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简答题

一密闭理想气体等温膨胀对外做功150J,同时从外界吸热______J;用分子动理论解释该气体压强变小的原因为______

正确答案

解:根据热力学第一定律得:气体膨胀对外做功150J,W=-150 J,同时温度不变则内能不变,所以从外界吸热150J;

气体的温度不变则分子的平均动能不变,分子运动的激烈程度不变,体积增大则单位体积内的分子的数目减小,则单位时间内对器壁单位面积上的平均碰撞次数减少,所以压强减小.

故答案为:150;一定质量的理想气体的压强与分子平均动能和分子数密度有关.温度不变,分子平均动能不变,但体积增大,分子数密度减小,因而压强变小.

解析

解:根据热力学第一定律得:气体膨胀对外做功150J,W=-150 J,同时温度不变则内能不变,所以从外界吸热150J;

气体的温度不变则分子的平均动能不变,分子运动的激烈程度不变,体积增大则单位体积内的分子的数目减小,则单位时间内对器壁单位面积上的平均碰撞次数减少,所以压强减小.

故答案为:150;一定质量的理想气体的压强与分子平均动能和分子数密度有关.温度不变,分子平均动能不变,但体积增大,分子数密度减小,因而压强变小.

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简答题

一定质量的理想气体处于标准状态下时体积为V0,分别经过如下两个不同的过程使体积都增大到2V0:①等温膨胀变为2V0,再等容升压使其恢复成一个标准大气压,总共吸收的热量为Q1,内能的变化为△U1;②等压膨胀到2V0,吸收的热量为Q2,内能的变化为△U2.则Q1______Q2,△U1______△U2(填“大于”、“等于”、“小于”)

正确答案

解:中间的变换过程不必要去理会,只看初始状态和最总状态,质量始终没变,三个初始状态P、V、T一样,终了状态的P、V一样,都是一个大气压、体积2V,就只剩温度T了,根据理想气体状态方程:①等温膨胀变为2V0,压强变为原来的一半,再等容升压使其恢复成一个标准大气压,终态温度是初始温度的2倍,对外做功W=.②等压膨胀到2V0,温度为原来的2倍,W′=PV0,吸收的热量为Q2,内能的变化为△U2.根据热力学第一定律知:,△U1=△U2,Q1<Q2

故答案为:小于,等于

解析

解:中间的变换过程不必要去理会,只看初始状态和最总状态,质量始终没变,三个初始状态P、V、T一样,终了状态的P、V一样,都是一个大气压、体积2V,就只剩温度T了,根据理想气体状态方程:①等温膨胀变为2V0,压强变为原来的一半,再等容升压使其恢复成一个标准大气压,终态温度是初始温度的2倍,对外做功W=.②等压膨胀到2V0,温度为原来的2倍,W′=PV0,吸收的热量为Q2,内能的变化为△U2.根据热力学第一定律知:,△U1=△U2,Q1<Q2

故答案为:小于,等于

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简答题

在一个大气压下,水在沸腾时,1g水吸收2263.8J的热量后由液态变成同温度的气态,其体积由1.043cm3变为1676cm3,求:

(1)lg水所含的分子数;

(2)体积膨胀时气体对外界做的功形;

(3)气体的内能变化.(大气压强p0=1.0×105Pa,水的摩尔质量为μ=18g/mol,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023/mol)

正确答案

解:(1)lg水所含的分子数为 n=×NA=×6.0×1023=3.3×1022(个)

(2)在一个恒定标准大气压P=1.0×105 Pa下,其体积由1.043cm3变为1676cm3

所以体积膨胀时气体对外做的功为W=P0△V=1.0×105×(1676-1.043)×10-6J=167.5J

(3)根据热力学第一定律得:

△U=Q-W=2263.8J-167.5J=2096.3J,即内能增加了2096.3J.

答:

(1)lg水所含的分子数为3.3×1022个;

(2)体积膨胀时气体对外界做的功为167.5J;

(3)气体的内能增加了2096.3J.

解析

解:(1)lg水所含的分子数为 n=×NA=×6.0×1023=3.3×1022(个)

(2)在一个恒定标准大气压P=1.0×105 Pa下,其体积由1.043cm3变为1676cm3

所以体积膨胀时气体对外做的功为W=P0△V=1.0×105×(1676-1.043)×10-6J=167.5J

(3)根据热力学第一定律得:

△U=Q-W=2263.8J-167.5J=2096.3J,即内能增加了2096.3J.

答:

(1)lg水所含的分子数为3.3×1022个;

(2)体积膨胀时气体对外界做的功为167.5J;

(3)气体的内能增加了2096.3J.

