- 热力学第一定律
- 共1851题
如右图,体积为V、内壁光滑的圆柱形导热气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞;气缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2P0的理想气体.P0和T0分别为大气的压强和温度.已知:气体内能U与温度T的关系为U=aT,a为正的常量;容器内气体的温度缓慢降低的过程中,最后气体的压强变为P0和T0.热力学第一定律为△U=W+Q.求:
(1)气缸内气体的体积V1:
(2)在活塞下降过程中,气缸内气体放出的热量Q.
正确答案
解:(1)在气体由压缩P=1.2P0到P0时,V不变,温度由2.4T0变为T1,由查理定律得 …①
在气体温度由T1变为T0的过程中,体积由V减小到V1,气体压强不变,由着盖•吕萨克定律得 …②
由①②式得 V1=0.5V…③
(2)活塞下降过程中,活塞对气体的功为W=P0(V-V1)
在这一过程中,气体内能的减少为△U=a(T1-T0)
由热力学第一定律得,气缸内气体放出的热量为Q=W+△U
得出:Q=
答:(1)气缸内气体的体积为0.5V:
(2)在活塞下降过程中,气缸内气体放出的热量为.
解析
解:(1)在气体由压缩P=1.2P0到P0时,V不变,温度由2.4T0变为T1,由查理定律得 …①
在气体温度由T1变为T0的过程中,体积由V减小到V1,气体压强不变,由着盖•吕萨克定律得 …②
由①②式得 V1=0.5V…③
(2)活塞下降过程中,活塞对气体的功为W=P0(V-V1)
在这一过程中,气体内能的减少为△U=a(T1-T0)
由热力学第一定律得,气缸内气体放出的热量为Q=W+△U
得出:Q=
答:(1)气缸内气体的体积为0.5V:
(2)在活塞下降过程中,气缸内气体放出的热量为.
有一壶水,水温是10℃,把它放到火力恒定的炉火上烧.当气压为一大气压时,经20分钟即沸腾.若继续放在火上,试估算再经过约多少分钟后,这壶水将被烧干(结果取两位有效数字即可).
正确答案
解:设水的质量为m千克,每分钟吸收的热量为q,则升温时吸收的热量Q=Cm△t=qt
即Cm(100-10)=20q
汽化时吸收的热量Q′=Lm=qt′水的比热容是C=4.2X103J/(kg•℃)
水的汽化热为L=2.260×107J/kg
由上解得:t′=1.2×103分钟
答:再经过约1.2×103分钟.
解析
解:设水的质量为m千克,每分钟吸收的热量为q,则升温时吸收的热量Q=Cm△t=qt
即Cm(100-10)=20q
汽化时吸收的热量Q′=Lm=qt′水的比热容是C=4.2X103J/(kg•℃)
水的汽化热为L=2.260×107J/kg
由上解得:t′=1.2×103分钟
答:再经过约1.2×103分钟.
如图所示,气缸和活塞与外界均无热交换,中间有一个固定的导热性良好的隔板,封闭着两部分气体A和B,活塞处于静止平衡状态,现通过电热丝对气体A加热一段时间,后来活塞达到新的平衡,不计气体分子势能,不计活塞与气缸壁间的摩擦,大气压强保持不变,则下列判断正确的是______.
A.气体A吸热,内能增加
B.气体B吸热,对外做功,内能不变
C.气体A分子的平均动能增大
D.气体A和气体B内每个分子的动能都增大
E.气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少.
正确答案
解:A、气体A等容变化W=0,温度升高,内能增加,根据△U=W+Q,可知气体A吸热,故A正确;
B、气体B做等压变化,温度升高,则体积增大,气体对外做功,W<0,温度升高,内能增加,根据△U=W+Q,可知气体B吸热,故B错误;
C、气体A温度升高,气体分子的平均动能增大.故C正确.
D、温度升高,分子的平均动能增大,不一定每个分子的动能都增大,D错误;
E、气体B温度升高,分子平均动能增加,压强不变,所以单位时间撞击单位面积器壁的气体分子数减小,故E正确.
