- 熵增加原理
- 共215题
(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
[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)
一只花瓶从某一高处自由落下,落到地面上摔碎的过程中熵将怎样变化?试分析说明.
正确答案
解:一只花瓶从某一高处自由落下,随着花瓶的下落,其速度增加(忽略空气阻力),动能也增加.但是能量的这种增加不改变花瓶的熵.如果“咔嗒”一声,花瓶到达地面摔碎了,并且停在那里,这个现象的能量转换又该如何分析?有人说,这是一个与热现象无关的典型力学问题,即通过碰撞花瓶把动能(及内部的一部分结合能)传给地面,使其增加了能量,结论自然不错,但似乎没有说明能量的最终去向.其实坠落的花瓶被摔碎本身是个不可逆过程,而不可逆过程也必然与热现象有关.花瓶因重力做功而获得的动能Ek通过与地面及附近的空气分子碰撞,最终把能量耗散到房间里的大量原子上去了,这一能量耗散增加了房间里空气分子无规则运动的能量(无序程度增加).从而增加了房间里的熵,熵的增加将与房间得到的大小为Q=△Ek=Mgh的热量相同.我们可以得出结论:当房间达到平衡分布后,房间里的熵的增加量为△S= Mgh/T(因为△S= Q/T).
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