- 热力学定律
- 共114题
如图所示的焦耳测定热功当量的实验装置中，若重物P、P'的质量共为m=26.320kg，每次下落高度均为h=160.5cm，共下落n=20次，量热器及其中的水和其他物体的平均热容量为C=6 316cal/℃，实验中测得温度升高△t=0.31℃，试根据这些数据算出热功当量的值。
正确答案
解：由重物质量、下落高度和下落次数，可算出重物共做功多少；根据水的升温及量热器等物体的热容量可算出共吸热多少，由此即可推出热功当量。
重物下落n=20次共做功：W=n·mgh
量热器中的水及容器等温度升高△t需吸热：Q=C△t
根据热功当量的含义，得
用砂轮磨刀具时，刀具的温度升高，内能增加，这是以__________方式改变了刀具的内能；放入火炉中的铁块的温度升高，这是以__________方式增加了铁块的内能。这两种方式对改变内能是__________。
正确答案
做功，热传递，等效的
做功和热传递是两个不同的物理过程，但在改变物体内能上是等效的。从能的角度看做功的过程是________和________之间发生相互转化，热传递是________在物体间的转移。
正确答案
其他形式的能，内能，内能
在野外施工中，需要使质量m＝4.20kg的铝合金构件升温。除了保温瓶中尚存有温度t＝90.0℃的1.200kg的热水外，无其他热源。试提出一个操作方案，能利用这些热水使构件从温度t0=10℃升温到66.0℃以上（含66.0℃），并通过计算验证你的方案。已知铝合金的比热容c＝0.880×l03J·（Kg·℃）-1，水的比热容c0=4.20×103J·（Kg·℃）-1，不计向周围环境散失的热量。
正确答案
解：（1）操作方案：将保温瓶中t＝90.0℃的热水分若干次倒出来。第一次先倒出一部分，与温度为t0=10℃的构件充分接触，并达到热平衡，构件温度已升高到
（2）验证计算：例如，将1.200kg热水分5次倒出来，每次倒出
构件吸热为
由
同理，第二次倒出0.240kg热水后，可使构件升温到
依次计算出
可见
附：若将1.200kg热水分4次倒，每次倒出0.300kg，依次算出
由于
用钻头在铁块上钻孔时，注入20℃的水5kg，10min后水的温度上升到100℃，并有1kg的水变成了水蒸气，如果钻头的功率为10kW，则在钻头做功的过程中，有百分之多少的功变成了水和水蒸气的内能？[ 已知水的比热容c=4.2 ×103J/( kg ·℃) ，100℃时水的汽化热L=2.3 ×106 J/kg]
正确答案
解：根据功率的定义，钻头做的功为
W 总= Pt= 104×600 J =6×106J
水和水蒸气吸热，使其内能增加为
△U=cm△t+mL=4.2×103×5×(100 -20)J+1×2.3×106J =3. 98×106J
因此，转变成水和水蒸气的内能占钻头做功的百分比为
太阳向地球表面每平方米辐射光能的功率是1.4kW，今要用凹面镜制成的太阳灶烧水，并要使初温为20℃，质量为5kg的水在1 200s内沸腾，则太阳灶中凹面镜受光照面积的直径至少应该是多少？（设太阳灶的总效率为50%）
正确答案
解：设凹面镜的直径为d，在t=1 200s内太阳辐射到凹面镜的能量
根据能量守恒可知：50%E=cm△t
即1.3188×106d2×50%=4.2×103×5×(100-20)
解得d=1.6m
如图所示是制冷机的工作原理图，试分析每个过程中工作物质的内能改变情况和引起改变的物理过程：
(1)工作物质的内能__________，是__________的过程；
(2)工作物质的内能__________，是__________的过程；
(3)工作物质的内能__________，是__________的过程。
正确答案
(1)增加，做功
(2)减小，放热
(3)增加，吸热
如图所示为焦耳测定热功当量的实验装置，若重物P、P’的质量共为m=26.320kg，每次下落的高度均为h= 160.5cm ，共下落n=20次，量热器及其中的水和其他物体的平均热容量为C=6316 cal ／℃，实验中测得温度升高△t=0. 31 ℃．试根据这些数据算出热功当量的值．
正确答案
解：由重物的质量、下落高度和下落次数，可算出重物共做功多少；
根据水的升温及量热器等物体的热容量可算出共吸热多少．
由此即可推出热功当量．
重物下落n= 20次共做功W=n×mgh.
量热器中的水及容器等温度升高△t需吸热
Q= C△t.
