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简答题

A用水平方向大小为80N的力沿水平地面推动一只原来静止的木箱前进了10m,阻碍运动的摩擦力是60N,则木箱的动能是多少?在此过程中有多少机械能转化为内能?

正确答案

解:由动能定理知:EK=FS-fS=80×10-60×10=200J

摩擦力做功转化成内能:△E=fS=60×10=600J

答:木箱的动能是200焦,在此过程中有600焦机械能转化为内能.

解析

解:由动能定理知:EK=FS-fS=80×10-60×10=200J

摩擦力做功转化成内能:△E=fS=60×10=600J

答:木箱的动能是200焦,在此过程中有600焦机械能转化为内能.

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简答题

(1)以下说法正确的是______

A.布朗运动证明,组成固体小颗粒的分子在做无规则运动

B.即使气体的温度很高,仍有一些分子的运动速率是非常小的

C.气体的压强是由大量的分子对容器壁的碰撞引起的

D.一定质量的理想气体,在温度和体积都保持不变的情况下,可以使其压强增大

(2)有一导热气缸,缸内有一定质量的密封活塞,气缸内密封一部分稀薄气体,如图气缸水平放置时,活塞距离气缸底部的距离为 L,现将气缸竖立起来,活塞缓慢下降,稳定后,活塞距离气缸底部的距离为,若气缸活塞的横截面积为 S,大气压强为P0①求活塞的质量;

②当气缸竖起,活塞缓慢下降过程中,判断气缸内气体是吸热还是放热,并简述原因.

正确答案

解:(1)A、布朗运动成因是液体分子对布朗颗粒的各个方向的撞击力不平衡,从侧面说明了液体分子的无规则运动,故A错误

B、即使气体的温度很高,仍有一些分子的运动速率是非常小的,符合气体分子速率分布率,故B正确

C、从微观上看,气体的压强是由大量的分子对容器壁的碰撞引起,故C正确

D、由一定质量理想气体状态方程得=k(常数),在温度和体积都保持不变的情况下,压强不变,故D错误

故选BC

(2)封闭气体为等温过程,故有:

P0LS=(P0+)LS

解得:m=

②放热;根据热力学第一定律,Q+W=△U,由于活塞下降过程对气体做功,而气体内能不变,所以应是放热

答:(1)BC

(2)①活塞质量为②放热

解析

解:(1)A、布朗运动成因是液体分子对布朗颗粒的各个方向的撞击力不平衡,从侧面说明了液体分子的无规则运动,故A错误

B、即使气体的温度很高,仍有一些分子的运动速率是非常小的,符合气体分子速率分布率,故B正确

C、从微观上看,气体的压强是由大量的分子对容器壁的碰撞引起,故C正确

D、由一定质量理想气体状态方程得=k(常数),在温度和体积都保持不变的情况下,压强不变,故D错误

故选BC

(2)封闭气体为等温过程,故有:

P0LS=(P0+)LS

解得:m=

②放热;根据热力学第一定律,Q+W=△U,由于活塞下降过程对气体做功,而气体内能不变,所以应是放热

答:(1)BC

(2)①活塞质量为②放热

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在一密封容器里有温度T0=100℃的饱和水蒸气和少量水,水蒸气的质量M=0.1kg,水的质量m=0.001kg,继续对容器加热,试求水刚好蒸发完时,

(1)容器被加热的最后温度T;

(2)所需热量Q;

(已知每升高1℃,饱和水气压增加3.7×103Pa,水的汽化热L=2.25×106J/kg,水蒸气的定容比热容CV=1.38×103J/(kg•K)

正确答案

解:(1)设容器的容积为V,m=0.001kg的水变成100℃时的体积为:0.01V,

以所有的水蒸气为研究对象,其初状态:V1=V+0.01V=1.01V,p1=1.0132×105Pa,

末状态的状态参量:V2=V,p2=?,气体发生等温变化,

由玻意耳定律可得:p1V1=p2V2,即:p×1.01V=p2×V,解得:p2=1.023332×105Pa,

饱和蒸汽压的增加量:△p=1.0132×103Pa,

容器最后的温度:T=100℃+×1℃≈100.27℃;

(2)所需热量:Q=Q1+Q2=0.001kg×2.25×106J/kg+1.38×103J/(kg•K)×(0.1kg+0.001kg)×0.27K≈2.288×103J;

答:(1)容器被加热的最后温度T为100.27℃;

(2)所需热量Q2.288×103J.