故选:ACE
解析
解:A、气体A等容变化W=0,温度升高,内能增加,根据△U=W+Q,可知气体A吸热,故A正确;
B、气体B做等压变化,温度升高,则体积增大,气体对外做功,W<0,温度升高,内能增加,根据△U=W+Q,可知气体B吸热,故B错误;
C、气体A温度升高,气体分子的平均动能增大.故C正确.
D、温度升高,分子的平均动能增大,不一定每个分子的动能都增大,D错误;
E、气体B温度升高,分子平均动能增加,压强不变,所以单位时间撞击单位面积器壁的气体分子数减小,故E正确.
故选:ACE
(1)气缸中的气体吸收了4.2×103J的热量,同时推动活塞对外做了2.2×103J的功,那么它的内能______(填“增加”或“减少”)了______..
(2)为什么说布朗运动不是分子的运动,但是能反映分子的运动?
正确答案
解:对一定质量的气体加热,气体吸收了4200J的热量,故Q=4200J;
它受热膨胀后对外做的功是2200J,故W=-2200J;
根据热力学第一定律,有:△U=Q+W=4200J-2200J=2000J.
(2)布朗运动是指悬浮在水面上的花粉小颗粒的运动,颗粒的运动不是分子的运动,但其运动是由水分子的运动引起,实验观察的结果说明,水分子运动越激烈,颗粒的运动也越剧烈,反过来,颗粒运动的无规则性,也反映了水分子运动的无规则性,因此,可以说布朗运动能反映分子的运动.
故答案为:(1)增加,2×103J
(2)布朗运动是指悬浮在水面上的花粉小颗粒的运动,颗粒的运动不是分子的运动,但其运动是由水分子的运动引起,实验观察的结果说明,水分子运动越激烈,颗粒的运动也越剧烈,反过来,颗粒运动的无规则性,也反映了水分子运动的无规则性,因此,可以说布朗运动能反映分子的运动.
解析
解:对一定质量的气体加热,气体吸收了4200J的热量,故Q=4200J;
它受热膨胀后对外做的功是2200J,故W=-2200J;
根据热力学第一定律,有:△U=Q+W=4200J-2200J=2000J.
(2)布朗运动是指悬浮在水面上的花粉小颗粒的运动,颗粒的运动不是分子的运动,但其运动是由水分子的运动引起,实验观察的结果说明,水分子运动越激烈,颗粒的运动也越剧烈,反过来,颗粒运动的无规则性,也反映了水分子运动的无规则性,因此,可以说布朗运动能反映分子的运动.
故答案为:(1)增加,2×103J
(2)布朗运动是指悬浮在水面上的花粉小颗粒的运动,颗粒的运动不是分子的运动,但其运动是由水分子的运动引起,实验观察的结果说明,水分子运动越激烈,颗粒的运动也越剧烈,反过来,颗粒运动的无规则性,也反映了水分子运动的无规则性,因此,可以说布朗运动能反映分子的运动.
如图,用带孔橡皮塞把塑料瓶口塞住,向瓶内迅速打气,在瓶塞弹出前,外界对气体做功15J,橡皮塞的质量为20g,橡皮塞被弹出的速度为10m/s,若橡皮塞增加的动能占气体对外做功的10%,瓶内的气体作为理想气体,则瓶内气体的内能变化量为______J,瓶内气体的温度______(选填“升高”或“降低”).
正确答案
解:由题意可知,气体对外做功:W对外==
=10J,
由题意可知,向瓶内迅速打气,在整个过程中,气体与外界没有热交换,即Q=0,
则气体内能的变化量:△U=W+Q=15J-10J+0=5J,气体内能增加,温度升高;
故答案为:5;升高.
解析
解:由题意可知,气体对外做功:W对外==
=10J,
由题意可知,向瓶内迅速打气,在整个过程中,气体与外界没有热交换,即Q=0,
则气体内能的变化量:△U=W+Q=15J-10J+0=5J,气体内能增加,温度升高;
故答案为:5;升高.
