- 热力学第一定律
- 共1851题
如图所示,绝热隔板S把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分,S与气缸壁的接触是光滑的.两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b.气体分子之间相互作用可忽略不计.现通过电热丝对气体a缓慢加热一段时间后,a、b各自达到新的平衡状态.试分析a、b两部分气体与初状态相比,体积、压强、温度、内能各如何变化?
正确答案
解:当a加热时,气体a的温度升高,内能增大,压强增大;a的压强增大了,对s的压力就增大,由于s与气缸壁的接触是光滑的,可以自由移动,所以a推动s向b移动.所以a,b两部分的压强始终相同,都变大.由于a气体膨胀,b气体被压缩,所以外界对b气体做功,根据热力学第一定律得:b的内能增大,温度升高了.
答:a、b两部分气体的压强变大、温度升高、内能都增大.a的体积增大,b的体积减小.
解析
解:当a加热时,气体a的温度升高,内能增大,压强增大;a的压强增大了,对s的压力就增大,由于s与气缸壁的接触是光滑的,可以自由移动,所以a推动s向b移动.所以a,b两部分的压强始终相同,都变大.由于a气体膨胀,b气体被压缩,所以外界对b气体做功,根据热力学第一定律得:b的内能增大,温度升高了.
答:a、b两部分气体的压强变大、温度升高、内能都增大.a的体积增大,b的体积减小.
[选修3-3]
(1)汽车是一种将内能转化为机械能来工作的机器.有人总想将汽车发动机的工作效率提升到100%,根据我们所学的热学知识可知,这是不可能的,这种想法违背了______.(选填“热力学第一定律”、“热力学第二定律”、“热力学第三定律”)
(2)一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C,其中A→B过程为等压变化,B→C过程为等容变化.已知VA=0.3m3,TA=TC=300K、TB=400K.
①求气体在状态B时的体积.
②没A→B过程气体吸收热量为Q,B→C过 气体 放出热量为Q2,比较Q1、Q2的大小说明原因.
正确答案
解:
(1)有人总想将汽车发动机的工作效率提升到100%,没有违反能量转化和守恒定律,也就不违反热力学第一定律,但违反了物理过程的方向性,即违反了热力学第二定律.
(2)①设气体在B状态时的体积为VB,A→B过程为气体发生等压变化,由盖--吕萨克定律得,
,代入数据得VB=0.4m3.
②由题,TA=TC,所以气体A到B过程增加的内能与B到C减小的内能相同.而AB过程气体对外做正功,B→C过程气体不做功,由热力学第一定律可知,Q1>Q2.
故答案为:(1)热力学第二定律.(2)①气体在状态B时的体积为0.4m3.Q1>Q2.
解析
解:
(1)有人总想将汽车发动机的工作效率提升到100%,没有违反能量转化和守恒定律,也就不违反热力学第一定律,但违反了物理过程的方向性,即违反了热力学第二定律.
(2)①设气体在B状态时的体积为VB,A→B过程为气体发生等压变化,由盖--吕萨克定律得,
,代入数据得VB=0.4m3.
②由题,TA=TC,所以气体A到B过程增加的内能与B到C减小的内能相同.而AB过程气体对外做正功,B→C过程气体不做功,由热力学第一定律可知,Q1>Q2.
故答案为:(1)热力学第二定律.(2)①气体在状态B时的体积为0.4m3.Q1>Q2.
汽缸中气体的压强为5×105Pa,活塞的面积是40cm2,气体做等压膨胀,推动活塞移动了20cm.求:
(1)气体做了多少功?
(2)在做功过程中气体吸热2.0×103J,气体的内能改变了多少?
正确答案
解:(1)由功的公式知:W=FL=pSL=5×105×40×10-4×0.2 J=4.0×102 J
(2)由热力学第一定律知:△E=Q-W=2.0×103-4.0×102 J=1.6×103 J
答:气体做了4.0×102 J的功,在做功过程中气体的内能改变了1.6×103 J.
解析
解:(1)由功的公式知:W=FL=pSL=5×105×40×10-4×0.2 J=4.0×102 J
(2)由热力学第一定律知:△E=Q-W=2.0×103-4.0×102 J=1.6×103 J
答:气体做了4.0×102 J的功,在做功过程中气体的内能改变了1.6×103 J.
