- 有序、无序和熵
- 共288题
两个容积相等的容器,分别盛有两种不同的理想气体,它们的温度、压强都相同,则它们的
正确答案
AC
P、V、T相同,气体摩尔数相同,分子数相同,A对.气体摩尔质量不同,气体的质量不同,B错.内能和T摩尔数有关,故内能相同,C对.平均速率和T、摩尔质量有关,T相同,摩尔质量不同,平均速率不同,D错
对于气体分子热运动服从统计规律的正确理解是:( )
正确答案
AD
统计规律是对大量偶然事件而言的整体规律,对于少量的个别的偶然事件是没有意义的,个别的、少量的气体分子的运动规律是不可预知的,对于大量的气体分子的运动呈现出“中间多,两头少”的统计规律,所以正确答案为AD。
在图中,一个封闭的盒子内有两块隔板, 把盒子隔成了三个容器,每个容器内有2 个球,球上各有一个字,每个容器中球上的字恰好组成一个词(从左向右念).摇动盒子,球在容器内的左右位置可以变换.
(1) 图中6 个球同时排列成三个词的概率是多少?
(2)取去其中一块隔板,摇动盒子,6个球能同时排列成三个词的概率又是多少?
(3)把两块隔板全部取去,摇动盒子,6个球能同时排列成 三个词的概率又是多少?
(4)在这个封闭的系统(盒子)内,取消隔板让小球在系统内自发、充分地运动,其无序性是增大了还是减小了?
正确答案
解:(1)图中6个球总共有8种不同的排列,所以同时排列成三个词的概率为
(2)若取去右边的隔板,右边4个球能组成“合作、创造”“创造、合作”“合造、创作”“创作、合造”共4种排列,而总共的排列数为种,所以此时能排列成三个词的概率为
若取去左边的隔板,左边4个球能组成“自主、合作”“合作、自主”共2种排列,而总共的排列数为48种,此时的概率为
(3)若将两块隔板同时取去,6个球能分别组成三个词,分别为“自主、合作、创造”“自主、合造、创作”“自创、合造、作主”“自造、合作、主创”,每组的排列数为6种,而6个球总共的排列数为种= 720种,所以6个球能同时排列成三个词的概率为
(4)取消隔板后让小球在系统内自发、充分地运动,其无序性增大了,即熵增加了.
(两个温度不同的物体接触时,热量会自发地从高温物体传向低温物体,直到两者温度相等;一个温度处处相等的物体,不可能自发地变得一部分温度高,另一部分温度低.这一事实说明,一切自然过程总是沿着分子热运动的______的方向进行的.
正确答案
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的,任何自然过程一定总是沿着熵增加的方向进行的,即切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行的.
故答案为:无序性增大.
热力学第二定律的开尔文表述指出:内能与机械能的转化具有方向性,请结合熵的变化加以解释.
正确答案
解:机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化,物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动定律所反映的因果关系,这是一种有序的运动.热运动是大量分子的无规则运动,系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态,这是一种无序的运动,机械运动向热运动的转化,属于从有序向无序的转化,会导致熵的增加,符合热力学的规律,因此机械能可以全部转化为内能,反之,热运动向机械运动的转化,属于从无序向有序的转化,即从高熵向低熵转化,不符合熵增加原理,因此内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化.
(10分)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(可视为理想气体),通过压力传感器可感知管中的空气压力,从而控制进水量.若进水前细管内空气的体积为,压强为
,当洗衣缸内水位缓慢升高(假设细管内空气温度不变),被封闭空气的压强变为
时(
>1).求:细管内进水的体积.