A.(选修模块3-3)
(1)如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示.F>0表示斥力,F<0表示引力,a,b,c,d为x轴上四个特定的位置.现把乙分子从a处由静止释放,则______.(填下列选项前的字母)
A.乙分子由a到b做加速运动,由b到d做减速运动
B.乙分子由a到c做加速运动,由c到d做减速运动
C.乙分子由a到b的过程中,两分子的分子势能一直增加
D.乙分子由b到d的过程中,两分子的分子势能一直减小
(2)一定质量的理想气体,由状态A通过如图所示的箭头方向经三个过程变化到状态B.气体在状态B时的分子平均动能______ (选填“大于”、“等于”或“小于”)在状态A时的分子平均动能;气体在由状态A到状态B的过程中,气体______ (选填“吸热”、“放热”‘或“既不吸热也不放热”).
(3)利用油膜法可粗略测定分子的大小和阿伏加德罗常数,若已知n滴油的总体积为V,一滴油所形成的单分子油膜的面积为S.这种油的摩尔质量为μ,密度为ρ.求:
①一个油分子的直径d;
②阿伏加德罗常数N.
正确答案
解:(1)A、乙分子由a到b一直受引力,做加速运动,从b到c分子力逐渐变小但仍为引力,继续加速,故A错;
B、乙分子在从a到c的过程中一直受到引力加速,而从c到d的过程中受斥力,减速,故B正确;
C、从a到b分子力做正功,分子势能一直减少,故C错;
D、从b到c分子力做正功,分子势能先减小,从c到d分子力做负功,分子势能增大,故D错;
故选B.
(2)由图象可知,从A到B气体的温度不变,分子平均动能不变,在在A、B两状态分子的平均动能相等;
由图象可知,从A到B,气体温度不变而压强变大,由玻意耳定律可得,气体体积减小,外界对气体做功,
由于气体温度不变,气体内能不变,由热力学第一定律可得,在此过程中,气体要向外放出热量.
(3)①一滴油的体积V0=,油分子的直径d=
=
;
②一个油分子的体积V0=,
油的摩尔体积Vmol=,
阿伏伽德罗常数N==
;
故答案为:(1)B;(2)等于;放热;(3)①;②
.
解析
解:(1)A、乙分子由a到b一直受引力,做加速运动,从b到c分子力逐渐变小但仍为引力,继续加速,故A错;
B、乙分子在从a到c的过程中一直受到引力加速,而从c到d的过程中受斥力,减速,故B正确;
C、从a到b分子力做正功,分子势能一直减少,故C错;
D、从b到c分子力做正功,分子势能先减小,从c到d分子力做负功,分子势能增大,故D错;
故选B.
(2)由图象可知,从A到B气体的温度不变,分子平均动能不变,在在A、B两状态分子的平均动能相等;
由图象可知,从A到B,气体温度不变而压强变大,由玻意耳定律可得,气体体积减小,外界对气体做功,
由于气体温度不变,气体内能不变,由热力学第一定律可得,在此过程中,气体要向外放出热量.
(3)①一滴油的体积V0=,油分子的直径d=
=
;
②一个油分子的体积V0=,
油的摩尔体积Vmol=,
阿伏伽德罗常数N==
;
故答案为:(1)B;(2)等于;放热;(3)①;②
.
某压力锅的结构如图所示.盖好密封锅盖,将压力阀套在出气孔上,给压力锅加热,当锅内气体压强达到一定值时,气体就把压力阀顶起.假定在压力阀被顶起时,停止加热.若此时锅内气体的体积为V,摩尔体积为V0,阿伏加德罗常数为NA,写出锅内气体分子数的估算表达式______.假定在一次放气过程中,锅内气体对压力阀及外界做功1J,并向外界释放了2J的热量.锅内原有气体的内能减少了______J.
正确答案
解:(1)设锅内气体分子数为n,气体的摩尔数为
n=
(2)锅内气体对压力阀及外界做功1J,并向外界释放了2J的热量,
根据热力学第一定律得:△U=W+Q=-1-2=-3 J
锅内气体内能减少,减少了3 J.
故答案为:,3
解析
解:(1)设锅内气体分子数为n,气体的摩尔数为
n=
(2)锅内气体对压力阀及外界做功1J,并向外界释放了2J的热量,
根据热力学第一定律得:△U=W+Q=-1-2=-3 J
锅内气体内能减少,减少了3 J.
