- 能量的守恒与耗散
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[物理一选修3-4]在某一密闭容器内装有一定质量的理想气体(设此状态为甲),现设法降低气体的温度同时增大气体的压强,达到状态乙,则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、由气态方程=c得:V=
,温度降低,压强增大,则体积一定减小,气体密度变大,故A错误;
B、理想气体的温度降低,则其平均动能变小,故B正确,
C、一定质量的理想气体的内能只与温度有关,温度降低,内能一定减小,故C错误;
D、由热力学第一定律△U=Q+W,气体内能减少,则放出的热量一定多于外界对气体做的功,故D错误.
故选:B.
对于一定质量的气体,忽略分子间的相互作用力.当温度升高时( )
正确答案
解析
解;A、温度升高,分子的平均动能变大,忽略分子间的相互作用力,则不考虑分子势能,故内能变大,故A错误;
B、温度升高,分子的平均动能变大,故B正确;
C、D、根据热力学第一定律公式△U=Q+W,内能增加,可能是吸收热量,也有可能是外界对气体做功,故C错误,D错误;
故选B.
先把空的烧瓶放到冰箱冷冻,一小时后取出烧瓶,并迅速把一个气球紧密的套在瓶颈上,然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里,气球逐渐膨胀起来,如图所示.此时烧瓶里的气体( )
正确答案
解析
解:由于热水的温度较高,将烧瓶放进盛满热水的烧杯里,气球吸收了热水的热量,温度升高,内能增大,体积增大,逐渐膨胀起来对外做功.
故选:B.
前段时间,我国长江中下游地区出现了严重的旱灾,有些地方动用消防车给旱区人民送水.设某辆消防车停于水平地面上,在缓慢放水的过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子势能,则胎内气体( )
正确答案
解析
解:由于不计分子间势能,胎内气体的内能只跟温度有关,温度不变,则内能不变.
在缓慢放水过程中,胎内气体压强减小,体积增大,气体对外界做功,根据热力学第一定律可知,气体从外界吸热.故AB正确,CD错误.
故选AB.
(选修3-3)若鱼儿戏水时吐出的小气泡从湖中逐渐上升到湖面的过程中,小气泡的体积由V1=1cm3变成V2=1.2cm3,小气泡内的气体视为理想气体,且其中的气体质量不变,大气压强p0=1.0×105 Pa,湖水各处的温度相同且保持不变.
(1)求小气泡刚形成(体积为1cm3)时其内气体的压强p1.
(2)判断小气泡从湖中上升到湖面的过程中,小气泡内的气体是吸热还是放热,并简述原因.
正确答案
解析
解:(1)气泡上升过程中温度不变,由公式PV=衡量知,P1==
=1.2×105Pa(2)因为湖水的温度不变,所以U等于0,又因为气体的体积逐渐增大,所以对外做功,W为负值,所以Q为正值,即气体吸收热量,对外做功,内能不变.
答:气泡刚形成(体积为1cm3)时其内气体的压强为1.2×105Pa.
已知在大气的对流层离地面愈高,大气压强愈小,温度也愈低,现有一气球由地面向上缓慢升起,则大气压强与温度对此气球体积的影响是( )
正确答案
解析
解:若温度不变,大气压强减小时,内部气体压强不变,则气体将要膨胀,体积增大,故大气压强减小有助于气球体积增大.若压强不变,温度降低时,根据理想气体状态方程=c得知,气体的体积将要减小,故温度降低有助于气球体积减小.故ABC错误D正确.
故选:D.
一定质量的气体,其温度由T1升高到T2,在这个过程中( )
正确答案
解析
解:A、B由题知,气体的温度升高,则分子的平均动能一定增大,与体积如何变化无关.故AB错误.
C、如果气体的压强减小,温度升高,由气态方程=c知,体积一定增大,气体对外界做功.故C正确.
D、只要温度升高,分子的平均动能总会增加,与压强如何变化无关.故D正确.
故选CD
[物理-选修3-3)
(1)下列关于热学现象和热学规律的说法中,正确的是______
A.利用浅层海水和深层海水间的温度差造出一种热机,将海水的一部分内能转化为机械能,这在原理上是可行的
B.大量分子参与的宏观物理学过程都具有方向性
C.空调的制冷系统将室内的热量传给外界较高温度的空气,而不引起其他变化
D.热力学过程中不可避免地出现能量耗散现象,能量耗散不符合热力学第二定律
(2)如图: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过程为等容变化,B→C过程为等压变化.已知TA=TC=400K.
①求气体在状态B时的温度.
