- 热力学第一定律
- 共1851题
(2015•江苏模拟)水在1个标准大气压(p0=1×105Pa)下沸腾时,汽化热L=2264J/g,这时质量m=1g的水变为水蒸气,其体积由V1=1.043cm3变为V2=1676cm3,在该过程中水增加的内能是多少?
正确答案
解:在1 g水汽化的过程中吸收的热量:Q=mL=1×2264 J=2264 J
水气在1标准大气压下做等压膨胀,对外界所做的功:W=p0(V2-V1)=1×105×(1676-1.043)×10-6≈170 J
根据热力学第一定律,增加的内能:△U=Q+W=2264-170=2094 J.
答:该过程中水增加的内能是2094 J.
解析
解:在1 g水汽化的过程中吸收的热量:Q=mL=1×2264 J=2264 J
水气在1标准大气压下做等压膨胀,对外界所做的功:W=p0(V2-V1)=1×105×(1676-1.043)×10-6≈170 J
根据热力学第一定律,增加的内能:△U=Q+W=2264-170=2094 J.
答:该过程中水增加的内能是2094 J.
如图所示,圆柱形容器内用活塞封闭一定质量的理想气体,已知容器横截面积为S,活塞重为G,大气压强为P0.若活塞固定,封闭气体温度升高1℃,需吸收的热量为Q1;若活塞不固定,仍使封闭气体温度升高1℃,需吸收的热量为Q2.不计一切摩擦,在活塞可自由移动时,封闭气体温度升高1℃,活塞上升的高度h应为多少?
正确答案
解:活塞固定时,由热力学第一定律,气体增加的内能△U=Q1
活塞不固定时,外界对气体做功为W,则有:△U=Q2+W
对活塞由能量守恒定律得:Gh=W内-P0Sh
得:W=-W内=-(P0Sh+Gh)
则Q1=Q2+W=Q2-(P0Sh+Gh)
解得活塞上升的高度为:
答:活塞上升的高度h应为
解析
解:活塞固定时,由热力学第一定律,气体增加的内能△U=Q1
活塞不固定时,外界对气体做功为W,则有:△U=Q2+W
对活塞由能量守恒定律得:Gh=W内-P0Sh
得:W=-W内=-(P0Sh+Gh)
则Q1=Q2+W=Q2-(P0Sh+Gh)
解得活塞上升的高度为:
答:活塞上升的高度h应为
一定质量的气体,在被压缩的过程中外界对气体做功300J,但这一过程中气体的内能减少了300J,问气体在此过程中是吸热还是放热?吸收(或放出)多少热量?
正确答案
解:由题意知W=300 J△U=-300 J,根据热力学第一定律可得:
Q=△U-W=-300 J-300 J=-600 J
Q为负值表示气体放热,因此气体放出600J的热量
答:气体放热;放出的热量为600J.
解析
解:由题意知W=300 J△U=-300 J,根据热力学第一定律可得:
Q=△U-W=-300 J-300 J=-600 J
Q为负值表示气体放热,因此气体放出600J的热量
答:气体放热;放出的热量为600J.
(1)下列说法中正确的是______.
A.悬浮在液体中的微粒越大,在某一瞬间撞击它的液体分子数越多,布朗运动越明显
B.分子间的距离r增大,分子势能必增大
C.水的体积很难被压缩,这是分子间存在斥力的宏观表现
D.在液体表面任意一条线的两侧,相互之间的作用力是引力,它的作用效果是使液体表面绷紧
E.晶体一定是各向异性的,非晶体一定是各向同性的
F.饱和汽压就是液体液面上方气体的压强,且温度越高,饱和汽压越大
G.遵循热力学第一定律的物理过程,也必定遵循热力学第二定律
(2)如图所示,为测量大气压强的实验装置.将一定质量的气体密封在烧瓶内,烧瓶通过细玻璃管与注射器和装有水银的U形管连接,最初竖直放置的U形管两臂中的水银柱等高,烧瓶中气体体积为800ml;现用注射器缓慢向烧瓶中注入200ml的水,稳定后两臂中水银面的高度差为25cm,不计玻璃管中气体的体积,环境温度不变.求:
①大气压强P0(用“cmHg”做压强单位)
②此过程中外界对烧瓶内的气体______ (填“做正功”、“做负功”、“不做功”),气体将______(填“吸热”或“放热”).