故答案为:,3
封闭在汽缸里的气体,推动活塞对外做功3×104J,从外界吸收热量5×104J,它的内能变化是多少?内能是增加了还是减少了?
正确答案
解:由热力学第一定律得:△U=W+Q,
得△U=-W+Q=-3×145J+5×104J=2×104J,
气体的内能增加,大小为2×104J;
答:气体的内能增加,大小为2×104J.
解析
解:由热力学第一定律得:△U=W+Q,
得△U=-W+Q=-3×145J+5×104J=2×104J,
气体的内能增加,大小为2×104J;
答:气体的内能增加,大小为2×104J.
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 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 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.
[物理--选修3-3]
(1)对于一定量的理想气体,下列说法正确的是______
A.若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变
B.若气体从外界吸收了热量,其内能一定增加
C.若气体的温度随时间不断升高,其压强也不一定增大
D.若气体内能增加了,则气体一定从外界吸收了热量
E.若气体从外界吸收了热量,其温度也不一定升高
(2)如图为一注射器,针筒上所标刻度是注射器的容积,最大刻度Vm=20ml,其活塞的横截面积为2cm2.先将注射器活塞移到刻度V1=18mL的位置,然后用橡胶帽密封住注射器的针孔.已知环境温度t1=27℃,大气压p0=1.0×105Pa,为使活塞移到最大刻度处,试问(活塞质量及活塞与针筒内壁间的摩擦均忽略不计.)
(Ⅰ)若把注射器浸入水中缓慢加热,水温须升至多少℃?
(Ⅱ)若沿注射器轴线用力向外缓慢拉活塞,拉力须达到多大?
正确答案
解:(1)A、由公式知若气体的压强和体积都不变,温度不变,其内能也一定不变,A正确;
B、改变内能的方式有做功和热传递,若气体从外界吸收了热量,同时对外做功,其内能不一定增加,B错误;
C、由公式知若气体的温度随时间不断升高,体积增大时其压强不一定增大,C正确;
D、改变内能的方式有做功和热传递,若气体内能增加了,则气体不一定从外界吸收了热量,D错误;
E、改变内能的方式有做功和热传递,若气体从外界吸收了热量同时对外做功,其温度也不一定升高,E正确;
故选:ACE
(2)设水温度升至T时,活塞移动到最大刻度处,则:
将T1=t1+273=300K代入,解得:T=333K,t=T-273=60°
设拉力为F时,活塞移动到最大刻度处,此时气体压强为P,则:P0V1=PVm
解得:P=9×104Pa
由活塞平衡条件得:F=(P0-P)S=2N
答:(Ⅰ)若把注射器浸入水中缓慢加热,水温须升至60℃;(Ⅱ)若沿注射器轴线用力向外缓慢拉活塞,拉力须达到2N.
解析
解:(1)A、由公式知若气体的压强和体积都不变,温度不变,其内能也一定不变,A正确;
B、改变内能的方式有做功和热传递,若气体从外界吸收了热量,同时对外做功,其内能不一定增加,B错误;
C、由公式知若气体的温度随时间不断升高,体积增大时其压强不一定增大,C正确;
D、改变内能的方式有做功和热传递,若气体内能增加了,则气体不一定从外界吸收了热量,D错误;
E、改变内能的方式有做功和热传递,若气体从外界吸收了热量同时对外做功,其温度也不一定升高,E正确;
故选:ACE
(2)设水温度升至T时,活塞移动到最大刻度处,则:
将T1=t1+273=300K代入,解得:T=333K,t=T-273=60°
设拉力为F时,活塞移动到最大刻度处,此时气体压强为P,则:P0V1=PVm
解得:P=9×104Pa
由活塞平衡条件得:F=(P0-P)S=2N
答:(Ⅰ)若把注射器浸入水中缓慢加热,水温须升至60℃;(Ⅱ)若沿注射器轴线用力向外缓慢拉活塞,拉力须达到2N.
扫码查看完整答案与解析