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

如图所示，弹簧一端固定于水平面上，另一端与质量为m的活塞拴接在一起，开口向下、质量为M的气缸与活塞一起封闭了一定质量的气体．气缸和活塞均可与外界进行热交换．若外界环境的温度缓慢降低，则封闭气体的体积将______（填“增大”、“减小”或“不变”），同时将______（填“吸热”、“放热”或“既不吸热，也不放热”）．

正确答案

解：对活塞进行受力分析，根据平衡条件得气体的压强不变，

根据理想气体状态方程，=恒量，压强不变，温度减小，所以体积逐渐减小；

外界对气缸系统做正功，由于外界温度逐渐降低，故气体会降温，所以气体内能减小，

根据热力学第一定律△U=W+Q，W＞0，△U＜0，所以Q＜0，即放热．

故答案为：减小，放热．

解析

解：对活塞进行受力分析，根据平衡条件得气体的压强不变，

根据理想气体状态方程，=恒量，压强不变，温度减小，所以体积逐渐减小；

外界对气缸系统做正功，由于外界温度逐渐降低，故气体会降温，所以气体内能减小，

根据热力学第一定律△U=W+Q，W＞0，△U＜0，所以Q＜0，即放热．

故答案为：减小，放热．

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题型：简答题

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简答题

（1）如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体．活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距H．现通过电热丝缓慢加热气体，活塞逐渐上升，活塞与缸壁间摩擦不计．下列说法正确的是______

A．上述过程气体做等压膨胀，温度升高

B．上述过程气体做绝热膨胀，温度升高

C．气体的吸收热量大于它对外做功，内能增加

D．气体吸收的热量等于它对外做功，内能不变

（2）在上小题中，已知该理想气体摩尔质量为μ，在加热之前该气体的密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，求容器内理想气体的分子数n和加热之前分子间的平均距离d（忽略电热丝体积大小）．

正确答案

解：（1）封闭气体发生等压膨胀，可根据盖•吕萨克定律列式知温度上升，内能增加，由热力学第一定律公式知，气体的吸收热量大于它对外做功．

故选：AC

（2）体积为V=HS的气体，质量为：M=ρV=ρHS…①

分子个数为：N=… ②

解①、②得：N=…③

设相邻的两个分子之间的平均距离为d，将分子视为球形，每个分子的体积为：V0==πd3

联立得：d=

答：气体分子数为，分子间距为

解析

解：（1）封闭气体发生等压膨胀，可根据盖•吕萨克定律列式知温度上升，内能增加，由热力学第一定律公式知，气体的吸收热量大于它对外做功．

故选：AC

（2）体积为V=HS的气体，质量为：M=ρV=ρHS…①

分子个数为：N=… ②

解①、②得：N=…③

设相邻的两个分子之间的平均距离为d，将分子视为球形，每个分子的体积为：V0==πd3

联立得：d=

答：气体分子数为，分子间距为

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题型：简答题

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简答题

如图所示，用横截面积为S的活塞在气缸内封闭一定质量的空气，活塞质量为m．在活塞上施加恒力F推动活塞，使气体体积减小．

（1）设上述过程中气体温度保持不变，则气缸内的气体压强______（选填“增大”、“减小”或“不变”），按照分子动理论从微观上解释，这是因为______．

（2）设上述过程中活塞下降的最大高度为△h，气体放出的热量为Q，外界大气压强为p0，试求此过程中被封闭气体内能的变化△U．

正确答案

解：（1）气体温度保持不变，体积减小，则气缸内的气体压强增大，按照分子动理论从微观上解释，这是因为体积减小分子的密度增大，单位时间内撞击单位面积的分子数增多．

（2）由热力学第一定律知外界对气体做的功为W=（F+mg+P0S）△h，被封闭气体内能的变化△U=（F+mg+P0S）△h-Q

故答案为：（1）增大，体积减小分子的密度增大，单位时间内撞击单位面积的分子数增多；（2）（F+mg+P0S）△h-Q

解析

解：（1）气体温度保持不变，体积减小，则气缸内的气体压强增大，按照分子动理论从微观上解释，这是因为体积减小分子的密度增大，单位时间内撞击单位面积的分子数增多．

（2）由热力学第一定律知外界对气体做的功为W=（F+mg+P0S）△h，被封闭气体内能的变化△U=（F+mg+P0S）△h-Q

故答案为：（1）增大，体积减小分子的密度增大，单位时间内撞击单位面积的分子数增多；（2）（F+mg+P0S）△h-Q

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题型：简答题

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简答题

如图所示，内壁光滑的气缸开口朝上竖直放置，一定质量的某种理想气体被活塞密封在气缸内．已知活塞的质量为m，横截面积为S，外界大气压强为P0，重力加速度为g．现对气缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，活塞上升的高度为h，则在此过程中，气体分子平均动能______（选填“增大”、“不变”或“减小”），气体内能变化______（用题中字母表示）

正确答案

解：现对气缸缓慢加热，温度升高，气体分子平均动能增大，

活塞缓慢上升，视为等压过程，

则气体对活塞做功 W=F△h=（mg+P0S）h

根据热力学定律△U=W+Q=Q-（mg+P0S）h

故答案为：增大、Q-（mg+P0S）h

解析

解：现对气缸缓慢加热，温度升高，气体分子平均动能增大，

活塞缓慢上升，视为等压过程，

则气体对活塞做功 W=F△h=（mg+P0S）h

根据热力学定律△U=W+Q=Q-（mg+P0S）h

故答案为：增大、Q-（mg+P0S）h

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题型：简答题

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简答题

如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，已知在此过程中，气体内能增加300J，则该过程中气体______（选填“吸收”或“放出”）热量为______ J．

正确答案

解：气体的体积变大，对外做功，W=F△X=PS△X=P△V=1.0×105×（4.0-2.0）×10-3=200J

对外做功，W为负值，根据热力学第一定律：△E=Q-W，

所以：Q=△E+W=500J．正号表示吸收热量．

故答案为：吸收，500

解析

解：气体的体积变大，对外做功，W=F△X=PS△X=P△V=1.0×105×（4.0-2.0）×10-3=200J

对外做功，W为负值，根据热力学第一定律：△E=Q-W，

所以：Q=△E+W=500J．正号表示吸收热量．

故答案为：吸收，500

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