- 热力学第一定律
- 共1851题
一定质量的某种实际气体(分子间表现出引力)从外界吸收了4.2×105J的热量.同时气体对外做了6×105J的功,问:
(1)物体的内能变化了多少?
(2)分子势能和分子动能分别如何变化?
正确答案
解:(1)气体从外界吸热:Q=4.2×105J
气体对外做功:W=-6×105J
由热力学第一定律:△U=W+Q=-1.8×105J
△U为负,说明气体的内能减少了1.8×105J
(2)由于气体对外做功,体积膨胀,分子间距增大,分子力做负功,分子势能增加,因为内能减小,所以分子动能减少,且动能的减少量等于势能的增加量.
答:(1)物体的内能减少了1.8×105J
(2)分子的动能一定减少,势能增加,且动能的减少量等于势能的增加量.
解析
解:(1)气体从外界吸热:Q=4.2×105J
气体对外做功:W=-6×105J
由热力学第一定律:△U=W+Q=-1.8×105J
△U为负,说明气体的内能减少了1.8×105J
(2)由于气体对外做功,体积膨胀,分子间距增大,分子力做负功,分子势能增加,因为内能减小,所以分子动能减少,且动能的减少量等于势能的增加量.
答:(1)物体的内能减少了1.8×105J
(2)分子的动能一定减少,势能增加,且动能的减少量等于势能的增加量.
多油的菜汤为什么不容易冷?
正确答案
解:因为油飘浮在汤的最上层,油层覆盖在汤面,形成一层保温层,减缓了温度的散发,阻碍了水的蒸发,所以多油的菜汤不易冷却.
答:因为油飘浮在汤的最上层,油层覆盖在汤面,形成一层保温层,减缓了温度的散发,阻碍了水的蒸发,所以多油的菜汤不易冷却.
解析
解:因为油飘浮在汤的最上层,油层覆盖在汤面,形成一层保温层,减缓了温度的散发,阻碍了水的蒸发,所以多油的菜汤不易冷却.
答:因为油飘浮在汤的最上层,油层覆盖在汤面,形成一层保温层,减缓了温度的散发,阻碍了水的蒸发,所以多油的菜汤不易冷却.
给旱区人民送水的消防车停在水平地面上,在缓慢放水的过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间作用力,则胎内______热量(填“吸收”或“放出”),单位时间内单位面积的车胎内壁受到气体分子平均撞击次数______(填“增加”、“减少”或“不变”).
正确答案
解:慢慢放水,轮胎对外做功,由于温度不变,又不计分子势能,所以必须吸收热量.随着气体体积变大,而温度不变,因此单位时间内单位面积的车胎内壁受到气体分子平均撞击次数减少.
故答案:吸收 减少
解析
解:慢慢放水,轮胎对外做功,由于温度不变,又不计分子势能,所以必须吸收热量.随着气体体积变大,而温度不变,因此单位时间内单位面积的车胎内壁受到气体分子平均撞击次数减少.
故答案:吸收 减少
空气压缩机在一次压缩过程中,活塞对气缸中空气做功为2×105J,空气的内能增加了1.5×105J,则空气______(填“吸”或“放”)热为______J.
正确答案
解:由题:活塞对空气做了2×105J的功,W=2×105J.空气的内能增加了1.5×105J,△U=1.5×105J.
根据热力学第一定律△U=W+Q得
Q=△U-W=5.0×104J>0,即空气从外界吸收热量5.0×104J.
故答案为:放;5×104
解析
解:由题:活塞对空气做了2×105J的功,W=2×105J.空气的内能增加了1.5×105J,△U=1.5×105J.
根据热力学第一定律△U=W+Q得
Q=△U-W=5.0×104J>0,即空气从外界吸收热量5.0×104J.
故答案为:放;5×104
在一个恒定标准大气压p=1.0×105Pa下,水在沸腾时,1g水由液态变成同温度的气态,其体积由1cm3变为1 701cm3.已知水的汽化热为L=2 264J/g,则体积膨胀时气体对外做的功为______;气体吸收的热量为______.
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,则气体吸收的热量是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=P0△V=1.0×105×(1701-1)×10-6J=170J
故答案为:170J,2264J.