正确答案
解:(1)A、颗粒越小,温度越高布朗运动越明显,颗粒越大越容易受力平衡,A错误;
B、若在平衡位置以内增大分子间距,斥力做正功,分子势能减小,B错误;
C、水的体积很难被压缩,这是分子间存在斥力的宏观表现,C正确;
D、在液体表面任意一条线的两侧,相互之间的作用力是引力,它的作用效果是使液体表面绷紧,D正确;
E、多晶体有的是各向同性的,E错误;
F、温度越高,液体越容易挥发,故饱和汽压随温度的升高而增大,F正确;
G、遵循热力学第一定律的物理过程,不一定遵循热力学第二定律,G错误;
故选:CDF
(2)①设大气压强为P0
初状态:P1=P0,V1=800ml
注入水后:P2=P0+P,V2=600ml
由玻意耳定律得:P1V1=P2V2
解得:P0=75cmHg
②由热力学第一定律知对气体做正功,温度恒定,内能不变,故对外放热.
答:大气压为75cmHg,做做功,放热.
解析
解:(1)A、颗粒越小,温度越高布朗运动越明显,颗粒越大越容易受力平衡,A错误;
B、若在平衡位置以内增大分子间距,斥力做正功,分子势能减小,B错误;
C、水的体积很难被压缩,这是分子间存在斥力的宏观表现,C正确;
D、在液体表面任意一条线的两侧,相互之间的作用力是引力,它的作用效果是使液体表面绷紧,D正确;
E、多晶体有的是各向同性的,E错误;
F、温度越高,液体越容易挥发,故饱和汽压随温度的升高而增大,F正确;
G、遵循热力学第一定律的物理过程,不一定遵循热力学第二定律,G错误;
故选:CDF
(2)①设大气压强为P0
初状态:P1=P0,V1=800ml
注入水后:P2=P0+P,V2=600ml
由玻意耳定律得:P1V1=P2V2
解得:P0=75cmHg
②由热力学第一定律知对气体做正功,温度恒定,内能不变,故对外放热.
答:大气压为75cmHg,做做功,放热.
(1)有下列说法:
A.气体吸收热量,其分子的平均动能就增大
B.尽管技术不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机却可以使温度降到-283℃
C.在完全失重的情况下,熔化的金属能够收缩成标准的球形
D.温度、压力、电磁作用等可以改变液晶的光学性质
其中正确的是______.
(2)若对一定质量的理想气体做1500J的功,可使其温度升高5℃.改用热传递的方式,使气体温度同样升高5℃,那么气体应吸收______J的热量.如果对该气体做了2000J的功,其温度升高了8℃,表明该过程中,气体还______(填“吸收”或“放出”)热量______ J.
正确答案
解:(1)A、气体吸收热量,温度不一定升高,分子平均动能不一定增大,故A错误;
B、尽管技术不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机不可以使温度降到-283℃,故B错误;
C、在完全失重的情况下,熔化的金属能够收缩成标准的球形,故C正确;
D、温度、压力、电磁作用等可以改变液晶的光学性质,故D正确;故选CD.
(2)做功与热传递在改变物体内能的效果上是等效的,对一定质量的理想气体做1500J的功,可使其温度升高5℃.
改用热传递的方式,使气体温度同样升高5℃,那么气体应吸收1500J的热量;
气体温度升高了8℃,其内能的该变量△U=×8℃=2400J,
由热力学第一定律可得:△U=W+Q,则Q=△U-W=2400J-2000J=400J,
则气体还要从外界吸收400J的热量.
故答案为:(1)CD;(2)1500;吸收;400.
解析
解:(1)A、气体吸收热量,温度不一定升高,分子平均动能不一定增大,故A错误;
B、尽管技术不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机不可以使温度降到-283℃,故B错误;
C、在完全失重的情况下,熔化的金属能够收缩成标准的球形,故C正确;
D、温度、压力、电磁作用等可以改变液晶的光学性质,故D正确;故选CD.
(2)做功与热传递在改变物体内能的效果上是等效的,对一定质量的理想气体做1500J的功,可使其温度升高5℃.
改用热传递的方式,使气体温度同样升高5℃,那么气体应吸收1500J的热量;
气体温度升高了8℃,其内能的该变量△U=×8℃=2400J,
由热力学第一定律可得:△U=W+Q,则Q=△U-W=2400J-2000J=400J,
则气体还要从外界吸收400J的热量.
故答案为:(1)CD;(2)1500;吸收;400.
