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题型:简答题
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简答题 · 12 分

如图所示,一定质量的理想气体从状态A 依次经过状态B、C 和D 后再回到状态A. 其中,和CD 为等温过程,BC 和DA 为绝热过程(气体与外界无热量交换). 这就是著名的“卡诺循环”。

(1)该循环过程中,下列说法正确的是            .

A.AB 过程中,外界对气体做功

B.BC 过程中,气体分子的平均动能增大

C.CD 过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多

D.DA 过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化

(2)该循环过程中,内能减小的过程是            (选填“A B”、“B C”、“C D”或“DA”). 若气体在AB 过程中吸收63 kJ 的热量,在CD 过程中放出38 kJ 的热量,则气体完成一次循环对外做的功为                kJ.

(3)若该循环过程中的气体为1 mol,气体在A 状态时的体积为10 L,在B 状态时压强为A状态时的. 求气体在B状态时单位体积内的分子数. ( 已知阿伏加德罗常数,计算结果保留一位有效数字)

正确答案

(1)C  

(2)B→C 25

(3)

解析

(1)A→B的过程,体积增大,气体对外做功,故A错;B→C的过程气体与外界无热量交换,而体积瞪大,对外做功,根据热力学第一定律,内能减小,温度降低,气体分子平均动能减小,故B错,C→D的过程等温变化,气体的体积减小,压强变大,根据气体压强的微观解释,故C对,D→A过程,绝热,气体体积减小,外界对全体做功,气体内能增加,温度升高,气体分子的速率分布将发生变化,故D错。

(2)根据(1)的分析可知B→C为内能减少的过程,由热力学第一定律△U=Q+W可知:W= Q-△U=20J

(3)等温过程PAVA=PBVB,单位体积的分子数,解得,代入数字得

知识点

物质是由大量分子组成的热力学第一定律气体分子运动的特点
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

(1)如图,内壁光滑.导热良好的气缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体。当环境温度升高时,缸内气体______________。(双选,填正确答案标号)

a.内能增加       

b.对外做功

c.压强增大       

d.分子间的引力和斥力都增大

(2)一种水平重物打捞方法的工作原理如图所示。将一质量.体积的重物捆绑在开口朝下的浮筒上。向浮筒内充入一定量的气体,开始时筒内液面到水面的距离,筒内气体体积。在拉力作用下浮筒缓慢上升,当筒内液面到水面的距离为时,拉力减为零,此时气体体积为,随后浮筒和重物自动上浮。求

已知大气压强,水的密度,重力加速度的大小。不计水温度变化,筒内气体质量不变且可视为理想气体,浮筒质量和筒壁厚度可忽略。

正确答案

(1)ab

(2)解:当F=0时,由平衡条件得

代入数据得

设筒内气体初态.末态的压强分别为P1.P2,由题意得

在此过程中筒内气体温度和质量不变,由玻意耳定律得

联立②③④⑤式,代入数据得

解析

略。

知识点

热力学第一定律理想气体的状态方程
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题型: 多选题
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多选题 · 6 分

关于一定量的气体,下列叙述正确的是

A气体吸收的热量可以完全转化为功

B气体体积增大时,其内能一定减少

C气体从外界吸收热量,其内能一定增加

D外界对气体做功,气体内能可能减少

正确答案

A,D

解析

根据热力学第二定律:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化。即气体吸收热量在引起了其他变化的情况下,可以完全转化为功,A对;内能的影响因素有气体的体积和温度,故气体体积增大时,由于温度变化情况未知,故内能不一定减少,B错;内能可以通过做功和热传递改变,气体从外界吸收热量,由于对外做功情况未知,故内能不一定增加,C错;同理外界对气体做功,由于热传递情况未知,故气体内能有可能减少,D对。

知识点

热力学第一定律热力学第二定律
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题型: 单选题
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单选题 · 4 分

图为某种椅子与其升降部分的结构示意图。M、N两筒间密闭了一定质量的气体,M可沿N的内壁上下滑动,设筒内气体不与外界发生热交换,在M向下滑动的过程中

A外界对气体做功,气体内能增大

B外界对气体做功,气体内能减小

C气体对外界做功,气体内能增大

D气体对外界做功,气体内能减小

正确答案

A

解析

筒内气体不与外界发生热交换,当气体体积变小时,则外界对气体做功,外界对气体做功使气体的内能增大。A正确。

知识点

热力学第一定律
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

(1)如题12A-1图所示,一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成,轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片,轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展而 “划水”,推动转轮转动。离开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是

A. 转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界能量

B. 转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身

C. 转动的叶片不断搅动热水,水温升高

D. 叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量

(2)如题12A-2图所示,内壁光滑的气缸水平放置。一定质量的理想气体被密封在气缸内,外界大气压强为P0。现对气缸缓慢加热,气体吸收热量Q后,体积由V1增大为V2。则在此过程中,气体分子平均动能_________(选增“增大”、“不变”或“减小”),气体内能变化了_____________。

(3)某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前,查阅数据手册得知:油酸的摩尔质量M=0.283kg·mol-1,密度ρ=0.895×103kg·m-3.若100滴油酸的体积为1ml,则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少?(取NA=6.02×1023mol-1.球的体积V与直径D的关系为,结果保留一位有效数字)

正确答案

(1)D

(1)增大;

(1)10m2

解析

(1)轻推转轮后,叶片开始转动,由能量守恒定律可知,叶片在热水中吸收的热量在空气中释放和使叶片在热水中的膨胀做功,所以叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量,D正确。