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,则气体吸收的热量是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=P0△V=1.0×105×(1701-1)×10-6J=170J
故答案为:170J,2264J.
(2016•马鞍山一模)如图所示,竖直放置U形玻璃管与容积为V0=15cm3的金属球形容器连通,玻璃管左侧横截面积为右侧横截面积的4倍.右侧玻璃管和球形容器中用水银柱封闭一定质量的理想气体.开始时,U形玻璃管右侧水银面比左侧水银面高出h1=15cm,右侧玻璃管内水银柱上方空气柱长h0=9cm.现缓慢向左管中加入水银,使两边水银柱达到同一高度,玻璃管和金属球导热良好.(已知大气压P0=75cmHg,U形玻璃管的右侧横截面积为S=1cm2).求:
①此过程中被封气体内能如何变化?吸热还是放热?
②需要加入的水银体积.
正确答案
解:①气体温度不变,则内能不变;向左管中加入水银时,外界对气体做功,根据热力学第一定律△U=Q+W可知,封闭气体要放热.
②初态:p1=p0-ph=(75-15)cmHg=60cmHg,V1=V0+h0S=(15+9×1)cm3=24 cm3
末态:p2=75cmHg,
温度不变,根据玻意耳定律:p1V1=p2V2,
解得:V2==19.2cm3.
右侧水银柱上升的高度△h1==4.8cm
左侧水银柱上升的高度△h2=h1+△h1=19.8cm
所以需要加入的水银体积为 V=S△h1+4S△h2=84cm3.
答:
①此过程中被封气体内能不变,是放热.
②需要加入的水银体积为84cm3.
解析
解:①气体温度不变,则内能不变;向左管中加入水银时,外界对气体做功,根据热力学第一定律△U=Q+W可知,封闭气体要放热.
②初态:p1=p0-ph=(75-15)cmHg=60cmHg,V1=V0+h0S=(15+9×1)cm3=24 cm3
末态:p2=75cmHg,
温度不变,根据玻意耳定律:p1V1=p2V2,
解得:V2==19.2cm3.
右侧水银柱上升的高度△h1==4.8cm
左侧水银柱上升的高度△h2=h1+△h1=19.8cm
所以需要加入的水银体积为 V=S△h1+4S△h2=84cm3.
答:
①此过程中被封气体内能不变,是放热.
②需要加入的水银体积为84cm3.
如图所示,某种自动洗衣机进水时,洗衣机缸内水位升高,与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气(可视为理想气体),通过压力传感器感知管中的空气压力,从而控制进水量.
(1)若进水前细管内空气的体积为V0,压强为P0,当洗衣缸内水位缓慢升高(假设细管内空气温度不变),被封闭空气的压强变为αP0时(α>1),计算细管内的进水量并从微观角度解释被封闭空气压强变化的原因.
(2)在上述封闭空气体积变化的过程中,外界对空气做了0.6J的功,则空气______ (选填“吸收”或“放出”)了______ J的热量;当洗完衣服缸内水位迅速降低时,则空气的内能______ (选填“增加”或“减小”).
正确答案
解:(1)设细管的进水量为V,则由玻意耳定律得:
P0V0=αP0(V0-V)
解得V=V0
气体的温度保持不变,则分子的平均动能不变,体积减小,则气体分子的密集程度增大,所以气体的压强增大.
(2)由公式U=Q+W知,温度不变则U=0,W=0.6J,Q=-0.6J,负号说明空气放出了0.6J的热量;缸内水位迅速降低时,则空气的体积膨胀,W<0,瞬间Q=0,所以U<0,即气体内能减小.
故答案为:(1)气体的温度保持不变,则分子的平均动能不变,体积减小,则气体分子的密集程度增大,所以气体的压强增大.
(2)放出 0.6 减小
解析
解:(1)设细管的进水量为V,则由玻意耳定律得:
P0V0=αP0(V0-V)
解得V=V0
气体的温度保持不变,则分子的平均动能不变,体积减小,则气体分子的密集程度增大,所以气体的压强增大.
