- 热力学第一定律
- 共1851题
一定质量的非理想气体（分子间的作用力不可忽略），从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，则气体的内能改变了多少？气体的分子平均动能是增加还是减少？
正确答案
解析：（1）因气体从外界吸收热量，所以
Q=4.2×105J，
气体对外做功6×105J，则外界对气体做功
W=-6×105J，
由热力学第一定律△U=W+Q，得
△U=-6×105J+4.2×105J=-1.8×105J，
所以物体内能减少了1.8×105J．
（2）因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了． 所以分子的平均动能减少；
答：（1）内能减小了1.8×105J；（2）分子平均动能减少．
解析
解析：（1）因气体从外界吸收热量，所以
Q=4.2×105J，
气体对外做功6×105J，则外界对气体做功
W=-6×105J，
由热力学第一定律△U=W+Q，得
△U=-6×105J+4.2×105J=-1.8×105J，
所以物体内能减少了1.8×105J．
（2）因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了． 所以分子的平均动能减少；
答：（1）内能减小了1.8×105J；（2）分子平均动能减少．
（1）关于热学现象和规律，下列说法中正确的是______．（填写选项前的字母）
A．布朗运动就是液体分子的热运动
B．达到热平衡的两个物体具有相同的热量
C．第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律
D．水不容易被压缩说明分子间存在分子力
（2）如图所示的气缸中封闭着一定质量的理想气体，一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接，活塞和气缸都导热，活塞与气缸间无摩擦，原先重物和活塞均处于平衡状态，因温度下降使气缸中气体做等压变化，下列说法正确的是______．（填写选项前的字母）
A．重物上升，气体放出热量
B．重物上升，气体吸收热量
C．重物下降，气体放出热量
D．重物下降，气体吸收热量．
正确答案
解：（1）A、布朗运动是固体小颗粒的运动，不是液体分子的运动，故A错误；
B、达到热平衡的两个物体具有相同的温度，达到热平衡的两个物体所具有的内能不一定相等，故B错误；
C、第二类永动机违反了热力学第二定律，故C错误；
D、由于水分子间存在相互作用的斥力，所以水不容压缩，故D正确，
故选D．
（2）气缸内气体压强不变，根据理想气体状态方程可知：温度降低，因此体积将减小，一定质量理想气体的内能由温度决定，温度降低，其内能减小，根据△U=W+Q可知，体积减小，外界对气体做功，因此将放出热量，故BCD错误，A正确．故选A．
故答案为：（1）D；（2）A．
解析
解：（1）A、布朗运动是固体小颗粒的运动，不是液体分子的运动，故A错误；
B、达到热平衡的两个物体具有相同的温度，达到热平衡的两个物体所具有的内能不一定相等，故B错误；
C、第二类永动机违反了热力学第二定律，故C错误；
D、由于水分子间存在相互作用的斥力，所以水不容压缩，故D正确，
故选D．
（2）气缸内气体压强不变，根据理想气体状态方程可知：温度降低，因此体积将减小，一定质量理想气体的内能由温度决定，温度降低，其内能减小，根据△U=W+Q可知，体积减小，外界对气体做功，因此将放出热量，故BCD错误，A正确．故选A．
故答案为：（1）D；（2）A．
①所放重物的质量；
②在此过程中被封闭气体与外界交换的热量．
正确答案
解：①气体初始状态时：P0=1×105Pa
气体末状态时：
由等温变化规律可知：P0HS=P2hS
解得：m=2kg
②外界对气体做功：W=（P0s+mg）（H-h）
由热力学第一定律可知：△U=W+Q
解得：Q=-6J
则：整个过程中封闭气体放出的热量为6．
答：①活塞上的重物质量为2kg；②整个过程中被封闭气体与外界交换的热量大小为6J．
解析
解：①气体初始状态时：P0=1×105Pa
气体末状态时：
由等温变化规律可知：P0HS=P2hS
解得：m=2kg
②外界对气体做功：W=（P0s+mg）（H-h）
由热力学第一定律可知：△U=W+Q
解得：Q=-6J
则：整个过程中封闭气体放出的热量为6．
答：①活塞上的重物质量为2kg；②整个过程中被封闭气体与外界交换的热量大小为6J．
设正常情况下一个人1min呼吸16次，每次吸入p0=1atm的净化空气500mL．一个空气袋能装p=10atm的净化空气的体积为V=20L．假定这些空气可以全部被吸掉，人在呼吸空气时，空气温度不变．
（1）试估算一个人24h需要吸这样的新鲜空气的袋数（结果保留整数）．
（2）假设新鲜空气在压缩至空气袋中的过程中，温度保持不变，则在压缩过程中新鲜空气的内能如何变化？此过程“吸热”还是“放热”？
正确答案
解：①设一个人24h吸入1atm的新鲜的体积为V0，则：
V0=（16×60×24）×500ml=1.152×106mL=1.152×103L；