正确答案
试题分析:设细管的进水后气体体积为,则由玻意耳定律得
(6分)
解得 (2分)
所以进水的体积为 (2分)
某学习小组做了如下实验:先把空的烧瓶放入冰箱冷冻,取出烧瓶,并迅速把一个气球紧套在烧瓶颈上,封闭了一部分气体,然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里,气体逐渐膨胀起来,如图所示。
(1)在气球膨胀过程中,下列说法正确的是________。
A.该密闭气体分子间的作用力增大
B.该密闭气体组成的系统熵增加
C.该密闭气体的压强是由于气体重力而产生的
D.该密闭气体的体积是所有气体分子的体积之和
(2)若将该密闭气体视为理想气体,气球逐渐膨胀起来的过程中,气体对外做了0.6 J的功,同时吸收了0.9 J的热量,则该气体内能变化了________J;若气球在膨胀过程中迅速脱离瓶颈,则该气球内气体的温度________(填“升高”或“降低”)。
正确答案
(1)B
(2)0.3;降低
1679年法国物理学家帕平发明了高压锅.现在高压锅在我国被广泛使用.高压锅与普通铝锅不同,锅盖通过几个牙齿似的锅齿与锅体镶嵌旋紧,加上锅盖与锅体之间有橡皮制的密封圈,所以锅盖与锅体之间不会漏气.在锅盖中间有一排气孔,上面再套上类似砝码的限压阀,将排气孔堵住.当加热高压锅,锅内气体压强增大到一定程度时,气体就把限压阀顶起来,这时蒸气就从排气孔向外喷出.由于高压锅内的压强大,温度高,所以食物容易煮烂.若已知某高压锅的限压阀质量为0.1 kg,排气孔直径为0.3 cm,则锅内气体的压强最大可达______________.设压强每增加3.6×103 Pa,水的沸点相应增加1 ℃,则锅内的最高温度可达______________.(大气压p0=1.0×105 Pa,取g="10" m/s2)
正确答案
2.4×105 Pa 1.4×102 ℃
取限压阀为研究对象,受力情况如图.
由平衡条件可得:
pS=p0S+mg
所以p=p0+
=1.0×105 Pa+
Pa=2.4×105 Pa
超过这个压强p,限压阀被顶起向外排气,故p为锅内最大压强.
水的沸点增加的温度
Δt=℃=
℃="39" ℃
所以锅内的最高温度t="100" ℃+Δt="139" ℃
[物理——选修3-3] (15分)
(1)(5分)以下说法中正确的是
E.物体吸收热量同时对外做功,内能一定不变
(2)(10分)如图所示,在水平面上固定一个气缸,缸内由质量为的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞与缸壁间无摩擦且无漏气,活塞到气缸底距离为
,今有一质量也为
的重物自活塞上方
高处自由下落到活塞上并立即以碰前速度的
与活塞一起向下运动,向下运动过程中活塞可达到的最大速度为
,求从活塞开始向下移动到达到最大速度的过程中活塞对封闭气体做的功。(被封闭气体温度不变,外界大气压强为
)
正确答案
(1)AD
(2)
(2)重物自由下落:(1分)
碰后速度为(1分)
以封闭气体为对象,有p1SL0= p2S(L0-ΔL)(2分)
初态对活塞:p1S-mg-p0S=0(1分)
最大速度对活塞与重物:p2S -p0S-2mg=0(1分)
对活塞和重物为对象,由动能定理,从碰撞后到最大速度,有:
(2分)
解得:(1分)
所以:活塞对气体做功为(1分)
如图(1)所示,圆柱形气缸的上部有小挡板,可以阻止活塞滑离气缸,气缸内部的高度为d,质量不计的薄活塞将一定质量的气体封闭在气缸内。开始时活塞离底部高度为,温度为t1=27℃,外界大气压强为p0=1.0×l05Pa,现对气体缓缓加热。求:
(1)气体温度升高到t2=127℃时,活塞离底部的高度;
(2)气体温度升高到t3=387℃时,缸内气体的压强;
(3)在图(2)中画出气体从27℃升高到387℃过程的压强和温度的关系图线。
正确答案
(1);(2)1.467×105Pa;(3)见解析。
(10分)(1)假设气体温度达到tc时,活塞恰好移动到挡板处,气体做等压变化,设气缸横截面积为S,由盖·吕萨克定律得到:,即
(1分)
解出tc==177℃ (1分)
因为t2小于tc,所以温度升高到127℃前,气体做等压变化,设活塞离底部的高度为h,
由盖·吕萨克定律得到:,即
(1分)
解出h= (1分)
(2)当气体温度高于tc后,活塞受到挡板的阻碍,气体体积不再发生变化,(1分)
由查理定律得到:,即
, (1分)
解得 (1分)
(3)三个状态的描点正确 (t1=27℃,p1=1×l05Pa;tc=177℃,pc=1×l05Pa;t3=387℃,p3=1.467×l05Pa)
(1分)
两段均为直线(未用直尺画的不得分) (1分)
标明过程(没有箭号不得分) (1分)
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