(1)奥运祥云火炬的燃烧系统传燃气煤(内有液态丙烷)、稳压装置和燃烧器三部分组成,当稳压阀打开以后,燃气以气态形式从气罐里出来,经过稳压阀后隧入燃烧室进行燃烧,则以下说法中正确的是______.(填选项前的字母)
A、燃气由液态变为气态的过程中要对外做功
B、燃气由液态变为气态的过程中分子势能不变
C、燃气在燃烧室燃烧的过程中分子热运动的平均速度不变
D、燃气在燃烧后释放在周围环境中的能量很容易被回收再利用
(2)截面均匀的U形管,左端与大气相通,右端封闭有长为40cm的空气柱,左右两边水银面的高度差为19cm,如图所示.若大气压强为76cmHg,环境温度不变,当往左管中再缓慢注入一定量的水银后使两边管中水银面一样高,则这时右管中空气柱长度为______.(填选项前的字母)
A、50cm B、39cm C、30cm D、10cm.
正确答案
解:(1)A、燃气由液态变为气态的过程中体积增大,因此对外做功,故A正确;
B、燃气由液态变为气态的过程中分子势能增大,故B错误;
C、燃气在燃烧室燃烧的过程温度升高,温度是分子平均动能标志,温度升高,分子平均动能增大,因此分子平均速率增大,故C错误;
D、燃气在燃烧后释放在周围环境中的能量变为品质低的大气内能,能量耗散了,很难再被利用,故D错误.
故选A.
(2)开始时气体压强为:P1=P0+h=95cmHg
当两边管中水银面一样高时,压强为:P2=P0=76cmHg
气体等温变化,所以有:P1h1s=P2h2s,带入数据得:h2=50cm,故BCD错误,A正确.
故选A.
解析
解:(1)A、燃气由液态变为气态的过程中体积增大,因此对外做功,故A正确;
B、燃气由液态变为气态的过程中分子势能增大,故B错误;
C、燃气在燃烧室燃烧的过程温度升高,温度是分子平均动能标志,温度升高,分子平均动能增大,因此分子平均速率增大,故C错误;
D、燃气在燃烧后释放在周围环境中的能量变为品质低的大气内能,能量耗散了,很难再被利用,故D错误.
故选A.
(2)开始时气体压强为:P1=P0+h=95cmHg
当两边管中水银面一样高时,压强为:P2=P0=76cmHg
气体等温变化,所以有:P1h1s=P2h2s,带入数据得:h2=50cm,故BCD错误,A正确.
故选A.
一定量的气体,从外界吸收热量2.7×105J,内能增加4.3×105J.是气体对外界做了功还是外界对气体做了功?做了多少功?
正确答案
解:由热力学第一定律得:△U=W+Q,
得W=△U-Q=4.3×105J-2.7×105J=1.6×105J,
外界对气体做了1.6×105J的功;
答:外界对气体做了1.6×105J的功.
解析
解:由热力学第一定律得:△U=W+Q,
得W=△U-Q=4.3×105J-2.7×105J=1.6×105J,
外界对气体做了1.6×105J的功;
答:外界对气体做了1.6×105J的功.
某理想气体的摩尔质量为M,密度为ρ,求
(1)每个气体分子的质量和气体分子平均占有的长度;
(2)若该气体保持温度不变,体积扩大对外做功为W,则该过程中能否确定是吸热还是放热?若能求出热量;若不能说明理由.
正确答案
解:(1)阿伏加德罗常数=,故每个分子的质量为:
气体的摩尔体积为:,每个分子占据的空间体积为:
,分子的平均间距为为:
(2)若该气体保持温度不变,则气体的内能不变,体积扩大对外做功为W,外界对气体做功为-W;据热力学第一定律,△U=W+Q,所以:Q=△U-(-W)=W.气体吸收热量.
答:(1)每个气体分子的质量为,气体分子平均占有的长度为
;
(2)该过程中气体是吸热,吸收的热量的大小是W.
解析
解:(1)阿伏加德罗常数=,故每个分子的质量为:
气体的摩尔体积为:,每个分子占据的空间体积为:
,分子的平均间距为为:
(2)若该气体保持温度不变,则气体的内能不变,体积扩大对外做功为W,外界对气体做功为-W;据热力学第一定律,△U=W+Q,所以:Q=△U-(-W)=W.气体吸收热量.
