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熱力學第一定律在氣體中的應用21世紀教育網(wǎng) 對一定質(zhì)量的理想氣體(除碰撞外忽略分子間的相互作用力.因此沒有分子勢能).熱力學第一定律ΔU=Q+W中:⑴ΔU僅由溫度決定.升溫時為正.降溫時為負,⑵W僅由體積決定.壓縮時為正.膨脹時為負,⑶Q由ΔU和W共同決定,⑷在絕熱情況下Q=0.因此有ΔU= W.21世紀教育網(wǎng) 21世紀教育網(wǎng) 例題分析21世紀教育網(wǎng) 例1:豎直平面內(nèi)有右圖所示的均勻玻璃管.內(nèi)用兩段水銀柱封閉兩段空氣柱a.b.各段水銀柱高度如圖所示.大氣壓為p0.求空氣柱a.b的壓強各多大?21世紀教育網(wǎng) 解:從開口端開始計算:右端為大氣壓p0.同種液體同一水平面上的壓強相同.所以b氣柱的壓強為pb= p0+ρg.而a氣柱的壓強為pa= pb-ρgh3= p0+ρg.21世紀教育網(wǎng) 此類題求氣體壓強的原則就是從開口端算起.沿著液柱在豎直方向上.向下加ρgh.向上減ρgh即可.21世紀教育網(wǎng) 21世紀教育網(wǎng) 例2:右圖中兩個氣缸的質(zhì)量均為M.內(nèi)部橫截面積均為S.兩個活塞的質(zhì)量均為m.左邊的氣缸靜止在水平面上.右邊的活塞和氣缸豎直懸掛在天花板下.兩個氣缸內(nèi)分別封閉有一定質(zhì)量的空氣A.B.大氣壓為p0.求封閉氣體A.B的壓強各多大?21世紀教育網(wǎng) 解:求氣體壓強要以跟氣體接觸的物體為對象進行受力分析.在本題中.可取的研究對象有活塞和氣缸.兩種情況下活塞和氣缸的受力情況的復雜程度是不同的:第一種情況下.活塞受重力.大氣壓力和封閉氣體壓力三個力作用.而且只有氣體壓力是未知的,氣缸受重力.大氣壓力.封閉氣體壓力和地面支持力四個力.地面支持力和氣體壓力都是未知的.要求地面壓力還得以整體為對象才能得出.因此應選活塞為對象求pA.同理第二種情況下應以氣缸為對象求pB.得出的結(jié)論是:21世紀教育網(wǎng) 21世紀教育網(wǎng) 例3:右圖中氣缸靜止在水平面上.缸內(nèi)用活塞封閉一定質(zhì)量的空氣.活塞的的質(zhì)量為m.橫截面積為S.下表面與水平方向成θ角.若大氣壓為p0.求封閉氣體的壓強p21世紀教育網(wǎng) 解:以活塞為對象進行受力分析.關(guān)鍵是氣體對活塞的壓力方向應該垂直與活塞下表面而向斜上方.與豎直方向成θ角.接觸面積也不是S而是S1=S/cosθ.因此豎直方向受力平衡方程為:pS1cosθ=mg+p0S.得p=p0+mg/S.結(jié)論跟θ角的大小無關(guān).21世紀教育網(wǎng) 21世紀教育網(wǎng) 例4如圖所示.大小不同的兩個氣缸A.B固定在水平面上.缸內(nèi)的橫截面積分別為SA和SB且SA=3SB.兩缸內(nèi)各有一個活塞.