(2)由于对气缸缓慢加热,温度升高,气体分子平均动能增大;根据热力学第一定律,其中气体对外做功。气体内能变化

(3)一个油酸分子的体积,由球的体积与直径的关系得分子直径,最大面积,解得:S=10m2

知识点

热力学第一定律用油膜法估测分子的大小
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题型: 多选题
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多选题 · 6 分

图为某同学设计的喷水装置,内部装有2L水,上部密封1atm的空气0.5L,保持阀门关闭,再充入1atm的空气0.1L,设在所有过程中空气可看作理想气体,且温度不变,下列说法正确的有

A充气后,密封气体压强增加

B充气后,密封气体的分子平均动能增加

C打开阀门后,密封气体对外界做正功

D打开阀门后,不再充气也能把水喷光

正确答案

A,C

解析

A 由pv=nRT知 当v、T不变时,n增加 p增大故A对

B 物体的温度不变,分子的平均动能就不变,故B错

C 通过公式p1v1+p2v2=pv1计算出 封闭气体压强变为1.2atm大于外界压强故打开阀门后气体就会压水把水喷出,显然气体体对外界做正功,体积变大,压强变小,当封闭气体压强变小为与外界压强相等时候,再不喷水了,故D错

知识点

热力学第一定律理想气体的状态方程
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题型:简答题
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简答题 · 8 分

(1)下列关于热现象的描述正确的是(      )

a.根据热力学定律,热机的效率可以达到100%

b.做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的

c.温度是描述热运动的物理量,一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同

d.物体由大量分子组成,其单个分子的运动是无规则的,大量分子的运动也是无规律的

(2)我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超七千米,再创载人深潜新纪录。在某次深潜实验中,“蛟龙”号探测到990m深处的海水温度为280K。某同学利用该数据来研究气体状态随海水温度的变化,如图所示,导热性良好的气缸内封闭一定质量的气体,不计活塞的质量和摩擦,气缸所处海平面的温度To=300K,压强P0=1 atm,封闭气体的体积Vo=3m2。如果将该气缸下潜至990m深处,此过程中封闭气体可视为理想气体。

①求990m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10m深的海水产生的压强)。

②下潜过程中封闭气体___________(填“吸热”或“放热”),传递的热量__________(填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功。

正确答案

见解析。

解析

(1)c

(2)①当气缸下潜至990m时,设封闭气体的压强为p,温度为T,体积为V,由题意知   p=100atm                                

根据理想气体状态方程得               

代入数据得                         

②放热;大于。

知识点

热平衡定律热力学第一定律理想气体的状态方程
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

(1)某未密闭房间内的空气温度与室外的相同,现对该室内空气缓慢加热,当室内空气温度高于室外空气温度时

A.室内空气的压强比室外的小

B.室内空气分子的平均动能比室外的大

C.室内空气的密度比室外的大

D.室内空气对室外空气做了负功

(2)汽车未装载货物时,某个轮胎内气体的体积为V0,压强为P0;装载货物后,该轮胎内的压强增加了ΔP。若轮胎内气体视为理想气体,其质量、温度在装载货物前后均不变,求装载货物前后此轮胎内气体体积的变化量。

正确答案

(1)B

(2)

解析

(1)房间没有密闭,对房间内气体加热时,内外压强始终相等,但温度升高时,气体分子的平均动能变大,B项对,A项错,此时室内外空气密度应相等,C项错,室内气体膨胀对外做功,对室外气体做正功,D项错。

(2)对轮胎内气体进行研究:由于等温变化

则有p0V0=(p0+Δp)V′   所以

所以ΔV=V0-V′=

知识点

热力学第一定律理想气体的状态方程
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题型:简答题
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简答题 · 15 分

(1)一定量的理想气体从状态a开始,经历三个过程ab.bc.ca回到原状态,其P-T图像如图所示。下列判断正确的是          。

A,过程ab中气体一定吸热

B,过程bc中气体既不吸热也不放热

C,过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热

D,a.b.和c三个状态中,状态a分子的平均动能最小

E,b和c两个状态中,容器壁单位面积时间内受到气体分子撞击的次数不同

(2)一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形气缸内,气缸壁导热良好,活塞可沿气缸壁无摩擦地滑动。开始时气体压强为P,活塞下表面相对于气缸底部的高度为h,外界的温度为T。现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面,沙子倒完时,活塞下降了h/4.若此后外界温度变为T,求重新达到平衡后气体的体积。已知外界大气的压强始终保持不变,重力加速度大小为g。

正确答案

(1)   ADE       

(2)解:设气缸的横截面积为S,沙子倒在活塞上后,对气体产生的压强为p,由玻意耳定律得

             ①

解得

                            ②

外界的温度变为T后,设活塞距底面的高度为h'。根据盖一吕萨克定律,得

             ③

解得

h'=                   ④

根据题意可得

p=                     ⑤

气体最后的体积为

                      ⑥

联立②④⑤⑥式得

                   ⑦

解析


知识点

热力学第一定律理想气体的状态方程
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题型: 多选题
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多选题 · 6 分

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

A气体对外界做功,内能减少

B气体不做功,内能不变

C气体压强变小,温度降低

D气体压强变小,温度不变

正确答案

B,D

解析

解析:绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递,Q=0。稀薄气体向真空扩散没有做功,W=0。根据热力学第一定律稀薄气体的内能不变,则温度不变。稀薄气体扩散体积增大,压强必然减小。BD正确。

知识点

物体的内能 热量热力学第一定律
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