- 热力学第一定律
- 共1851题
如图所示,一圆柱形气缸水平放置,一侧开口与外界相连,外界大气压强
.用横截面积S=1×10-2m2的活塞密封一定质量的气体,最初封闭气体长度d=0.1m.现对气体缓慢加热,当气体吸收300J的热量时,封闭气体的长度增加为2d.气体可视为理想气体.活塞与缸壁间的摩擦不计.则在此过程中,是______(选填“气体对外界做功”或“外界对气体做功”),对应做功的大小为______J;气体的内能______(选填“增加”或“减小”)了______J.
正确答案
解:活塞缓慢右移,视为等压过程,
则气体对活塞做功 W=F△x=p0Sd=100J
根据热力学定律得:
△U=W+Q=-100+300=200J
故答案为:气体对外界做功 100 增加 200
解析
解:活塞缓慢右移,视为等压过程,
则气体对活塞做功 W=F△x=p0Sd=100J
根据热力学定律得:
△U=W+Q=-100+300=200J
故答案为:气体对外界做功 100 增加 200
(模块3-3)
(1)下列说法正确的是______
A.只要外界对气体做功,气体内能一定增大
B.物体由气态变成液态的过程,分子势能减小
C.当分子间距离增大时,分子间引力增大,而分子间斥力减小
D.液体表面层的分子比液体内部的分子有更大的分子势能
(2)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”).
(3)某种油的密度为ρ,摩尔质量为M.取体积为V的油慢慢滴出,可滴n滴.将其中一滴滴在广阔水面上,形成面积为S的单分子油膜.试估算:①阿伏加德罗常数;②其中一滴油滴含有的分子数.
正确答案
解:(1)A、外界对气体做功,气体内能不一定增大,还要看吸放热情况.故A错误.
B.物体由气态变成液态的过程,温度不变,分子的平均动能不变,放出热量,根据热力学第一定律得知,分子势能减小.故B正确.
C.当分子间距离增大时,分子间引力同时减小.故C错误.
D.液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离,分子表现为引力,分子势能随着分子距离的增大而增大,所以液体表面层的分子有更大的分子势能.故D正确.
故选BD
(2)由力学知识分析得到,封闭气体的压强不变,外界环境的温度缓慢降低,封闭气体的温度也缓慢降低,根据盖•吕萨克定律分析得知,封闭气体体积减小.此过程,外界对气体做功,内能减小,根据热力学第一定律得到,气体将放热.
(3)①油分子的直径为:
1摩尔油的体积为:
所以阿伏加德罗常数为:
②一滴油含有的分子数为:
故答案为:
(2)BD
(2)减小;放热
(3)①阿伏加德罗常数为;②一滴油含有的分子数为
.
解析
解:(1)A、外界对气体做功,气体内能不一定增大,还要看吸放热情况.故A错误.
B.物体由气态变成液态的过程,温度不变,分子的平均动能不变,放出热量,根据热力学第一定律得知,分子势能减小.故B正确.
C.当分子间距离增大时,分子间引力同时减小.故C错误.
D.液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离,分子表现为引力,分子势能随着分子距离的增大而增大,所以液体表面层的分子有更大的分子势能.故D正确.
故选BD
(2)由力学知识分析得到,封闭气体的压强不变,外界环境的温度缓慢降低,封闭气体的温度也缓慢降低,根据盖•吕萨克定律分析得知,封闭气体体积减小.此过程,外界对气体做功,内能减小,根据热力学第一定律得到,气体将放热.
(3)①油分子的直径为:
1摩尔油的体积为:
所以阿伏加德罗常数为:
②一滴油含有的分子数为:
故答案为:
(2)BD
(2)减小;放热
(3)①阿伏加德罗常数为;②一滴油含有的分子数为
.
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,活塞与容器壁间可以无摩擦滑动,活塞的面积为S.现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.在气体从外界吸收热量Q的过程中,活塞缓慢上升d后再次平衡.则在此过程中密闭气体的内能增加了多少?
正确答案
解: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,所以外界对系统做为:
W=-(mg+P0S)d
根据热力学第一定律得密闭气体增加的内能为:
△U=Q+W=Q-(mg+P0S)d
答:在此过程中的密闭气体的内能增加了Q-(mg+P0S)d.
解析
解: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,所以外界对系统做为:
W=-(mg+P0S)d
根据热力学第一定律得密闭气体增加的内能为:
△U=Q+W=Q-(mg+P0S)d
答:在此过程中的密闭气体的内能增加了Q-(mg+P0S)d.
(1)一定质量的理想气体经历如图1所示的一系列过程ab、bc、cd和da这四段过程在p-T图上都是直线段,其中ab的延长线通过坐标原点,bc垂直于ab,而cd平行于ab,由图可以判
断______
A.ab过程中气体体积不断减小
B.bc过程中气体体积不断减小
C.cd过程中气体体积不断增大
D.da过程中气体体积不断增大
(2)一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量,同时对外做了6×105J的功,问:
①物体的内能是增加了还是减少了,变化量是多少?
②分子势能是增加还是减少?
③分子的平均动能是增加还是减小?
(3)在做“用油膜法估测分子的大小”实验中,油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL.用注射器量得1mL上述溶液中有液滴50滴.把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,待水面稳定后,将玻璃板放在坐标纸上,其形状如图2所示,坐标中正方形小方格的边长为20mm.求:
①油酸膜的面积是多少?
②每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少?
③根据上述数据,估测出油酸分子的直径是多少?