设一袋压缩新鲜空气可转化为P0=1atm的空气体积为V′．由玻意耳定律得：
PV=P0V′
设一个人24h需要吸这样的新鲜空气的袋数为n，则n=
联立解得：n=58袋；
（2）压缩过程中外界对气体做功，而新鲜空气的内能不变，故此过程应放热；
答：（1）应吸58袋；（2）放热．
解析
解：①设一个人24h吸入1atm的新鲜的体积为V0，则：
V0=（16×60×24）×500ml=1.152×106mL=1.152×103L；
设一袋压缩新鲜空气可转化为P0=1atm的空气体积为V′．由玻意耳定律得：
PV=P0V′
设一个人24h需要吸这样的新鲜空气的袋数为n，则n=
联立解得：n=58袋；
（2）压缩过程中外界对气体做功，而新鲜空气的内能不变，故此过程应放热；
答：（1）应吸58袋；（2）放热．
（1）如图所示，一导热性能良好的金属气缸静放在水平面上，活塞与气缸壁间的摩擦不计．气缸内封闭了一定质量的理想气体．现缓慢地向活塞上倒一定质量的沙土，忽略环境温度的变化，在此过程中______
A．气体的内能增大
B．气缸内分子平均动能增大
C．气缸内气体分子密度增大
D．单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多
（2）下列说法中正确的是______
A．布朗运动是分子永不停息无规则运动的反映
B．气体分子间距离减小时，分子间同时存在的斥力减小，引力也减小
C．导热性能各向同性的固体，一定不是单晶体
D．毛细现象表现为：浸润细管的液体在细管中上升、不浸润细管的液体在细管中下降
（3）地面上放一开口向上的气缸，用一质量为m=0.8kg的活塞封闭一定质量的气体，不计一切摩擦，外界大气压为P0=1.0×105Pa，活塞截面积为S=4cm2，重力加速度g取10m/s2，则活塞静止时，气体的压强为______Pa；若用力向下推活塞而压缩气体，对气体做功为6×105J，同时气体通过气缸向外传热4.2×105J，则气体内能将______（填“增加”“减少”）______J．
正确答案
解：
（1）A、金属气缸导热性能良好，由于热交换，气缸内封闭气体温度与环境温度相同，向活塞上倒一定质量的沙土时气体等温度压缩，温度不变，气体的内能不变．故A错误．
B、温度不变，则气缸内分子平均动能保持不变．故B错误．
C、气缸内封闭气体被压缩，体积减小，而质量不变，则气缸内气体分子密度增大．故C正确．
D、温度不变，气体分子的平均动能不变，平均速率不变，等温压缩时，根据玻意耳定律得知，压强增大，则单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多．故D正确．
故选CD
（2）A、布朗运动是悬浮是液体中微粒做的无规则的运动，是由于液体分子撞击造成，所以朗运动是液体分子永不停息无规则运动的反映．故A正确．
B、气体分子间距离减小时，分子间同时存在的斥力和引力都增大．故B错误．
C、导热性能各向同性的固体，也有可能是单晶体．故C错误
D、浸润细管的液体在细管中上升、不浸润细管的液体在细管中下降是由于表面张力产生的毛细现象．故D正确．
故选AD
（3）以活塞为研究对象，根据平衡条件得
P0S+mg=PS
得到P=P0+
代入解得P=1.2×105Pa；
由题W=6×105J，Q=-4.2×105J，则由热力学第一定律得到气体内能的变化△U=W+Q=1.8×105J，即内能增加了1.8×105J．
故答案为：（1）CD；（2）AD；（3）1.2×105；增加；1.8×105．
解析
解：
（1）A、金属气缸导热性能良好，由于热交换，气缸内封闭气体温度与环境温度相同，向活塞上倒一定质量的沙土时气体等温度压缩，温度不变，气体的内能不变．故A错误．
B、温度不变，则气缸内分子平均动能保持不变．故B错误．
C、气缸内封闭气体被压缩，体积减小，而质量不变，则气缸内气体分子密度增大．故C正确．
D、温度不变，气体分子的平均动能不变，平均速率不变，等温压缩时，根据玻意耳定律得知，压强增大，则单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多．故D正确．
故选CD
（2）A、布朗运动是悬浮是液体中微粒做的无规则的运动，是由于液体分子撞击造成，所以朗运动是液体分子永不停息无规则运动的反映．故A正确．
B、气体分子间距离减小时，分子间同时存在的斥力和引力都增大．故B错误．
C、导热性能各向同性的固体，也有可能是单晶体．故C错误
D、浸润细管的液体在细管中上升、不浸润细管的液体在细管中下降是由于表面张力产生的毛细现象．故D正确．
故选AD
（3）以活塞为研究对象，根据平衡条件得
P0S+mg=PS
得到P=P0+
代入解得P=1.2×105Pa；
由题W=6×105J，Q=-4.2×105J，则由热力学第一定律得到气体内能的变化△U=W+Q=1.8×105J，即内能增加了1.8×105J．
故答案为：（1）CD；（2）AD；（3）1.2×105；增加；1.8×105．
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