汽车散热器等制冷设备常用水作冷却剂,这是利用了水的______性质;如果汽车散热器中装有10kg的水,在温度升高50℃的过程中,水吸收的热量是______J【已知C水=4.2×103J/(kg•℃)】
正确答案
解;(1)水的比热容最大,降低相同温度吸收热量多,所以利用了水的比热容较大的性质.
(2)Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×10kg×50℃=2.1×106J.
故答案为:比热容较大,2.1×106.
解析
解;(1)水的比热容最大,降低相同温度吸收热量多,所以利用了水的比热容较大的性质.
(2)Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×10kg×50℃=2.1×106J.
故答案为:比热容较大,2.1×106.
一位同学为了表演“轻功”,用打气筒给只相同气球充以相等质量的空气(可视为理想气体),然后将它们放置在水平木板上,再在气球的上方平放一块轻抚塑料板,如图所示,这位同学慢慢站上轻质塑料板中间位置的过程中,气球一直没有破裂,球内气体温度可视为不变.
(1)下列说法正确的是______
A.气球内气体的压强是由于气体重力而产生的
B.由于该同学压迫气球,球内气体分子间表现为斥力
C.气球内气体分子平均动能不变
D.气球内气体的体积是所有气体分子的体积之和
(2)表演过程中,对球内气体共做了4J的功,此过程中气球______(填“吸收”或“放出”)热量.若某气球突然爆炸,则该气球内的气体内能______(填“增加”或“减少”).
(3)一只气球内气体的体积为V,密度为ρ,平均摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,试用以上字母表示这个气球内气体的分子个数及分子间的平均距离.
正确答案
解:(1)A、密闭容器内的气体压强是大量气体分子频繁撞击器壁产生,故A错误.
B、该同学压迫气球,气体分子间距离仍然较大,气体分子间的作用力几乎为零.故B错误.
C、球内气体温度可视为不变.所以气球内气体分子平均动能不变,故C正确.
D、气体分子间空隙很大,所以气球内气体的体积远大于所有气体分子的体积之和,故D错误.
故选:C.
(2)表演过程中,球内气体温度可视为不变,说明球内气体内能不变,即△U=0,对球内气体共做了4J的功,即W=4J,所以此过程中Q=-4J,即气球放出的热量是4J,若某气球突然爆炸,气体对外做功,瞬间无热传递,则该气球内的气体内能减少,温度降低.
(3)一只气球内气体的体积为V,密度为ρ,平均摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,所以气体的摩尔数:n==
,
阿伏加德罗常数NA,所以这个气球内气体的分子个数:N=nNA=;
气体分子之间的距离:d=,解得:d=
;
故答案为:(1)C;(2)放出;减少;(3)气球内气体的分子个数为,分子间的平均距离为:
.
解析
解:(1)A、密闭容器内的气体压强是大量气体分子频繁撞击器壁产生,故A错误.
B、该同学压迫气球,气体分子间距离仍然较大,气体分子间的作用力几乎为零.故B错误.
C、球内气体温度可视为不变.所以气球内气体分子平均动能不变,故C正确.
D、气体分子间空隙很大,所以气球内气体的体积远大于所有气体分子的体积之和,故D错误.
故选:C.
(2)表演过程中,球内气体温度可视为不变,说明球内气体内能不变,即△U=0,对球内气体共做了4J的功,即W=4J,所以此过程中Q=-4J,即气球放出的热量是4J,若某气球突然爆炸,气体对外做功,瞬间无热传递,则该气球内的气体内能减少,温度降低.
(3)一只气球内气体的体积为V,密度为ρ,平均摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,所以气体的摩尔数:n==
,
阿伏加德罗常数NA,所以这个气球内气体的分子个数:N=nNA=;
气体分子之间的距离:d=,解得:d=
;
故答案为:(1)C;(2)放出;减少;(3)气球内气体的分子个数为,分子间的平均距离为:
.
“物理1-2”模块
(1)在给出的四个选项中,可能只有一个选项正确,也可能有多个选项正确,全部选对3分,选对但不全的得1分,有选错的得0分,下列说法正确的是______:
A.气体压强的大小跟气体分子的平均动能和气体分子的密集程度有关
B.物体的内能增加,其分子热运动的平均动能可能不变
C.β射线的本质上就是电子流,是由原子外层的电子发生电离而产生的
D.卢瑟福通过α粒子散射实验知道原子核是由质子和中子组成的
E.太阳能、风能、生物质能都是可再生能源
F.完全失重状态下熔化的金属能够收缩成球形
(2)某学校兴趣小组组织开展一次研究性学习活动,估算地球周围大气层空气的分子个数.他们通过网上搜索,查阅得到以下几个物理量的数据:地球半径R=6.4×106m,地球表面的重力加速度g=9.8m/s2,大气压强P0=1.0×105Pa,空气的摩尔质量M=2.9×10-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023/mol.根据以上数据能估算出地球周围大气层空气的分子个数,只需要估算出个数的数量级.