(2)由公式U=Q+W知,温度不变则U=0,W=0.6J,Q=-0.6J,负号说明空气放出了0.6J的热量;缸内水位迅速降低时,则空气的体积膨胀,W<0,瞬间Q=0,所以U<0,即气体内能减小.
故答案为:(1)气体的温度保持不变,则分子的平均动能不变,体积减小,则气体分子的密集程度增大,所以气体的压强增大.
(2)放出 0.6 减小
如图所示,两个截面积都为S的圆柱形容器,右边容器高为H.上端封闭,左边容 器上端是一个可以在容器内无摩檫滑动的质量为M的活塞:两容器由装有阀门的极细 管道相连,容器、活塞和细管都是绝热的.开始时阀门关闭,左边容器中装有理想气体,平衡时活塞到容器底的距离为H,右边容器内为真空.现将阀门缓慢打开,活塞便缓慢 下降,直至系统达到新的平衡.此时理想气体的温度增加为原来的1.4倍,已知外界大气 压强为P0,求此过程中气体内能的增加量.
正确答案
解:理想气体发生等压变化,气体压强为P,对活塞由:
PS=Mg+P0S
设气体初温为T,活塞下降X,平衡时有:
解得X=
系统绝热,Q=0
外界对气体做功W=PSX
由热力学第一定律△U=Q+W
所以△U=
答:此过程中气体内能的增加量.
解析
解:理想气体发生等压变化,气体压强为P,对活塞由:
PS=Mg+P0S
设气体初温为T,活塞下降X,平衡时有:
解得X=
系统绝热,Q=0
外界对气体做功W=PSX
由热力学第一定律△U=Q+W
所以△U=
答:此过程中气体内能的增加量.
(1)奥运祥云火炬的燃烧系统由燃气罐(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,经过稳压阀后进入燃烧室进行燃烧.则以下说法中正确的是______.
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的分子势能减少
C.燃气在燃烧室燃烧的过程是熵增加的过程
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)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.试分析气体b的压强、温度、内能的变化情况.
正确答案
解:(1)A、B燃气由液态变为气态的过程中体积增大,要对外做功,分子势能增大,故A正确,B错误;
C、燃气在燃烧室燃烧的过程是熵增加的过程,故C正确.
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AC
(2)气缸和隔板绝热,电热丝对气体a加热,气体a温度升高,压强增大,体积增大.气体a对气体b做功,气体b的体积减小,压强增大,温度升高,内能增大.
答:
(1)AC;
(2)气体b压强增大,温度升高,内能增大.
解析
解:(1)A、B燃气由液态变为气态的过程中体积增大,要对外做功,分子势能增大,故A正确,B错误;
C、燃气在燃烧室燃烧的过程是熵增加的过程,故C正确.
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AC
(2)气缸和隔板绝热,电热丝对气体a加热,气体a温度升高,压强增大,体积增大.气体a对气体b做功,气体b的体积减小,压强增大,温度升高,内能增大.
答:
(1)AC;
(2)气体b压强增大,温度升高,内能增大.
一定质量的某种理想气体的体积V与热力学温度T的关系图象如图所示,气体在状态A 时压强p0=1.0×105Pa、体积V0=800cm3,线段AB与V轴平行,BC延长线过坐标原点O.
①求该气体状态B时的压强;
②已知该气体从状态B变化到状态C过程中,向外界放热60J,求该过程中气体内能的变化量.
正确答案
解:①A到B是等温变化,压强和体积成反比,根据玻意耳定律有:
AA=BB
解得:B=5×104 Pa
②状态至状态过程是等压压缩过程,外界对气体做功:
W=B△=40J
根据热力学第一定律有:
△U=W+Q=40J+(-60J)=-20J,即内能减小20J.
答:①该气体状态B时的压强5×104 Pa;
②该过程中气体内能减小20J.
解析
解:①A到B是等温变化,压强和体积成反比,根据玻意耳定律有:
AA=BB
解得:B=5×104 Pa
②状态至状态过程是等压压缩过程,外界对气体做功:
W=B△=40J
根据热力学第一定律有:
△U=W+Q=40J+(-60J)=-20J,即内能减小20J.
答:①该气体状态B时的压强5×104 Pa;
②该过程中气体内能减小20J.
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