空气做功，根据热力学第一定律可知空气向外界放热．
故答案为：减小；放出．
解析
解：因不计分子势能，所以瓶内空气内能由温度决定，内能随温度降低而减小．空气内能减小、外界对空气做功，根据热力学第一定律可知空气向外界放热．
故答案为：减小；放出．
（2015•奉化市校级模拟）1903年夏天，一艘“高斯号”考察船开赴南极进行探险考察活动．当船刚到南极不久，老天爷就下起一场大风雪，“高斯号”被茫茫大雪包围了，船被封冻在一望无际的冰原里．为了摆脱这种不幸的困境，船员们一个个都紧张地忙碌起来了．有的用炸药轰炸冰块，有的用锯子锯冰块，希望能打开一缺口，把船开出这块冰冻区．然而，一切努力都是徒劳，轮船依旧被封冻在那里，无法动弹．就在大家绝望之际，忽然有人提议说：“快把船上的黑灰和煤屑拿来铺在冰面上，让北方天空上阳光来帮助我们打开一条生路．”于是，大伙把船上的黑灰和煤屑全都倾倒在冰面上，沿着船边铺成一条2公里长、10米宽的“黑色区”．由于连月太阳光的照耀，不久奇迹就出现了：黑灰煤屑下面的冰渐渐地融化了，“高斯号”绝处逢生，安全地脱离了险境．
热的传递方式有几种？文中用到什么传递方式？
正确答案
解：热传递的方式有热传导、热对流、热辐射；
在该题中，用黑灰和煤屑来吸收太阳光的热量，该方式吸收的能量属于电磁波，是通过热辐射的发生发生的；黑灰和煤屑吸收的热量还需要通过热传导的方式再传递给冰．所以文中涉及的传递方式有热辐射和热传导两种．
答：热的传递方式有热传导、热对流、热辐射；文中用到的方式有热辐射和热传导．
解析
解：热传递的方式有热传导、热对流、热辐射；
在该题中，用黑灰和煤屑来吸收太阳光的热量，该方式吸收的能量属于电磁波，是通过热辐射的发生发生的；黑灰和煤屑吸收的热量还需要通过热传导的方式再传递给冰．所以文中涉及的传递方式有热辐射和热传导两种．
答：热的传递方式有热传导、热对流、热辐射；文中用到的方式有热辐射和热传导．
蛟龙号载人潜水艇是一艘由中国自行设计的载人潜水器．2012年6月27日潜水深度7062.68m，这标志着我国具备了载人到达全球99%以上海域深处进行作业的能力．潜水艇外壳是国产钛合金做成的，呈鸡蛋形状，舱内空间约为80m3与外界导热良好．开始潜入时，舱内空气（看成理想气体）的压强为latm，温度为27℃，水深7062.68m处的温度为4℃．求：
①当蛟龙号载人潜水艇在水深7062.68m处停留足够长的时间后，舱内气体的压强为多少atm；
②在上述过程中舱内气体（填“放热”或“吸热”）；
③从微观的角度解释舱内压强的变化：．
正确答案
解：①舱内空气为等容变化，初态：p1=1atm，T1=300K；末态：p2=？，T1=277K
由查理定律得：
代入数据解得：p2=
②在上述过程中舱内气体的温度降低，内能减小，而体积不变，气体不做功，由热力学第一定律判断得知，气体放热．
③舱内空气的体积不变，分子数密度不变，温度降低，分子的平均动能减小，所以压强降低．
答：
①舱内气体的压强为0.92atm．
②放热．
③舱内空气的体积不变，分子数密度不变，温度降低，分子的平均动能减小，所以压强降低．
解析
解：①舱内空气为等容变化，初态：p1=1atm，T1=300K；末态：p2=？，T1=277K
由查理定律得：
代入数据解得：p2=
②在上述过程中舱内气体的温度降低，内能减小，而体积不变，气体不做功，由热力学第一定律判断得知，气体放热．
③舱内空气的体积不变，分子数密度不变，温度降低，分子的平均动能减小，所以压强降低．
答：
①舱内气体的压强为0.92atm．
②放热．
③舱内空气的体积不变，分子数密度不变，温度降低，分子的平均动能减小，所以压强降低．
一定质量的理想气体从状态A经过等温膨胀到状态B，然后经过绝热压缩过程到状态C，最后经过等压降温过程回到状态A．则状态A的体积______（选填“大于“、“等于”或“小于“）状态C的体积；A到B过程中气体吸收的热量______（选填“大于“、“等于“或“小于“）C到A过程中放出的热量．
正确答案
作出p-V图象，图线下方与V轴所围的面积表示气体做的功，则知A→B过程中气体对外做的功小于B→C→A过程外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，从A→B→C→A整个过程中，气体放出热量，由于BC是绝热过程，所以A到B过程中气体吸收的热量小于C到A过程中放出的热量．
故答案为：小于，小于．
解析
作出p-V图象，图线下方与V轴所围的面积表示气体做的功，则知A→B过程中气体对外做的功小于B→C→A过程外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，从A→B→C→A整个过程中，气体放出热量，由于BC是绝热过程，所以A到B过程中气体吸收的热量小于C到A过程中放出的热量．
故答案为：小于，小于．
[物理-选修3-3]（本题共有两小题，每小题只有一个选项符合题意．）
（1）现代科学技术的发展与材料科学、能源的开发密切相关，下列关于材料、能源的说法正确的是______．（填选项前的编号）
A．化石能源为清洁能源 B．纳米材料的粒度在1-100μm之间
C．半导体材料的导电性能介于金属导体和绝缘体之间
D．液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向同性
（2）一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104J，气体内能减少1.3×105J，则此过程______．（填选项前的编号）
A．气体从外界吸收热量2.0×105JB．气体向外界放出热量2.0×105J
C．气体从外界吸收热量2.0×104J D．气体向外界放出热量6.0×104J．
正确答案
解：（1）A、化石能源不是清洁能源，在利用的过程中产生大量的污染物如产生二氧化碳等，故A错误；
B、纳米材料的粒度在1-100nm之间，故B错误；
C、半导体材料的导电性能介于金属导体和绝缘体之间，在现代技术中有着广泛的应用，故C正确；
D、液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向异性，在显示器等方面有着广泛应用，故D错误．
故选C．
（2）外界对气体做功，即W=7.0×104J，内能减小，所以△U=-1.3×105J，根据热力学第一定律△U=W+Q，
可得：Q=-2.0×105J，即气体向外界放出热量2.0×105J，故ACD错误，B正确．
故选B．
解析
解：（1）A、化石能源不是清洁能源，在利用的过程中产生大量的污染物如产生二氧化碳等，故A错误；
B、纳米材料的粒度在1-100nm之间，故B错误；
C、半导体材料的导电性能介于金属导体和绝缘体之间，在现代技术中有着广泛的应用，故C正确；
D、液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向异性，在显示器等方面有着广泛应用，故D错误．
故选C．
（2）外界对气体做功，即W=7.0×104J，内能减小，所以△U=-1.3×105J，根据热力学第一定律△U=W+Q，
可得：Q=-2.0×105J，即气体向外界放出热量2.0×105J，故ACD错误，B正确．
故选B．
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