- 热力学第一定律
- 共1851题
在导热的气缸内用质量不计的轻活塞，封闭一定质量的理想气体，活塞可沿气缸无摩擦地滑动，开始气缸开口向上竖直放置，活塞相对于底部的高度为h．现缓慢向活塞上加沙粒，活塞距缸底的距离减少h/4，外界大气的压强为P0，温度始终保持不变，活塞面积为s．求：
（1）最后缸内气体压强多大，所加沙粒的质量多大；
（2）从微观角度解释气体压强变化的原因；
（3）在此过程中缸内气体是吸热还是放热，为什么．
正确答案
（1）该过程是等温变化，开始气体的压强为p0，气体体积为v1=sh
加上沙子的质量为m，气体压强为p，气体体积为v2=
p0h=p（h-
加沙子后由平衡方程：P=P0+
由①式得P=
联立②③式解得：m=
（2）温度不变分子热运动的平均动能不变，体积减小，单位体积内的分子数增加，分子密集程度增大，气体压强变大．
（3）在此过程中外界对气体做正功，且内能不变，据热力学第一定律△U=W+Q知，气体放出热量．
答：（1）最后缸内气体压强多大，所加沙粒的质量是
（2）温度不变分子热运动的平均动能不变，体积减小，单位体积内的分子数增加，分子密集程度增大，气体压强变大．；
（3）在此过程中缸内气体是放热．
现代典型的燃煤发电厂，总效率一般为40%，有 一座大型燃煤发电厂，如果发出1.0 ×109 J 的电能，可供一座大城市使用，下图表示这座发电厂的能量流向．请回答：
(1)燃煤提供的能量应等于哪几项能量之和？
(2)图中烟囱废气所带走的能量没有标出，请你算出来，在图中补上．
(3)算出这座发电厂的总效率．
(4)根据图所示的电厂能量流向，你认为在哪些地方作些改进，可以提高发电厂的总效率？
正确答案
解：(1) 燃煤提供的能量等于进入涡轮机的能量和通过烟囱排出的能量之和．
(2) 根据(1) 中的解析可得通过烟囱废气所带走的能量
E =2.5×109J -2.2×109J =0.3×109J.
补在图上的部分（略）．
(3) 由能量流向图可知该发电厂发出的电能为1.0×109J．
消耗的总能量为2.5×109J ．
所以总效率
(4)从能量流向图中可以看出，该发电厂的损耗共达到了1.6×109J ，最主要的损耗是涡轮机的损耗，由冷凝器排出，所以这个地方应作为改造的重点，降低通过冷凝器时能量的消耗，以此提高涡轮机的效率，进而提高整个发电厂的效率，另外，也要尽可能降低另外一个途径的损耗，即通过烟囱废气带走的能量，对燃煤锅炉及其烟囱进行改造．
（1）下列说法中正确的是______________；
A．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，液体表面存在张力
B．扩散运动就是布朗运动
C．蔗糖受潮后会粘在一起，没有确定的几何形状，它是非晶体
D．对任何一类与热现象有关的宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述
（2）将1ml的纯油酸加到500ml的酒精中，待均匀溶解后，用滴管取1ml油酸酒精溶液，让其自然滴出，共200滴。现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为200cm2，则估算油酸分子的大小是______________m（保留一位有效数字）；
（3）如图所示，一直立的汽缸用一质量为m的活塞封闭一定量的理想气体，活塞横截面积为S，汽缸内壁光滑且缸壁是导热的，开始活塞被固定，打开固定螺栓K，活塞下落，经过足够长时间后，活塞停在B点，已知AB=h，大气压强为p0，重力加速度为g。
①求活塞停在B点时缸内封闭气体的压强；
②设周围环境温度保持不变，求整个过程中通过缸壁传递的热量Q（一定量理想气体的内能仅由温度决定）。
正确答案
（1）AD
（2）5×10-10
（3）①设封闭气体的压强为p，活塞受力平衡
解得
②由于气体的温度不变，则内能的变化
由能量守恒定律可得
空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了3.5×105J的功，同时空气的内能增加2.8×105J，问在这个过程中，空气向外界传递的热量是多少？
正确答案
由题：活塞对空气做了3.5×105J的功，W=3.5×105J．空气的内能增加了2.8×105J，△U=2.8×105J．
根据热力学第一定律△U=W+Q得
Q=△U-W=2.8×105J-3.5×105J=-7×103J＜0，即空气向外界传递的热量是7×103J．
答：空气向外界传递的热量是7×103J．
物理-选修-3-3
（1）下列说法正确的是
A．外界对气体做功，气体的内能一定增大
B．热量不可以自发地由低温物体传到高温物体
C．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性
D．单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大
（2）一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中A→B过程为等压变化，B→C过程为等容变化．已知VA=0.3m3，TA=TC=300K、TB=400K．
①求气体在状态B时的体积．
②说明B→C过程压强变化的微观原因
③设A→B过程气体吸收热量为Q1，B→C过程气体放出热量为Q2，比较Q1、Q2的大小说明原因．
正确答案
（1）A、如果外界对气体做功的同时，气体对外放出热量，气体内能不一定增大，故A错误；
B、由热力学第二定律可知，热量不可以自发地由低温物体传到高温物体，故B正确；
C、能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故C正确；
D、如果气体分子平均动能不变，单位体积的气体分子数增加，气体压强增大，如果气体分子平均动能减小，单位体积的气体分子数减少，则气体压强可能增大，可能不变，也可能减小，故D错误；
故选BC．
（2）①A→B过程为等压变化，由盖吕萨克定律可得：
②B→C过程为等容变化，温度降低，由查理定律可知，气体压强减小，这是因为在该过程中，气体体积不变，气体分子数密度不变，单位时间撞击器壁的分子数不变，而气体温度降低，气体分子平均动能减小，单位时间单位器壁上所受到的压力变小，气体压强变小．
③A→B过程为等压变化，气体温度升高，内能增大；气体体积变大，气体对外做功W，由热力学第一定律可知：
△UAB=Q1-W；B→C过程为等容变化，气体体积不变，气体对外不做功，△UBC=Q2；因为TA=TC，则△UAB=△UBC，
即Q1-W=Q2，则Q1＞Q2，
故答案为：（1）BC；（2）①气体在状态B时的体积为0.4m3；
②如上所述；③大于，原因：如上所述．
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