解析

解:(1)设容器的容积为V,m=0.001kg的水变成100℃时的体积为:0.01V,

以所有的水蒸气为研究对象,其初状态:V1=V+0.01V=1.01V,p1=1.0132×105Pa,

末状态的状态参量:V2=V,p2=?,气体发生等温变化,

由玻意耳定律可得:p1V1=p2V2,即:p×1.01V=p2×V,解得:p2=1.023332×105Pa,

饱和蒸汽压的增加量:△p=1.0132×103Pa,

容器最后的温度:T=100℃+×1℃≈100.27℃;

(2)所需热量:Q=Q1+Q2=0.001kg×2.25×106J/kg+1.38×103J/(kg•K)×(0.1kg+0.001kg)×0.27K≈2.288×103J;

答:(1)容器被加热的最后温度T为100.27℃;

(2)所需热量Q2.288×103J.

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如图所示的圆柱形气缸固定于水平面上,缸内用活塞密封一定质量的理想气体,已知气缸的横截面积为S,活塞重为G,大气压强为P0.将活塞固定,使气缸内气体温度升高1℃,气体吸收的热量为Q1;如果让活塞可以缓慢自由滑动(活塞与气缸间无摩擦、不漏气,且不计气体的重力),也使气缸内气体温度升高1℃,其吸收的热量为Q2

①简要说明Q1和Q2哪个大些?

②求气缸内气体温度升高1℃时活塞向上移动的高度h.

正确答案

解:①定容过程,吸收的热量,用于增加气体的内能,△U1=Q1

定压过程,吸收的热量,用于增加气体的内能和对外做功,△U2+|W2|=Q2

又△U2=△U1,则Q1<Q2

②气体对外做功|W2|=(P0S+G)h

活塞向上移动的高度

答:Q1<Q2

②活塞向上移动的高度

解析

解:①定容过程,吸收的热量,用于增加气体的内能,△U1=Q1

定压过程,吸收的热量,用于增加气体的内能和对外做功,△U2+|W2|=Q2

又△U2=△U1,则Q1<Q2

②气体对外做功|W2|=(P0S+G)h

活塞向上移动的高度

答:Q1<Q2

②活塞向上移动的高度

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在如图所示的p-V图中,一定质量的理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时,从外界吸收热量500J,同时膨胀对外做功300J.当气体从状态B经过程Ⅱ回到状态A时,外界压缩气体做功180J.

请问:在这个过程中,气体是吸收热量还是放出的热量?这个热量变化为多少?

正确答案

解:由题意知:一定质量的理想气体由状态A经过程I变至状态B时,W1为负功,Q1为正(吸收的热量),

△U=W1+Q1=500-300=200J,内能增加200J.

当气体从状态B经过程II回到状态A时,W2为正;△U′=-△U

△U′=W2+Q2

代入数据解得:Q2=-380J,放出热量.

答:此过程中气体放出的热量是380J.

解析

解:由题意知:一定质量的理想气体由状态A经过程I变至状态B时,W1为负功,Q1为正(吸收的热量),

△U=W1+Q1=500-300=200J,内能增加200J.

当气体从状态B经过程II回到状态A时,W2为正;△U′=-△U

△U′=W2+Q2

代入数据解得:Q2=-380J,放出热量.

答:此过程中气体放出的热量是380J.

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一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量,内能增加了4.2×105J,是气体对外界做功,还是外界对气体做功?做了多少J的功?

正确答案

解:由热力学第一定律得:△U=W+Q,

得W=△U-Q=4.2×105J-2.6×105J=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=4.2×105J-2.6×105J=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.

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一定质量的气体从外界吸收2.6×105J的热量,内能增加4.2×105J,是气体对外做功还是外界对气体做功?做多少焦耳的功?若气体所吸收热量2.6×105J不变,但内能只增加1.6×105J,情况又如何?

正确答案

解:由热力学第一定律可知:

△U=W+Q;

则解得:W=4.2×105J-2.6×105J=1.6×105J;外界对气体做功;

同理解得:W′=1.6×105J-2.6×105J=-1.0×105J;

负号表示气体对外界做功;

答:外界对气体做功2.6×105J;气体对外界做功为-1.0×105J.

解析

解:由热力学第一定律可知:

△U=W+Q;

则解得:W=4.2×105J-2.6×105J=1.6×105J;外界对气体做功;

同理解得:W′=1.6×105J-2.6×105J=-1.0×105J;

负号表示气体对外界做功;

答:外界对气体做功2.6×105J;气体对外界做功为-1.0×105J.

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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,通过压力传感器感知管中的空气压力,从而控制进水量.

(1)当洗衣缸内水位缓慢升高时,设细管内空气温度不变,则被封闭的空气______

A.分子间的引力和斥力都增大

B.分子的热运动加剧

C.分子的平均动能增大

D.体积变小,压强变大

(2)若密闭的空气可视为理想气体,在上述(1)中空气体积变化的过程中,外界对空气做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”).

(3)若密闭的空气体积V=1L,密度ρ=1.29kg/m3,平均摩尔质量M=0.029kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1,试估算该气体分子的总个数(结果保留一位有效数字).