在兩個氣缸內(nèi)分別封閉一定質(zhì)量的空氣.并用水平桿相連.已知大氣壓為p0.氣缸A內(nèi)空氣的壓強為pA=1.2 p0.不計活塞和氣缸間的摩擦阻力.求氣缸B內(nèi)空氣的壓強pB 21世紀教育網(wǎng) 解:應該以整體為研究對象用水平方向的合力為零列方程.而不能認為A.B內(nèi)氣體的壓強相等.因為兩個活塞的橫截面積是不同的.應該以兩個活塞和連桿整體為研究對象進行受力分析.同時要考慮大氣壓的影響.受力圖如上.在水平方向上有:pASA+p0SB=pBSB+p0SA.代入SA=3 SB可得pB=3pA-2p0=1.6p021世紀教育網(wǎng) 本題還可以把該裝置豎立起來.那么在以活塞和連桿為對象受力分析時.還應考慮到重力的作用.21世紀教育網(wǎng) 21世紀教育網(wǎng) 例5:如圖為醫(yī)院為病人輸液的部分裝置.圖中A為輸液瓶.B為滴壺.C為進氣管.與大氣相通.則在輸液過程中.下列說法正確的是:①瓶A中上方氣體的壓強隨液面的下降而增大,②瓶A中液面下降.但A中上方氣體的壓強不變,③滴壺B中的氣體壓強隨A中液面的下降而減小,④在瓶中藥液輸完以前.滴壺B中的氣體壓強保持不變 21世紀教育網(wǎng) A.①③ B.①④ C.②③ D.②④21世紀教育網(wǎng) 解:進氣管C端的壓強始終是大氣壓p0.設(shè)輸液瓶A內(nèi)的壓強為pA.可以得到pA= p0-ρgh.因此pA將隨著h的減小而增大.滴壺B的上液面與進氣管C端的高度差不受輸液瓶A內(nèi)液面變化的影響.因此壓強不變.選B.21世紀教育網(wǎng) 21世紀教育網(wǎng) 例6:長直均勻玻璃管內(nèi)用水銀柱封閉一定質(zhì)量的空氣后倒插入水銀槽內(nèi).靜止時露出水銀槽面的水銀柱高為h.保持溫度不變.稍向上提玻璃管.封閉在管內(nèi)的空氣的體積V和壓強p以及水銀柱高h各如何變化?21世紀教育網(wǎng) 解:一定質(zhì)量的氣體在溫度不變使.氣體的壓強p和體積V必然同時變化.而達到平衡后.p+ρgh= p0的關(guān)系應該依然成立.假設(shè)V不變.那么p也不變.而提升后h變大.p+ρgh將大于p0.因此管內(nèi)水銀柱將要下降.即封閉空氣的體積V必然增大.壓強p必然減小.又由于最終應該有p+ρgh= p0.所以h必然增大.21世紀教育網(wǎng) 本題也可以假設(shè)提升后p不變.進行推導.結(jié)論是完全一致的.21世紀教育網(wǎng) 注意前提:管內(nèi)必須封閉有一定質(zhì)量的空氣.若水銀柱上端是真空.那h就始終滿足p0=ρgh.向上提升玻璃管不會影響h的大小.那么V就一定增大了.21世紀教育網(wǎng) 21世紀教育網(wǎng) 例7:兩端封閉的均勻直玻璃管豎直放置.內(nèi)用高h的汞柱把管內(nèi)空氣分為上下兩部分.靜止時兩段空氣柱的長均為L.上端空氣柱壓強為p1=2ρgh.