②说明A→B过程压强变化的微观原因.
③设A→B过程气体放出热量为Q1,B→C过程→气体吸收热量为Q2,比较Q1、Q2的大小并说明原因.
正确答案
解析
解:(1)A、根据能量转化与守恒以及热力学第二定律可知,用浅层海水和深层海水间的温度差造出一种热机,将海水的一部分内能转化为机械能,是可行的,故A正确;
B、根据热力学第二定律可知大量分子参与的宏观物理学过程都具有方向性,故B正确;
C、空调的制冷系统将室内的热量传给外界较高温度的空气,有第三者压缩机的参与,因此引起了其它变化,故C错误;
D、能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性,符合热力学第二定律,故D错误.
故选AB.
(2)①设气体在B状态时的温度为TB,由图可知:、
根据等压变化有:
带入数据得:TB=300K.
故气体在状态B时的温度:TB=300K.
②压强变化的微观原因为:气体体积不变,分子密集程度不变,温度变小,气体分子平均动能减小,导致气体压强减小.
③答案为:Q1<Q2,原因是:TA=TC,故A→B减小的内能与B→C增加的内能相同,而B→C过程气体对外做正功,A→B过程气体不做功,由热力学第一定律可知:Q1<Q2.
如图所示,气缸放置在水平地面上,缸内封闭一定质量的气体,活塞横截面积为S,外界大气压强为P0,气缸内电热丝热功率为P,测得通电时间t内活塞缓慢向左移动距离为h,气缸向外界放出热量为Q,不计活塞与气缸之间的摩擦,则在时间t内缸内气体内能的变化量为( )
正确答案
解析
解:根据热力学第一定律,有:△U=Q+W ①
根据题意可知气体体积膨胀对外做功为-p0Sh,外界对气体做功代数和为:W=Pt-p0Sh ②
因为放出热量,所以为-Q ③
联立①②③解得:△U=Pt-p0Sh-Q
故选D
(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
如图所示,一定质量的气体封闭在导热性能良好的金属气缸中,缓慢地推动活塞压缩气体.若分子间的相互作用忽略不计,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由题意,金属气缸导热性能良好,与外界进行热交换,气缸内气体的温度与环境温度保持相等,气体发生等温变化,则由pV=c分析得知,气体的压强一定增大.故A正确.
B、由上分析知,气体的温度不变,则气体分子的平均动能不变.故B错误.
C、D该气体是理想气体,其内能只与温度有关,故知气体的内能不变.外界对气体做功,根据热力学第一定律△U=Q+W得知,气体向外界放热.故CD错误.
故选A
下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体的温度升高,物体的分子平均动能一定增大;故A正确;
B、扩散是由于分子运动引起的;但布朗运动是固体小颗粒的运动,二者不是同一种运动;故B错误;
C、吸收了热量的物体,可能同时对外做功,内能可能减小;故C错误;
D、第二类永动机虽然不违反能量守恒定律,但是却违背了热力学第二定律,故它不可能制成;故D正确;
故选:A D
如图所示,a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态,图中ad平行于横坐标轴,ab的延长线过原点,dc平行于纵轴,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、从状态d到c,温度不变,气压减小,根据理想气体状态方程=C,体积增加;
体积增加说明对外做功,温度不变说明内能不变,根据热力学第一定律公式△U=W+Q,气体吸收热量,故A错误;
B、从状态c到b,气体的体积减小外界对气体做功,温度降低内能减小,根据热力学第一定律知气体放热,故B正确;
C、从状态a到d,气压不变,温度升高,根据理想气体状态方程=C,故体积增加;
温度升高说明内能增加,体积增加说明对外做功,根据热力学第一定律公式△U=W+Q,故气体吸收热量,故C正确;
D、从状态b到a,ad的延长线过原点,是等容变化;
温度升高说明内能增加,体积不变说明气体不做功,根据热力学第一定律公式△U=W+Q,气体吸收热量,故D正确;
故选:BCD
如图所示,带有活塞的气缸中,封闭一定质量的理想气体,将一个半导体热敏电阻R置于气缸中,热敏电阻R与容器外的电源E和电流表A组成闭合回路,气缸和活塞具有良好的绝热性能.若发现电流表A的读数增大时,以下判断正确的是( )
正确答案
解析
解:气体用活塞封闭,故气体的压强不变.电流表示数增大,则由闭合电路欧姆定律可知,电路中电阻R减小;根据半导体热敏电阻的性质可知,气缸内温度升高,内能增大,由气体状态方程=c可得,气体体积一定增大,气体对外界做功;
故选:BCD.
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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