正确答案

解:(1)水位升高,压强增大,被封闭气体做等温变化,根据理想气体状态方程可知,气体体积减小,分子之间距离减小,因此引力和斥力都增大,故AD正确;

气体温度不变,因此分子的热运动情况不变,分子平均动能不变,故BC错误.

故选AD.

(2)在(1)中空气体积变化的过程中,气体温度不变,内能不变,外界对气体做功,根据热力学第一定律可知,气体放出热量;若水位迅速降低,压强则迅速减小,体积迅速膨胀,气体对外做功,由于过程迅速,没有来得及吸放热,因此内能降低.

故答案为:放出,0.6,减小.

(3)物质的量为:

分子总数: 

代入数据得:N=2.68×1022≈3×1022

故该气体分子的总个数为:N=2.68×1022≈3×1022

解析

解:(1)水位升高,压强增大,被封闭气体做等温变化,根据理想气体状态方程可知,气体体积减小,分子之间距离减小,因此引力和斥力都增大,故AD正确;

气体温度不变,因此分子的热运动情况不变,分子平均动能不变,故BC错误.

故选AD.

(2)在(1)中空气体积变化的过程中,气体温度不变,内能不变,外界对气体做功,根据热力学第一定律可知,气体放出热量;若水位迅速降低,压强则迅速减小,体积迅速膨胀,气体对外做功,由于过程迅速,没有来得及吸放热,因此内能降低.

故答案为:放出,0.6,减小.

(3)物质的量为:

分子总数: 

代入数据得:N=2.68×1022≈3×1022

故该气体分子的总个数为:N=2.68×1022≈3×1022

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简答题

在标准大气压P=1.0×105Pa下,1g的水沸腾时由液态变成同温度的气态,其体积由1cm3变为1701cm3,此过程中吸收的热量为2264J.求:

①气体对外做的功W

②此过程中水内能变化量△U.

正确答案

解: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

由热力学第一定律知:△U=W+Q=-170+2264=2094J

答:①气体对外做的功170J②此过程中水内能变化量2094J.

解析

解: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

由热力学第一定律知:△U=W+Q=-170+2264=2094J

答:①气体对外做的功170J②此过程中水内能变化量2094J.

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(选修模块3-3)

(1)如图1所示,一定质量的理想气体分别在温度T1和T2情形下做等温变化的p-V图象,则下列关于T1和T2大小的说法,正确的是______

A.T1大于T2 B.T1小于T2 C.T1等于T2 D.无法比较

(2)如图2甲所示,将封有一定质量空气的密闭塑料袋从海拔500m、气温为18℃的山脚下带到海拔3200m、气温为10℃的山顶上,情形如图2乙所示.图______(选填“甲”或“乙”)中袋中气体分子平均动能大.从甲图到乙图过程中,袋内气体减小的内能______(选填“大于”、“等于”或“小于”)气体放出的热量.

(3)如图3所示,IBM的科学家在铜表面将48个铁原子排成圆圈,形成半径为7.13nm的“原子围栏”,相邻铁原子间有间隙.估算原子平均间隙的大小.结果保留一位有效数字.已知铁的密度7.8×103kg/m3,摩尔质量是5.6×10-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1

正确答案

解:(1)根据一定质量的理想气体状态方程可知:

,由此可知T1>T2,故A正确,BCD错误.

故选A.                     

(2)将封有一定质量空气的密闭塑料袋从山底移动到山顶时,根据可知其体积增大,因此乙图中塑料袋是处于山顶的,温度是分子平均动能的标志,由于山顶温度低,因此分子平均动能小,山底的塑料袋中分子平均动能高于山顶的,即甲中气体分子平均动能大;从甲到乙过程中,温度降低,内能减小,体积增大,气体对外做功,由△U=E+Q可知,气体内能内能减小大于气体放出的热量.

故答案为:甲;大于.

(3)根据题意有:

一个铁原子的体积:

将铁原子看做球形,因此铁原子的直径为:

围栏中相邻铁原子的平均间隙:

解得:l=7×10-10m.

故原子平均间隙的大小:l=7×10-10m.

解析

解:(1)根据一定质量的理想气体状态方程可知:

,由此可知T1>T2,故A正确,BCD错误.

故选A.                     

(2)将封有一定质量空气的密闭塑料袋从山底移动到山顶时,根据可知其体积增大,因此乙图中塑料袋是处于山顶的,温度是分子平均动能的标志,由于山顶温度低,因此分子平均动能小,山底的塑料袋中分子平均动能高于山顶的,即甲中气体分子平均动能大;从甲到乙过程中,温度降低,内能减小,体积增大,气体对外做功,由△U=E+Q可知,气体内能内能减小大于气体放出的热量.

故答案为:甲;大于.

(3)根据题意有:

一个铁原子的体积:

将铁原子看做球形,因此铁原子的直径为:

围栏中相邻铁原子的平均间隙:

解得:l=7×10-10m.

故原子平均间隙的大小:l=7×10-10m.

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