當玻璃管隨升降機一起在豎直方向上做勻變速運動時.穩(wěn)定后發(fā)現(xiàn)上端空氣柱長減為2L/3.則下列說法中正確的是21世紀教育網(wǎng) A.穩(wěn)定后上段空氣柱的壓強大于2ρgh21世紀教育網(wǎng) B.穩(wěn)定后下段空氣柱的壓強小于3ρgh21世紀教育網(wǎng) C.升降機一定在加速上升21世紀教育網(wǎng) D.升降機可能在勻減速上升21世紀教育網(wǎng) 解:系統(tǒng)靜止時下段空氣柱的壓強是3ρgh.做勻變速運動穩(wěn)定后上段空氣柱體積減小說明其壓強增大.而下段空氣柱體積增大.說明其壓強減小.由水銀柱的受力分析可知.其合力方向向下.因此加速度向下.可能勻加速下降.也可能勻減速上升.選ABD21世紀教育網(wǎng) 21世紀教育網(wǎng) 例8:在一個固定容積的密閉容器中.加入3L的X.在一定條件下這兩種氣體發(fā)生反應而生成另兩種氣體4X.達到平衡后.容器內(nèi)溫度不變.而混合氣體的壓強比原來增大.則該反應方程中的n值可能為 A. 3 B. 4 C. 5 D. 6 解:由于反應前后所有物質(zhì)都是氣態(tài).設(shè)反應前后的總的物質(zhì)的量分別為N1.N2.由于在一定溫度和體積下.氣體的壓強和氣體物質(zhì)的量成正比.因此生成物的物質(zhì)的量應該大于反應前的物質(zhì)的量.只能取n=6.選D. 例9:鋼瓶內(nèi)裝有高壓氧氣.打開閥門氧氣迅速從瓶口噴出.當內(nèi)外氣壓相等時立即關(guān)閉閥門.過一段時間后再打開閥門.會不會再有氧氣逸出? 解:第一次打開閥門氧氣“迅速 噴出.是一個絕熱過程Q=0.同時氧氣體積膨脹對外做功W<0.由熱力學第一定律ΔU<0.即關(guān)閉閥門時瓶內(nèi)氧氣溫度必然低于外界溫度.而壓強等于外界大氣壓,“過一段時間 經(jīng)過熱交換.鋼瓶內(nèi)氧氣的溫度又和外界溫度相同了.由于體積未變.所以瓶內(nèi)氧氣壓強將增大.即大于大氣壓.因此再次打開閥門.將會有氧氣逸出. 例10:一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)過A→B→C→A的循環(huán)過程.其中那些階段是吸熱的.那些階是放熱的?整個過程是吸熱還是放熱? 解:首先可以判定C狀態(tài)下氣體溫度較高.根據(jù)熱力學第一定律分階段列表進行分析如下:各階段都應先根據(jù)溫度和體積的變化確定ΔU和W的正負.再根據(jù)ΔU=Q+W確定Q的正負.全過程始末溫度相同.所以內(nèi)能相同.但由圖可知:W=FS=pΔV(氣體做功等于p-V曲線下到橫軸間的面積).由圖可見A→B階段氣體對外界做功少.C→A階段外界對氣體做功多.B→C階段氣體體積不變W=0.因此全過程外界對氣體作正功.氣體必然放熱.結(jié)論是A→B.B→C氣體吸熱,C→A和全過程氣體放熱. 查看更多