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下列说法正确的是______.(填选项前的字母)

A.温度低的物体内能小

B.温度低的物体分子运动的平均速率小

C.不可能从单一热源吸取热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化

D.甲、乙两分子,甲固定,乙从距离甲大于r0(10-10m)以速度v向甲运动,在接近甲过程一直做加速运动.

正确答案

解:

A、物体的内能与物体的温度和体积都有关,温度低的物体内能不一定小.故A错误.

B、温度是分子平均动能的标志,温度低的物体分子运动的平均动能一定小,但平均速率不一定小.故B错误.

C、根据热力学第二定律可知:可能从单一热源吸取热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化.故C正确.

D、甲、乙两分子,甲固定,乙从距离甲大于r0(10-10m)以速度v向甲运动时,由于r大于r0时分子力为引力,r小于r0时分子力为斥力,则在接近甲过程中乙先受到甲的引力,后受到甲的斥力,所以乙先做加速运动,后做减速运动.故D错误.

故选C

解析

解:

A、物体的内能与物体的温度和体积都有关,温度低的物体内能不一定小.故A错误.

B、温度是分子平均动能的标志,温度低的物体分子运动的平均动能一定小,但平均速率不一定小.故B错误.

C、根据热力学第二定律可知:可能从单一热源吸取热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化.故C正确.

D、甲、乙两分子,甲固定,乙从距离甲大于r0(10-10m)以速度v向甲运动时,由于r大于r0时分子力为引力,r小于r0时分子力为斥力,则在接近甲过程中乙先受到甲的引力,后受到甲的斥力,所以乙先做加速运动,后做减速运动.故D错误.

故选C

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简答题

如图所示,一定质量的理想气体用不导热的活塞封闭在内壁光滑的绝热气缸内,气缸竖直放置,缸内安装一电热丝,活塞质量m,横截面积S,外界大气压强p0,重力加速度g.开始时活塞处于静止状态,将电热丝通电给气体缓慢加热,测得电热丝两端电压为U,通过的电流为I.经过时间t,活塞缓慢向上移动距离L0.求:

①气体对外所做的功;

②气体内能的增量.

正确答案

解:①气体对外所做功为:W=(p0S+mg)L0

②由热力学第一定律可知,气体内能增加量△E=Q-W

又根据焦耳定律得:Q=UIt

则△E=UIt-(p0S+mg)L0

答:①气体对外所做功为(P0S+mg)L0

②气体内能增加量为UIt-(P0S+mg)L0

解析

解:①气体对外所做功为:W=(p0S+mg)L0

②由热力学第一定律可知,气体内能增加量△E=Q-W

又根据焦耳定律得:Q=UIt

则△E=UIt-(p0S+mg)L0

答:①气体对外所做功为(P0S+mg)L0

②气体内能增加量为UIt-(P0S+mg)L0

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简答题

如图所示,用轻质活塞在气缸内封闭一定质量理想气体,活塞与气缸壁间摩擦忽略不计,开始时活塞距气缸底高度h1=0.50m.给气缸加热,活塞缓慢上升到距离气缸底h2=0.80m处,同时缸内气体吸收Q=450J的热量.已知活塞横截面积S=5.0×10-3 m2,大气压强p0=1.0×105 Pa.求:

①缸内气体对活塞所做的功W;

②此过程中缸内气体增加的内能△U.

正确答案

解:①活塞缓慢上升,视为等压过程,

   则气体对活塞做功 W=F△h=p0S△h=150J       

 ②根据热力学定律△U=W+Q=-150+450=300J    

答:①缸内气体对活塞所做的功为150J

   ②此过程中缸内气体增加的内能△U=300J

解析

解:①活塞缓慢上升,视为等压过程,

   则气体对活塞做功 W=F△h=p0S△h=150J       

 ②根据热力学定律△U=W+Q=-150+450=300J    

答:①缸内气体对活塞所做的功为150J

   ②此过程中缸内气体增加的内能△U=300J

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简答题

如图所示,汽车在进行撞击实验时,安全气囊内迅速产生大量氮气而打开,气囊表面的气孔开始排气,若气囊表面有n个面积均为S的气孔,密度为ρ的氮气以速度v从气孔排出,氮气的摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,则在短时间t内排除的氮气分子数为______,设气囊内氮气不与外界进行热交换,则排气过程中气囊内温度______(选填“升高”“不变”或“降低”)

正确答案

解:t时间内排出的体积为:V=vtS;

排出气的质量m=ρV=ρvSt;

则分子数N==

排出气体时,气体对外做功,由于没有热交换,则由热力学第一定律可知,气体内能将减小,温度降低;

故答案为:;降低

解析

解:t时间内排出的体积为:V=vtS;

排出气的质量m=ρV=ρvSt;

则分子数N==

排出气体时,气体对外做功,由于没有热交换,则由热力学第一定律可知,气体内能将减小,温度降低;

故答案为:;降低

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简答题

汽缸中封闭了一定质量的气体,活塞压缩气体做功1200J,气体的内能增加了800J,则气体是吸收还是释放了热量?吸收(释放)的热量是多少?