根据热功当量的含义，
得
如图所示，一个活塞将绝热容器分成A、B两部分，用控制闩K固定活塞，保持A体积不变，给电热丝通电，则此过程中气体A的内能____________，温度____________；拔出控制闩K，活塞将向右移动压缩气体B，则气体B的内能____________。
正确答案
增加，升高，增加
某同学想要估测每秒钟太阳辐射到地球表面上的能量，他用一个横截面积S=3.2dm2的保温圆筒，内装有质量为m=0.4kg的水，让太阳光垂直照射t=3min，水升高的温度△t=2.2℃，已知水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)，地球半径为R=6 400km，试求出太阳向地球表面辐射能量的功率。
正确答案
解：太阳辐射到水中的能量Q=cm△t=4.2×103×0.4×2.2J=3.7×103J
太阳光在1s内垂直照射到1m2面积土的功率
太阳辐射到地球表面上能量的功率P'=P×πR2=6.4×102×3.14×(6 400×103)2 W=8.2×1016W
模块3-3试题
（1）有以下说法：
A．气体的温度越高，分子的平均动能越大
B．即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速度是非常小的
C．对物体做功不可能使物体的温度升高
D．如果气体分子间的相互作用力小到可以忽略不计，则气体的内能只与温度有关
E．一由不导热的器壁做成的容器，被不导热的隔板分成甲、乙两室．甲室中装有一定质量的温度为T的气体，乙室为真空，如图1所示．提起隔板，让甲室中的气体进入乙室，若甲室中气体的内能只与温度有关，则提起隔板后当气体重新达到平衡时，其温度仍为T
F．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作是不遵守热力学第二定律的．
G．对于一定量的气体，当其温度降低时，速度大的分子数目减少，速率小的分子数目增加
H．从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的
其中正确的是______．
（2）如图2，在大气中有一水平放置的固定圆筒，它由a、b和c三个粗细不同的部分连接而成的，各部分的横截面积分别为2S、
正确答案
A、温度是分子平均动能的宏观体现，温度越高，分子的平均动能越大．与分子的质量无关．所以A正确．
B、分子的平均动能是一个统计规律，并不是所有的分子的速度，所以温度高的物体也有大量的分子速度比较小，而温度低的物体也有大量的分子速度比较大．所以B也正确．
C、改变内能的两种方式是做功和热传递，所以C错误．
D、气体的内能除分子势能、分子平均动能有关外，还与气体的质量有关．对于气体分子间作用力可以忽略时，气体的内能只由温度和质量决定．分子越多，总的能量越大．所以D错误．
E、因为在去除隔板时，气体没有对外做功，能量不变．（没有受力物体，虽然有位移，但也不做功）．所以E正确．
F、所有的机器工作都要遵从热力学第一定律和第二定律，因为这时对外界产生了影响．所以F错误．
G、气体分子地速度指的是平均速度，温度越低，平均速度越低，速度大的分子数目减少，速度小的分子数目增加．所以G正确．
H、热力学第二定律有内容是不可能从单一热源吸收热量全部用来做功而对外界没有影响．所以可以从单一热源吸收热量全部用来对外界做功，但此时对外界产生了影响．所以H错误．
故选ABEG．
（2）设加热前，被密封气体的压强为p1，轻线的张力为f．因而活塞处在静止状态，对A活塞有2poS-2pS+f=0①
对B活塞有P1S-P0S-f=0②
由①②式得
p1=p0 ③
f=0 ④
即被密封气体的压强与大气压强相等，细线处在拉直的松驰状态．这时气体的体积V1=2Sl+Sl+Sl=4Sl⑤
对气体加热时，被密封气体温度缓慢升高，两活塞一起向左缓慢移动．气体体积增大，压强保持p1不变，若持续加热，此过程会一直持续到活塞向左移动的距离等于l为此，这时气体体积V2=4SL+SL=5SL⑥
设此时气体的温度为T2，由盖-吕萨克定律V2∝T2有
由③⑥⑦式得T2=
由此可知，当T≤T2=
p2=p0 ⑨
当T＞T2时，活塞已无法移动，被密封气体的体积保持V2不变，气体经历一等容升压过程．当气体的温度为T时，设其压强为p，由查理定律P∝T，即有
由⑧⑨⑩式得P=
即当T＞
即气体的压强可能为p0或
（1）如图，导热的气缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸中，气缸的内壁光滑。现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，由状态①变化到状态②，在此过程中：如果环境保持恒温，下列说法正确的是_____________。
A．每个气体分子的速率都不变
B．气体分子平均动能不变
C．水平外力F逐渐变大
D．气体内能减少
（2）如果环境保持恒温，分别用P、V、T表示该理想气体的压强、体积、温度。气体从状态①变化到状态②，此过程可用下列图象表示的是_____________。
A．
B．
C．
D．
正确答案
（1）BC
（2）AD
某同学想要估测每秒钟太阳辐射到地球表面上的能量，他用一个横截面积S=3.2dm2的保温圆筒，内装有质量为m=0.4kg的水，让太阳光垂直照射t=3min，水升高的温度△t=4.4℃。已知水的比热容c=4.2×103J/( kg·℃)，地球半径为R=6 400km，试求出太阳向地球表面辐射能量的功率。
正确答案
解：太阳以热辐射的方式向地球表面传递热量，根据公式Q=cm△t先求出单位时间辐射到地球表面单位面积上的功率，再求总功率
太阳辐射到水中的能量Q=cm△t=4.2×103×0.4×4.4J=7 392J
太阳光在1s内垂直照射到1m2面积上的功率
太阳辐射到地球表面上能量的功率P'=P×πR2=1.28×103×3.14×(6 400×103)2 W=1.65×1017W
如图所示，钢瓶内装有高压氧气。打开阀门氧气迅速从瓶口喷出，当内外气压相等时立即关闭阀门，此时瓶内氧气的温度_____________（填“与外界温度相同”、“比外界温度高”或“比外界温度低”）。过一段时间后再打开阀门，可能发生的现象是_____________填“有氧气继续逸出”或“有空气进入瓶内”。
正确答案
比外界温度低，有氧气继续逸出
王晓宇同学家在楼顶上安装了太阳能热水器。该热水器的聚热面积约为1.5m2，若每天相当于太阳直射的时间约为4h，设太阳单位时间垂直辐射到地面单位面积的能量为E0=7×103J/(m2·s)。太阳能的20%转化为水的内能，计算这个热水器最多能使200kg的水温度升至多少度？[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，设水温的初始值为20℃]
正确答案
解：每天接收的太阳能为Q=StE0而20%·Q=cm△t
代入数据可求得△t=36℃
所以水温可升高到56℃
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