热力学第一定律_章节学习

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题型：简答题

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简答题

如图是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J，则缸内气体的温度______（填“升高”或“降低”），内能______（填“增加”或“减少”）______J．

正确答案

解：由题意可知：W=800J，Q=-200J，

由热力学第一定律得：△U=W+Q=800J-200J=600J＞0，

气体内能增加，气体温度升高；

故答案为：升高；增加；600．

解析

解：由题意可知：W=800J，Q=-200J，

由热力学第一定律得：△U=W+Q=800J-200J=600J＞0，

气体内能增加，气体温度升高；

故答案为：升高；增加；600．

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题型：简答题

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简答题

如图所示，粗细均匀的U形玻璃管中装有水银，开口向上竖直放置A，B两侧管口等高．厚度不计且密闭性能良好的橡皮活塞（带有拉杆）原来静止在A管中的C处，在A管中封闭一定质量的气体，此时B管水银面比A管水银面髙出h=10cm，B管管口比水银面离出L1=10cm，A管中活塞下方空气柱长度L2=3.5cm，外界的大气压强为P0=75cmHg．现将活塞缓慢地往上提，直到A、B两管水银面相平为止．上述过程中封闭气体的温度保持不变．求：

①活塞在A管内向上运动的距离

②试判断封闭气体在上述过程中是吸热还是放热？并简述原因．

正确答案

解：①设玻璃管的横截面积为S，活塞向上提后，在A管内向上运动的距离为x，空气柱的长度L0，初态：P1=85cmHg V1=L2S

末态：P2=75cmHg V2=LS

由：P1V1=P2V2

代入数据的L≈3.97cm

由题意知B中水银面下降5cm，A中水银面上升5cm

由几何关系知：x=L+5-3.5≈5.47cm

②温度不变，内能不变，气体膨胀对外做功，由热力学第一定律得：

Q=△U-W故Q＞0，即气体吸热．

答：①活塞在A管内向上运动的距离5.47cm．

②封闭气体在上述过程中是吸热．

解析

解：①设玻璃管的横截面积为S，活塞向上提后，在A管内向上运动的距离为x，空气柱的长度L0，初态：P1=85cmHg V1=L2S

末态：P2=75cmHg V2=LS

由：P1V1=P2V2

代入数据的L≈3.97cm

由题意知B中水银面下降5cm，A中水银面上升5cm

由几何关系知：x=L+5-3.5≈5.47cm

②温度不变，内能不变，气体膨胀对外做功，由热力学第一定律得：

Q=△U-W故Q＞0，即气体吸热．

答：①活塞在A管内向上运动的距离5.47cm．

②封闭气体在上述过程中是吸热．

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题型：简答题

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简答题

如图所示的圆柱形容器内用活塞密封一定质量的气体，已知容器横截面积为S，活塞重为G，大气压强为P0．若活塞固定，密封气体温度升高1℃，需吸收的热量为Q1；若活塞不固定而能无摩擦滑动，仍使密封气体温度升高1℃，需吸收的热量为Q2．求在活塞可自由滑动时，密封气体温度升高l℃，活塞上升的高度h．

正确答案

解：活塞固定时，由热力学第一定律，气体增加的内能△U=Q1 活塞不固定时，外界对气体做功为，则

△U=2+2-（0+）

对活塞由能量守恒定律得内-0

所以，内-（0+）

解得活塞上升的高度h=

答：活塞上升的高度是

解析

解：活塞固定时，由热力学第一定律，气体增加的内能△U=Q1 活塞不固定时，外界对气体做功为，则

△U=2+2-（0+）

对活塞由能量守恒定律得内-0

所以，内-（0+）

解得活塞上升的高度h=

答：活塞上升的高度是

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题型：简答题

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简答题

一定质量的某种气体（分子间的相互作用力不能忽略），从外界吸收了3.8×105J的热量，同时气体对外做了5×105J的功，问：

（1）物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？

（2）气体分子势能是增加还是减少？为什么？

（3）气体分子的平均动能是增加还是减少？为什么？

正确答案

解：（1）气体从外界吸热为：Q=3.8×105J

气体对外做功：W=-5×105J

由热力学第一定律：△U=W+Q=（-5×105）+（3.8×105J）=-1.2×105J

△U为负，说明气体的内能减少了．所以，气体内能减少了1.2×105J．

（2）气体分子势能增加了

因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，所以气体分子势能增加了．

（3）气体分子的平均动能减少了

因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了

答：（1）物体的内能是减少了1.2×105J

（2）气体分子势能增加了

因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，所以气体分子势能增加了．

（3）气体分子的平均动能减少了

因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了

解析

解：（1）气体从外界吸热为：Q=3.8×105J

气体对外做功：W=-5×105J

由热力学第一定律：△U=W+Q=（-5×105）+（3.8×105J）=-1.2×105J

△U为负，说明气体的内能减少了．所以，气体内能减少了1.2×105J．

（2）气体分子势能增加了

因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，所以气体分子势能增加了．

（3）气体分子的平均动能减少了

因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了

答：（1）物体的内能是减少了1.2×105J

（2）气体分子势能增加了

因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，所以气体分子势能增加了．

（3）气体分子的平均动能减少了

因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了

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题型：简答题

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简答题

如图是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为22cm，现用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭的空气柱长度变为2cm，人对活塞做功l00J，大气压强为P0=1×105Pa，不计活塞的重力．问：

①若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大？

②若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20J，则气体的内能增加多少？（活塞的横截面积S=1cm2）

正确答案

解：①设压缩后气体的压强为P，活塞的横截面积为S，l0=22cm，l=2cm，V0=l0S，V=LS．缓慢压缩，气体温度不变，由玻意耳定律：

P0V0=pV

解得：p=1.1×106Pa

②大气压力对活塞做功 W1=p0S（l0-l）=2J，人做功W2=l00J，

由热力学第一定律：

△U=W1+W2+Q

将Q=-20J等代人，

解得：△U=82J

答：

①若用足够长的时间缓慢压缩，压缩后气体的压强为1.1×106Pa．

②若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20J，则气体的内能增加82J．

解析

解：①设压缩后气体的压强为P，活塞的横截面积为S，l0=22cm，l=2cm，V0=l0S，V=LS．缓慢压缩，气体温度不变，由玻意耳定律：

P0V0=pV

解得：p=1.1×106Pa

②大气压力对活塞做功 W1=p0S（l0-l）=2J，人做功W2=l00J，

由热力学第一定律：

△U=W1+W2+Q

将Q=-20J等代人，

解得：△U=82J

答：

①若用足够长的时间缓慢压缩，压缩后气体的压强为1.1×106Pa．

②若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20J，则气体的内能增加82J．

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正确答案

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正确答案

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