正确答案
解:(1)A、由理想气体状态方程整理得:p=,在P--T图象中b到a过程斜率不变,即气体的体积不变,故A错误;
B、由理想气体状态方程整理得:p=,可以判断图象上的各点与坐标原点连线的斜率即为
,故BC正确;
D、da过程中,od,oa两线的斜率减小,气体的体积变大,所以D正确.
故选BCD
(2)①气体从外界吸热:Q=4.2×105J
气体对外做功:W=-6×105J
由热力学第一定律:△U=W+Q=-1.8×105J
△U为负,说明气体的内能减少了1.8×105J
②因为气体对外做功,所以气体体积膨胀分子间距增大分子力做负功,气体分子势能增加了.
③气体的内能减少,所以其分子的平均动能一定减少.
(3)①每个完整方格面积S1=4cm2,数出油膜面积约占56个完整方格(超过半个方格的进为一个方格,不足半个方格的舍去),故其面积为:
S=56S1=224cm2=2.24×10-2m2
②每一滴油酸溶液中含油酸体积
V=mL=1.2×10-5mL=1.2×10-11m3.
③将油膜看成单层油酸分子紧密排列而成,则油膜厚度即等于其分子直径,即
d=cm=5.4×10-8cm=5.4×10-10m.
故答案为:(1)BCD;
(2)①减少1.8×105J
②因为气体对外做功,所以气体体积膨胀分子间距增大分子力做负功,气体分子势能增加了.
③气体内能减少,气体分子势能增加,说明气体分子的平均动能一定减少了.
(3)①2.4×10-2m2
②1.2×10-11m3
③5×10-10m.
解析
解:(1)A、由理想气体状态方程整理得:p=,在P--T图象中b到a过程斜率不变,即气体的体积不变,故A错误;
B、由理想气体状态方程整理得:p=,可以判断图象上的各点与坐标原点连线的斜率即为
,故BC正确;
D、da过程中,od,oa两线的斜率减小,气体的体积变大,所以D正确.
故选BCD
(2)①气体从外界吸热:Q=4.2×105J
气体对外做功:W=-6×105J
由热力学第一定律:△U=W+Q=-1.8×105J
△U为负,说明气体的内能减少了1.8×105J
②因为气体对外做功,所以气体体积膨胀分子间距增大分子力做负功,气体分子势能增加了.
③气体的内能减少,所以其分子的平均动能一定减少.
(3)①每个完整方格面积S1=4cm2,数出油膜面积约占56个完整方格(超过半个方格的进为一个方格,不足半个方格的舍去),故其面积为:
S=56S1=224cm2=2.24×10-2m2
②每一滴油酸溶液中含油酸体积
V=mL=1.2×10-5mL=1.2×10-11m3.
③将油膜看成单层油酸分子紧密排列而成,则油膜厚度即等于其分子直径,即
d=cm=5.4×10-8cm=5.4×10-10m.
故答案为:(1)BCD;
(2)①减少1.8×105J
②因为气体对外做功,所以气体体积膨胀分子间距增大分子力做负功,气体分子势能增加了.
③气体内能减少,气体分子势能增加,说明气体分子的平均动能一定减少了.
(3)①2.4×10-2m2
②1.2×10-11m3
③5×10-10m.
(1)以下说法正确的是______ (填入选项前面的英文代号,全对的得6分,漏选一个扣1分,错选一个扣1分,全选不得分)
A.分子的热运动是指物体内部分子的无规则运动
B.碎玻璃不能拼在一起,是由于分子间存在着斥力
C.物体做加速运动时速度越来越大,物体内分子的平均动能也越来越大
D.液晶既有液体的流动性,又具有光学各向异性
E.在轮胎爆裂这一短暂过程中,气体膨胀,温度下降
F.在完全失重的情况下,熔化的金属能够收缩成标准的球形
(2)如图是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置,封闭有一定质量的 理想气体,若用力缓慢向下推动活塞,使活塞向下移一段距离,不计活塞与气缸内壁间的摩擦,环境温度保持不变.由此可以判断,被封闭气体的内能______(填不变或改变),体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律可知,气体______热(填吸或放).
正确答案
解:(1)A、分子的热运动是指物体内部分子的无规则运动,A正确;
B、碎玻璃不能拼在一起,是由于分子力是短程力,B错误;
C、平均动能由温度决定,与机械运动的速度无关,C错误;
D、液晶既有液体的流动性,又具有光学各向异性D正确;
E、在轮胎爆裂这一短暂过程中,气体膨胀,温度下降,E正确;
F、在完全失重的情况下,在液体表面张力的作用下,熔化的金属能够收缩成标准的球形,F正确;
故选ADEF
(2)理想气体的内能由温度决定,环境温度保持不变.由此可以判断,被封闭气体的内能 不变,体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律可知,气体放热
故答案为(1)ADEF.(2)不变;放.
解析
解:(1)A、分子的热运动是指物体内部分子的无规则运动,A正确;
B、碎玻璃不能拼在一起,是由于分子力是短程力,B错误;
C、平均动能由温度决定,与机械运动的速度无关,C错误;
D、液晶既有液体的流动性,又具有光学各向异性D正确;
E、在轮胎爆裂这一短暂过程中,气体膨胀,温度下降,E正确;
F、在完全失重的情况下,在液体表面张力的作用下,熔化的金属能够收缩成标准的球形,F正确;
故选ADEF
(2)理想气体的内能由温度决定,环境温度保持不变.由此可以判断,被封闭气体的内能 不变,体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律可知,气体放热
故答案为(1)ADEF.(2)不变;放.
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