- 热力学第一定律
- 共1851题
【选修3-3选做题】
喷雾器内有10L水,上部封闭有l atm的空气2L。关闭喷雾阀门,用打气筒向喷雾器内再充入1 atm的空气3L(设外界环境温度一定,空气可看作理想气体)。
(1)当水面上方气体温度与外界温度相等时,求气体压强,并从微观上解释气体压强变化的原因。
(2)打开喷雾阀门,喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀,此过程气体是吸热还是放热?简要说明理由。
正确答案
解:(1)设气体初态压强为P1,体积为V1;末态压强为P2,体积为V2
由玻意耳定律P1V1=P2V2 ①
代入数据得P2=2.5 atm ②
微观解释:温度不变,分子平均动能不变,单位体积内分子数增加,所以压强增加
(2)吸热。气体对外做功而内能不变,根据热力学第一定律可知气体吸热
内壁光滑的导热汽缸竖直放在盛有冰水混合物的水中,用活塞封闭压强为1.0×105Pa,体积为2.0×10-3 m3的理想气体,现在活塞上缓慢倒上沙子,使封闭气体的体积变为原来的一半。求
(1)此时气缸内气体的压强;
(2)在上述过程中外界对气体做功145J,封闭气体吸热还是放热,热量是多少?
正确答案
解:(1)由玻意耳定律
得
(2)因温度不变
由热力学第一定律
,放出热量145J
【选修3-3选做题】
内壁光滑的导热汽缸竖直浸入在盛有冰水混合物的水槽中,用不计质量的活塞封闭压强为1.0×105 Pa,体积为2.0×10-3 m3的理想气体,现在活塞上缓慢倒上沙子,使封闭气体的体积变为原来的一半。求:
(1)气缸内气体的压强;
(2)若封闭气体的内能仅与温度有关,在上述过程中外界对气体做功145 J,封闭气体吸收还是放出热量?热量是多少?
正确答案
解:(1)等温过程,由玻意耳定律得
(2)温度不变,则内能不变,即△U=0
由△U=W+Q得Q=-W=-145 J
即气体放出145 J的热量
气体温度计结构如图所示。玻璃测温泡A内充有理想气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连。开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14 cm,后将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出O点h2=44 cm(已知外界大气压为1个标准大气压,1标准大气压相当于76 cmHg)。
(1)求恒温槽的温度。
(2)此过程A内气体内能____(填“增大”或“减小”),气体不对外做功,气体将____(填“吸热”或“放热”)。
正确答案
解:(1)设恒温槽的温度为T2,由题意知T1=273 K,A内气体发生等容变化,根据查理定律得:
P1=P0+Ph1
P2=P0+Ph2
联立解得:T2=364 K(或91℃)
(2)增大,吸热
【选修3-3选做题】
如图所示,竖直放置的圆筒形注射器,活塞上端接有气压表,能够方便测出所封闭理想气体的压强.开始时,活塞处于静止状态,此时气体体积为30cm3,气压表读数为1.l×105Pa.若用力向下推动活塞,使活塞缓慢向下移动一段距离,稳定后气压表读数为2.2×105Pa.不计活塞与气缸内壁间的摩擦,环境温度保持不变
(1)简要说明活塞移动过程中,被封闭气体的吸放热情况;
(2)求活塞稳定后气体的体积.
正确答案
解:(1)理想气体温度不变,内能不变,体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律知,气体放热
(2)根据玻意耳定律:
活塞移动后气体的体积为:
(选修3-3选做题)
一定质量的理想气体由状态经状态变为状态,其中过程为等压变化,
过程为等容变化。已知=0.3m3,==300K、=400K。
(1)求气体在状态时的体积;
(2)说明过程压强变化的微观原因;
(3)设过程气体吸收热量为1,
过程气体放出热量为2,比较1、2的大小说明原因。
正确答案
解:(1)设气体在B状态时的体积为VB
由盖-吕萨克定律得,
代入数据得
(2)微观原因:气体体积不变,分子密集程度不变,温度变小,气体分子平均动能减小,导致气体压强减小
(3)大于
;因为A=C,故
增加的内能与
减小的内能相同,而
过程气体对外做正功,
过程气体不做功,由热力学第一定律可知
大于
一定质量的理想气体,由初始状态开始,按图中箭头所示的方向进行了一系列状态变化,最后又回到初始状态,即→→→→(其中、与纵轴平行,、与横轴平行),这一过程称为一个循环,则
(1)由→,气体分子的平均动能________(填“增大”“减少”或“不变”)。
(2)由→,气体的内能______(填“增大”“减少”或“不变”)。
(3)由→,气体________热量(填“吸收”或“放出”)。
(4)已知气体在状态时的温度为300 K,求气体在该循环过程中的最高温度为多少。
正确答案
解:(1)增大;(2)减少;(3)放出
(4)由图像可知气体在状态时的温度最高,即max=,由等压变化规律可知:
得:=900 K,所以max=900 K
一定质量的理想气体由状态经状态变为状态,其中→过程为等压变化,→过程为等容变化。已知=0.3m3,==300K,=400K。
(1)求气体在状态时的体积;
(2)说明→过程压强变化的微观原因;
(3)设→过程气体吸收热量为1,→过程气体放出热量为2,比较1、2的大小并说明原因。
正确答案
解:(1)→过程为等压变化,有=
,得=
=0.4m3
(2)→过程为等容变化,分子的密集程度不变,温度降低,气体分子运动的平均动能减小,单位时间与器壁单位面积的碰撞次数减少,分子对器壁的冲击力减小,则气体的压强减小。
(3)→,气体体积增大,温度升高,则1>△1,气体对外做功,<0,由热力学第一定律有△1=+1→,气体体积不变,=0,由热力学第一定律得
△2=-2气体内能为状态量,仅由温度决定,因=,则
△1=-△2,所以1>2
【选修3-3选做题】
如图所示,一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再由B变化到C。已知状态A的温度为300K。
(1)求气体在状态B的温度;
(2)由状态B变化到状态C的过程中,气体是吸热还是放热?简要说明理由。
正确答案
解:(1)由理想气体的状态方程
得气体在状态B的温度
(2)由状态B→C,气体做等容变化,由查理定律得:
故气体由B到C为等容变化,不做功,但温度降低,内能减小。根据热力学第一定律,,可知气体要放热
封闭在气缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D,其体积V与热力学温度关T系如图所示,该气体的摩尔质量为M,状态A的体积为V0,温度为T0,O、A、D三点在同一直线上,阿伏伽德罗常数为NA。
(1)由状态A变到状态D过程中
[ ]
A.气体从外界吸收热量,内能增加
B.气体体积增大,单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少
C.气体温度升高,每个气体分子的动能都会增大
D.气体的密度不变
(2)在上述过程中,气体对外做功为5J,内能增加9J,则气体____________(选“吸收”或“放出”)热量____________J。
(3)在状态D,该气体的密度为ρ,体积为2V0,则状态D的温度为多少?该气体的分子数为多少?
正确答案
(1)AB
(2)吸收,14
(3)AD,由状态方程
,得
分子数
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