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

（选修模块3-3）

（1）如图为某人在旅游途中对同一密封的小包装食品拍摄的两张照片，甲图摄于海拔500m、气温为18℃的环境下，乙图摄于海拔3200m、气温为10℃环境下．下列说法中正确的是

A．甲图中小包内气体的压强小于乙图小包内气体的压强

B．甲图中小包内气体的压强大于乙图小包内气体的压强

C．甲图中小包内气体分子间的引力和斥力都比乙图中大

D．甲图中小包内气体分子的平均动能大于乙图中小包内气体分子的平均动能

（2）如图所示，气缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡，已知活塞距缸口0.2m，活塞面积10cm2，大气压强1.0×105Pa，物重50N，活塞质量及一切摩擦不计，缓慢升高环境温度，使活塞刚好升到缸口，封闭气体吸收了60J的热量．则气体对外做______J功，气体内能变化量为______J．

（3）一只气球内气体的体积为2L，密度为3kg/m3，平均摩尔质量为15g/mol，阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1，试估算这个气球内气体的分子个数．（保留两位有效数字）

正确答案

解：（1）A、由一定质量理想气体状态方程得：=，由于V1＜V2，T1＞T2，故P1＞P2，故A错误

B、由A项的解释知B正确

C、甲图与乙图相比可知，甲图中气体体积较小，故分子之间距离较小，分子之间的引力与斥力都较大，故C正确

D、温度是分子平均动能的标志，甲图气体温度较高，分子平均动能较大，故D正确

故选BCD

（2）设大气压为P0，活塞面积为S，活塞上升高度h，重物重力G，则在上升过程外界对气体做负功为：

W′=（G-P0S）h=-10J

所以，气体对外做功W=-W′=10J

有热力学第一定律得：△U=Q+W=60-10J=50J，故内能增加50J

（3）气球内气体质量 m=ρV…①

气体物质的量 n=…②

气体分子数 N=nNA…③

由①②③代入数据得：N=2.4×1023个

答：（1）BCD （2）10J 50J （3）2.4×1023个

解析

解：（1）A、由一定质量理想气体状态方程得：=，由于V1＜V2，T1＞T2，故P1＞P2，故A错误

B、由A项的解释知B正确

C、甲图与乙图相比可知，甲图中气体体积较小，故分子之间距离较小，分子之间的引力与斥力都较大，故C正确

D、温度是分子平均动能的标志，甲图气体温度较高，分子平均动能较大，故D正确

故选BCD

（2）设大气压为P0，活塞面积为S，活塞上升高度h，重物重力G，则在上升过程外界对气体做负功为：

W′=（G-P0S）h=-10J

所以，气体对外做功W=-W′=10J

有热力学第一定律得：△U=Q+W=60-10J=50J，故内能增加50J

（3）气球内气体质量 m=ρV…①

气体物质的量 n=…②

气体分子数 N=nNA…③

由①②③代入数据得：N=2.4×1023个

答：（1）BCD （2）10J 50J （3）2.4×1023个

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题型：简答题

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简答题

如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体，活塞与容器壁间能无摩擦滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d后再次平衡，问：

①外界空气的温度是多少？

②在此过程中的密闭气体的内能增加了多少？

正确答案

解：（1）取密闭气体为研究对象，活塞上升过程为等压变化，由盖-吕萨克定律有

得外界温度T===

（2）活塞上升的过程，密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功，所以外界对系统做的功W=-（mg+P0S）d

根据热力学第一定律得密闭气体增加的内能△U=Q+W=Q-（mg+P0S）d

答：①外界空气的温度是

②在此过程中的密闭气体的内能增加了Q-（mg+P0S）d

解析

解：（1）取密闭气体为研究对象，活塞上升过程为等压变化，由盖-吕萨克定律有

得外界温度T===

（2）活塞上升的过程，密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功，所以外界对系统做的功W=-（mg+P0S）d

根据热力学第一定律得密闭气体增加的内能△U=Q+W=Q-（mg+P0S）d

答：①外界空气的温度是

②在此过程中的密闭气体的内能增加了Q-（mg+P0S）d

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简答题

如图所示，活塞与汽缸间无摩擦、无漏气，在汽缸内活塞左边封闭一定质量的空气，压强与大气压P0相同．现让活塞自由移动，气体体积由V1增加到V2，其吸收的热量为Q，那么这一过程中气体对活塞______（选填“做正功”、“不做功”、“做负功，内能增加量△U=______．

正确答案

解：气体的体积增大，气体对活塞做正功．气体对活塞做功为：

W=P△V=P0（V2-V1）．

由热力学第一定律可知，内能增加量为：

△U=Q-W=Q-P0（V2-V1）．

故答案为：做正功，Q-P0（V2-V1）．

解析

解：气体的体积增大，气体对活塞做正功．气体对活塞做功为：

W=P△V=P0（V2-V1）．

由热力学第一定律可知，内能增加量为：

△U=Q-W=Q-P0（V2-V1）．

故答案为：做正功，Q-P0（V2-V1）．

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简答题

在针管中有一定质量的理想气体，当温度不变时，用力压活塞使气体的体积减小，则管内气体的内能______（填“变大”、不变或“变小”），这是因为：______．

正确答案

解：由于气体的温度不变，则内能不变．气体的体积减小，是压缩过程，外界对气体做功，且压缩气体做功等于气体放热，所以由热力学第一定律△U=Q+W知内能不变．

故答案为：不变；压缩气体做功等于气体放热．

解析

解：由于气体的温度不变，则内能不变．气体的体积减小，是压缩过程，外界对气体做功，且压缩气体做功等于气体放热，所以由热力学第一定律△U=Q+W知内能不变．

故答案为：不变；压缩气体做功等于气体放热．

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简答题

物理--物理3-3

某压力锅的结构如图所示．盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起．假定在压力阀被顶起时，停止加热．

（1）若此时锅内气体的体积为V，摩尔体积为V0，阿伏加德罗常数为NA，写出锅内气体分子数的估算表达式．

（2）假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功1J，并向外界释放了2J的热量．锅内原有气体的内能如何变化？变化了多少？

（3）已知大气压强P随海拔高度H的变化满足P=P0（1-αH），其中常数α＞0．结合气体定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅，当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同．

正确答案

解：（1）设锅内气体分子数为n，气体的摩尔数为

n=

（2）锅内气体对压力阀及外界做功1J，并向外界释放了2J的热量，

根据热力学第一定律得：△U=W+Q=-3 J

锅内气体内能减少，减少了3 J．

（3）由P=P0（1-αH）（其中α＞0）知，随着海拔高度的增加，大气压强减小．

由P1=P0+知，随着海拔高度的增加，阀门被顶起时锅内气体压强减小．

根据查理定律得：

可知阀门被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而降低．

答：（1）锅内气体分子数为．

（2）锅内气体内能减少，减少了3 J．

（3）可知阀门被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而降低．

解析

解：（1）设锅内气体分子数为n，气体的摩尔数为

n=

（2）锅内气体对压力阀及外界做功1J，并向外界释放了2J的热量，

根据热力学第一定律得：△U=W+Q=-3 J

锅内气体内能减少，减少了3 J．

（3）由P=P0（1-αH）（其中α＞0）知，随着海拔高度的增加，大气压强减小．

由P1=P0+知，随着海拔高度的增加，阀门被顶起时锅内气体压强减小．

根据查理定律得：

可知阀门被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而降低．

答：（1）锅内气体分子数为．

（2）锅内气体内能减少，减少了3 J．

（3）可知阀门被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而降低．

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正确答案

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