正确答案

解:由题有:W=1200J,△U=800J

根据热力学第一定律得:△U=W+Q

得 Q=△U-W=800-1200=-40J<0,所以气体放出400J的热量.

答:气体是释放了热量,释放的热量是400J.

解析

解:由题有:W=1200J,△U=800J

根据热力学第一定律得:△U=W+Q

得 Q=△U-W=800-1200=-40J<0,所以气体放出400J的热量.

答:气体是释放了热量,释放的热量是400J.

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简答题

(供选修3-3模块)

如图所示,一定质量的理想气体由状态A经过过程Ⅰ变至状态B,从外界吸收热量450J,同时气体膨胀做功300J;当气体从状态B经过过程Ⅱ回到状态A时,外界压缩气体做功200J,求:

(1)气体状态由A经过Ⅰ变至B过程,内能是增加还是减少?增加或减少内能是多少?

(2)气体状态由A经过Ⅰ变至B再经过Ⅱ回到A时,气体是吸收热量还是放出热量?吸收或放出的热量是多少?

正确答案

解:(1)由题意知:气体由状态A经过Ⅰ变至B过程:

Q1=450J,

W1=-300J                         

由热力学第一定律:△U=W1+Q1      

带入数据得:△U=150J             

所以气体内能增加了150J             

(2)气体从状态B经过Ⅱ又回到A时:

W2=200J                          

全过程内能增量为零即:△U=0      

由热力学第一定律:

△U=W+Q即△U=Q1+Q2+W1+W2

带入数据得:Q2=-350J         

所以气体是放出热量350J     

 答:(1)气体状态由A经过Ⅰ变至B过程,气体内能增加了150J             

(2)气体状态由A经过Ⅰ变至B再经过Ⅱ回到A时,气体是放出热量350J.

解析

解:(1)由题意知:气体由状态A经过Ⅰ变至B过程:

Q1=450J,

W1=-300J                         

由热力学第一定律:△U=W1+Q1      

带入数据得:△U=150J             

所以气体内能增加了150J             

(2)气体从状态B经过Ⅱ又回到A时:

W2=200J                          

全过程内能增量为零即:△U=0      

由热力学第一定律:

△U=W+Q即△U=Q1+Q2+W1+W2

带入数据得:Q2=-350J         

所以气体是放出热量350J     

 答:(1)气体状态由A经过Ⅰ变至B过程,气体内能增加了150J             

(2)气体状态由A经过Ⅰ变至B再经过Ⅱ回到A时,气体是放出热量350J.

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简答题

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:

(1)气体的内能______(填“增加”或“减少”),其变化量的大小为______J.

(2)气体的分子势能______(填“增加”或“减少”)

(3)气体的温度______(填“升高”或“降低”)

正确答案

解:(1)气体从外界吸热,故:Q=4.2×105J

气体对外做功,故:W=-6×105J

由热力学第一定律:△U=W+Q=(-6×105)+(4.2×105)=-1.8×105J

△U为负,说明气体的内能减少了

所以,气体内能减少了1.8×105J.

(2)气体分子间距远远大于平衡距离,分子力的合力为吸引力;

因为气体对外做功,所以气体的体积膨胀,分子间的距离增大了,分子力做负功,气体分子势能增加了;

(3)因为气体内能减少,同时气体分子势能增加,说明气体分子的平均动能一定减少了,故温度降低.

故答案为:(1)减少,1.8×105;(2)增加;(3)降低.

解析

解:(1)气体从外界吸热,故:Q=4.2×105J

气体对外做功,故:W=-6×105J

由热力学第一定律:△U=W+Q=(-6×105)+(4.2×105)=-1.8×105J

△U为负,说明气体的内能减少了

所以,气体内能减少了1.8×105J.

(2)气体分子间距远远大于平衡距离,分子力的合力为吸引力;

因为气体对外做功,所以气体的体积膨胀,分子间的距离增大了,分子力做负功,气体分子势能增加了;

(3)因为气体内能减少,同时气体分子势能增加,说明气体分子的平均动能一定减少了,故温度降低.

故答案为:(1)减少,1.8×105;(2)增加;(3)降低.

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