正确答案
解:(1)气体压强是由气体分子撞击器壁产生的,其的大小跟气体分子的平均动能和气体分子的密集程度有关,故A正确;
B、由热力学第一定律可知,可能是增加了分子势能而温度保持不变,故分子的平均动能保持不变,故B正确;
C、β射线的本质上就是电子流,但是它是由原子核发生衰变引起的,故C错误;
D、卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说,并没有使原子核分解从而研究原子核的内部,故D错误;
E、再生能源是指能重复再生利用的能源,故太阳能、风能、生物质能都是再生能源,故E正确;
F、地球表面的物体由于受重力而形成水滴状,而在太空完全失重状态下能收缩成球形,故F正确;
故选ABEF.
(2)大气层空气质量为m,即mg=P0×4πR2;
分子数N=;
代入数据:N=1×1044(个)
故分子个数的数量级为1044
解析
解:(1)气体压强是由气体分子撞击器壁产生的,其的大小跟气体分子的平均动能和气体分子的密集程度有关,故A正确;
B、由热力学第一定律可知,可能是增加了分子势能而温度保持不变,故分子的平均动能保持不变,故B正确;
C、β射线的本质上就是电子流,但是它是由原子核发生衰变引起的,故C错误;
D、卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说,并没有使原子核分解从而研究原子核的内部,故D错误;
E、再生能源是指能重复再生利用的能源,故太阳能、风能、生物质能都是再生能源,故E正确;
F、地球表面的物体由于受重力而形成水滴状,而在太空完全失重状态下能收缩成球形,故F正确;
故选ABEF.
(2)大气层空气质量为m,即mg=P0×4πR2;
分子数N=;
代入数据:N=1×1044(个)
故分子个数的数量级为1044
在将空气压缩装入气瓶的过程中,温度保持不变,外界做了24kJ的功.现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底,若在此过程中,瓶中空气的质量保持不变,且放出了5kJ的热量.在上述两个过程中,空气的内能共减小______ kJ,空气______(选填“吸收”或“放出”)的总热量为______kJ.
正确答案
解:将空气压缩装入气瓶的过程中,温度保持不变,即其内能不变,△U=0.
外界做了24kJ的功,即W=24J,根据热力学第一定律△U=Q+W得:Q=-W=-24kJ,即放出24kJ的热量.
潜入海底的过程中,空气不做功,W=0,根据热力学第一定律△U=Q+W可知:△U′=Q′=-5kJ,所以空气的内能共减小5kJ.
所以,放出的总热量是 Q总=Q+Q′=-24kJ-5kJ=-29kJ,即空气放出的总热量为29kJ.
故答案为:5,放出,29.
解析
解:将空气压缩装入气瓶的过程中,温度保持不变,即其内能不变,△U=0.
外界做了24kJ的功,即W=24J,根据热力学第一定律△U=Q+W得:Q=-W=-24kJ,即放出24kJ的热量.
潜入海底的过程中,空气不做功,W=0,根据热力学第一定律△U=Q+W可知:△U′=Q′=-5kJ,所以空气的内能共减小5kJ.
所以,放出的总热量是 Q总=Q+Q′=-24kJ-5kJ=-29kJ,即空气放出的总热量为29kJ.
故答案为:5,放出,29.
如图,一绝热容器被隔板K 隔开a、b两部分.已知a内有一定量的稀薄气体,b内为真空.抽开隔板K后,a内气体进入b,最终达到平衡状态.在此过程中气体对外界做功为______,气体压强______,温度______,内能______(后三空填“减少”、“不变”、“增大”).
正确答案
解:稀薄气体向真空扩散没有做功,W=0;
绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递,Q=0,W=0,则根据热力学第一定律得知内能不变;
根据玻意耳定律得知,气体体积增大,压强减小,气体的内能不变,则温度不变,
故答案为:0,变小,不变,不变
解析
解:稀薄气体向真空扩散没有做功,W=0;
绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递,Q=0,W=0,则根据热力学第一定律得知内能不变;
根据玻意耳定律得知,气体体积增大,压强减小,气体的内能不变,则温度不变,
故答案为:0,变小,不变,不变
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