 

題目列表(包括答案和解析)

精英家教網(wǎng)(1)蒸汽機、內(nèi)燃機等熱機以及電冰箱工作時都利用了氣體狀態(tài)變化來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化,我們把這些氣體稱為工質(zhì).某熱機經(jīng)過一個循環(huán)后,工質(zhì)從高溫熱源吸熱Q1,對外做功W,又對低溫熱源放熱Q2,工質(zhì)完全回復初始狀態(tài),內(nèi)能沒有變化.根據(jù)熱力學第一定律,在工質(zhì)的一個循環(huán)中,Q1、Q2、W三者之間滿足的關(guān)系是
 
.熱機的效率η=
WQ1
不可能達到100%,從能量轉(zhuǎn)換的角度,說明
 
能不能完全轉(zhuǎn)化為
 
能.
(2)如圖表示一定質(zhì)量的某氣體在不同溫度下的兩條等溫線.圖中等溫線Ⅰ對應的溫度比等溫線Ⅱ?qū)臏囟纫?!--BA-->
 
(填“高”或“低”).在同一等溫線下,如果該氣體的壓強變?yōu)樵瓉淼?倍,則氣體的體積應變?yōu)樵瓉淼?!--BA-->
 
倍.

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下列說法正確的是 (  )
A、一定量的氣體,在體積不變時,分子每秒平均碰撞器壁的次數(shù)隨著溫度的降低而減少B、給籃球打氣時,到后來越來越費勁,說明分子間存在斥力C、液體表面層的分子較密集,分子間引力大于斥力,因此產(chǎn)生液體的表面張力D、一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過程,氣體分子的平均動能減少E、第二類水動機是不能制造出來的,盡管它不違反熱力學第一定律,但它違反熱力學第二定律

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(2009?汕頭一模)(1)以下說法正確的是
ADEF
ADEF
 (填入選項前面的英文代號,全對的得6分,漏選一個扣1分,錯選一個扣1分,全選不得分)
A.分子的熱運動是指物體內(nèi)部分子的無規(guī)則運動
B.碎玻璃不能拼在一起,是由于分子間存在著斥力
C.物體做加速運動時速度越來越大,物體內(nèi)分子的平均動能也越來越大
D.液晶既有液體的流動性,又具有光學各向異性
E.在輪胎爆裂這一短暫過程中,氣體膨脹,溫度下降
F.在完全失重的情況下,熔化的金屬能夠收縮成標準的球形
(2)如圖是用導熱性能良好的材料制成的氣體實驗裝置,封閉有一定質(zhì)量的 理想氣體,若用力緩慢向下推動活塞,使活塞向下移一段距離,不計活塞與氣缸內(nèi)壁間的摩擦,環(huán)境溫度保持不變.由此可以判斷,被封閉氣體的內(nèi)能
不變
不變
(填不變或改變),體積減小,外界對氣體做功,根據(jù)熱力學第一定律可知,氣體
熱(填吸或放).

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精英家教網(wǎng) 如圖所示,導熱的氣缸固定在水平地面上,用活塞把一定質(zhì)量的理想氣體封閉在氣缸內(nèi),氣缸的內(nèi)壁光滑.現(xiàn)用水平外力F作用于活塞桿,使活塞緩慢地向右移動,并由狀態(tài)①變化到狀態(tài)②,在此過程中:
(1)如果環(huán)境保持恒溫,下列說法中正確的是
 
(選填序號);
A.每個氣體分子的速率都保持不變
B.氣體分子的平均動能不變
C.水平外力F逐漸變大
D.氣體內(nèi)能減小
E.氣體放熱
F.氣體內(nèi)能不變,卻對外做功,此過程違反熱力學第一定律,不可能實現(xiàn)
G.氣體從單一熱源吸熱,全部用來對外做功,此過程不違反熱力學第二定律
(2)如果環(huán)境保持恒溫,分別用p、V、T表示該理想氣體的壓強、體積及溫度.氣體從狀態(tài)①變化到狀態(tài)②,此過程可用下列哪些圖象表示
 

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【物理-選修3-3】
(1)如圖1所示,導熱的氣缸固定在水平地面上,用活塞把一定質(zhì)量的理想氣體封閉在氣缸中,氣缸的內(nèi)壁光滑.現(xiàn)用水平外力F作用于活塞桿,使活塞緩慢地向右移動,由狀態(tài)①變化到狀態(tài)②,在此過程中,如果環(huán)境溫度保持不變,下列說法正確的是
BC
BC

A.每個氣體分子的速率都不變
B.氣體分子平均動能不變
C.水平外力F逐漸變大
D.氣體內(nèi)能減少
E.氣體放出熱量
F.氣體內(nèi)能不變,卻對外做功,此過程違反熱力學第一定律,不可能實現(xiàn)
G.氣體是從單一熱源吸熱,全部用來對外做功,但此過程不違反熱力學第二定律
(2)如圖2所示p-V圖中,一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)過 ACB過程至狀態(tài)B,氣體對外做功280J,放出熱量410J;氣體又從狀態(tài)B經(jīng)BDA過程回到狀態(tài)A,這一過程中外界對氣體做功200J.
(1)ACB過程中氣體的內(nèi)能如何變化?變化了多少?
(2)BDA過程中氣體吸收還是放出多少熱量?

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