答:(1)每个气体分子的质量为,气体分子平均占有的长度为
;
(2)该过程中气体是吸热,吸收的热量的大小是W.
一定质量的气体从外界吸收热量6000J,内能增加 4000J,那么气体对外做功还是外界对气体做功?做了多少功?
正确答案
解:由热力学第一定律得:△U=W+Q,
得W=△U-Q=4000-6000=-2000J,
气体对外界做了2000J的功;
答:气体对外界做了2000J的功.
解析
解:由热力学第一定律得:△U=W+Q,
得W=△U-Q=4000-6000=-2000J,
气体对外界做了2000J的功;
答:气体对外界做了2000J的功.
如图所示,一定质量的理想气体从状态A经等压变化到状态B.此过程中,气体的压强p=1.5×105Pa,吸收的热量为Q=2×102J,求此过程中气体内能的增量.
正确答案
解:气体由状态A到状态B的过程中,发生等压变化,由盖-吕萨克定律得:
=
得 VB==2×10-3m3;
在该过程中,外界对气体做功:W=p(VA-VB)=1.5×105×10-3J=150J
根据热力学第一定律得:△U=Q+W=150+200=350J
答:此过程中气体内能的增量是350J.
解析
解:气体由状态A到状态B的过程中,发生等压变化,由盖-吕萨克定律得:
=
得 VB==2×10-3m3;
在该过程中,外界对气体做功:W=p(VA-VB)=1.5×105×10-3J=150J
根据热力学第一定律得:△U=Q+W=150+200=350J
答:此过程中气体内能的增量是350J.
下列说法正确的是______
A.只要外界对气体做功,气体内能一定增大
B.物体由气态变成液态的过程,分子势能减小
C.当分子间距离增大时,分子间引力增大,而分子间斥力减小
D.液体表面层的分子比液体内部的分子有更大的分子势能.
正确答案
解:A、外界对气体做功,气体内能不一定增大,还要看吸放热情况.故A错误.
B.物体由气态变成液态的过程,温度不变,分子的平均动能不变,放出热量,根据热力学第一定律得知,分子势能减小.故B正确.
C.当分子间距离增大时,分子间引力同时减小.故C错误.
D.液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离,分子表现为引力,分子势能随着分子距离的增大而增大,所以液体表面层的分子有更大的分子势能.故D正确.
故选BD
解析
解:A、外界对气体做功,气体内能不一定增大,还要看吸放热情况.故A错误.
B.物体由气态变成液态的过程,温度不变,分子的平均动能不变,放出热量,根据热力学第一定律得知,分子势能减小.故B正确.
C.当分子间距离增大时,分子间引力同时减小.故C错误.
D.液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离,分子表现为引力,分子势能随着分子距离的增大而增大,所以液体表面层的分子有更大的分子势能.故D正确.
故选BD
已知工作于温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源(T1、T2为热力学温度)之间的理想热机效率η0=1-.某热机R工作于温度为l27℃和27℃的高低温热源之间,其效率为工作于相同高低温热源之间理想热机效率的75%.
(1)求热机R的效率?
(2)若热机R每次循环从高温热源吸收1600J的热量,求每次循环对外做的功及传入低温热源的热量.
正确答案
解:(1)由题可知,T1=273+127=400K,T2=273+27=300K;
由公式:η0=1-得:η0=1-
=1-
所以:η=η0×75%=
(2)每次循环对外做的功:A=η×Q1=J
传入低温热源的热量:Q=Q1-A=1600-300=1300J
答:(1)热机R的效率是;
(2)若热机R每次循环从高温热源吸收1600J的热量,每次循环对外做的功是300J,传入低温热源的热量是1300J.
解析
解:(1)由题可知,T1=273+127=400K,T2=273+27=300K;
由公式:η0=1-得:η0=1-
=1-
所以:η=η0×75%=
(2)每次循环对外做的功:A=η×Q1=J
传入低温热源的热量:Q=Q1-A=1600-300=1300J
答:(1)热机R的效率是;
(2)若热机R每次循环从高温热源吸收1600J的热量,每次循环对外做的功是300J,传入低温热源的热量是1300J.
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