2.1.5.气体的自由膨胀 气体向真空的膨胀过程称为气体的自由膨胀.气体自由膨胀时.没有外界阻力.所以外界不对气体做功W=0,由于过程进行很快.气体来不及与外界交换热量.可看成是绝热过程Q=0,根据热力学第一定律可知.气体绝热自由膨胀后其内能不变.即△E=0. 如果是理想气体自由膨胀.其内能不变.气体温度也不会变化.即△T=0,如果是离子气体自由膨胀.虽内能不变.但分子的平均斥力势能会随着体积的增大而减小.分子的平均平动动能会增加.从而气体温度会升高.即△T>0,如果是存在分子引力的气体自由膨胀后.其内能不变.但平均分子引力势能会增大.分子平均平动动能会减小.气体温度会降低.即△T<0. 例1.绝热容器A经一阀门与另一容积比A的容积大得多的绝热容器B相连.开始时阀门关闭.两容器中盛有同种理想气体.温度均为30℃.B中气体的压强是A中的两倍.现将阀门缓慢打开.直至压强相等时关闭.问此时容器A中气体的温度为多少?假设在打开到关闭阀门的过程中处在A中的气体与处在B中的气体之间无热交换.已知每摩尔该气体的内能为E=2.5RT. 分析:因为B容器的容积远大于A的容积.所以在题述的过程中.B中气体的压强和温度均视为不变.B容器内部分气体进入A容器.根据题设.A容器内气体是个绝热过程.外界(B容器的剩余气体)对A气体做功等于其内能的增量.从而求出A气体的最终温度. 解:设气体的摩尔质量为M.A容器的体积V.打开阀门前.气体质量为m.压强为p.温度为T.打开阀门又关闭后.A中气体压强为2p.温度为.质量为.则有 . 进入A气体质量.设这些气体处在B容器中时所占体积为.为把这些气体压入A容器.B容器中其他气体对这些气体做的功为.A中气体内能的变化.根据热力学第一定律有 例2.一根长为76cm的玻璃管.上端封闭.插入水银中.水银充满管子的一部分.封闭体积内有空气.如图2-1-6所示.大气压为76cmHg.空气的摩尔定容热容量.当玻璃管温度降低10℃时.求封闭管内空气损失的热量. 分析:取封闭在管内的空气为研究对象.为求出空气在降温过程中的放热.关键是确定空气在降温过程中遵循的过程方程.由于管内空气压强p等于大气压强与管内水银柱压强之差.因管长刚好76cm.故P与空气柱高度成正比.即封闭气体的压强与其体积成正比.随着温度降低.管内水银柱上升.空气的压强与体积均减小.但仍保持正比关系. 解:设在降温过程中管内封闭空气柱的高度为h.水银柱高度为.则.管内封闭空气的压强为 式中ρ为水银密度.上式表明.在降温过程中.空气的压强p与空气柱高度h成正比.因管粗细均匀.故p与空气体积V成正比.即∝V 这就是管内封闭空气在降温过程中所遵循的过程方程. 空气在此过程中的摩尔热容量 . 本题也可直接由热力学第一定律求解.关键要求得空气膨胀做功.由题给数据.可分析得空气对水银柱做功是线性力做功的情形. §2.2 热力学第一定律对理想气体的应用 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

选做题(请从A、B和C三小题中选定两小题作答,并在答题卡上把所选题目对应字母后的方框涂满涂黑,如都作答则按A、B两小题评分.)
A.(选修模块3-3)
(1)对一定量的气体,下列说法正确的是______
A.气体的体积是所有气体分子的体积之和
B.气体分子的热运动越剧烈,气体温度就越高
C.气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的
D.当气体膨胀时,气体分子之间的势能减小,因而气体的内能减少
(2)如图1所示为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,放出热量到箱体外.下列说法正确的是______.
A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
C.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
D.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,是因为其消耗了电能
(3)利用油膜法可以粗略测出阿伏加德罗常数,把密度ρ=0.8×103 kg/m3的某种油,用滴管滴出一滴在水面上形成油膜,已知这滴油的体积为V=0.5×10-3 cm3,形成的油膜面积为S=0.7m2.油的摩尔质量M=0.09kg/mol.若把油膜看成是单分子层,每个油分子看成球形,只需要保留一位有效数字,那么:
①油分子的直径是多少?
②由以上数据可粗略测出阿伏加德罗常数NA是多少?(先列出文字计算式,再代入数据计算)

B.(选修模块3-4)
(1)弹簧振子在水平方向上做简谐运动,下列说法中正确的是______
A.振子在平衡位置,动能最大,势能最小
B.振子在最大位移处,势能最大,动能最小
C.振子在向平衡位置振动时,由于振子振幅减小,故总机械能减小
D.在任意时刻,动能与势能之和保持不变
(2)电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等,按波长由长到短的排列顺序是______
A.无线电波、红外线、紫外线、γ射线
B.红外线、无线电波、γ射线、紫外线
C.γ射线、红外线、紫外线、无线电波
D.紫外线、无线电波、γ射线、红外线
(3)如图2所示,真空中有一个半径为R=0.1m、质量分布均匀的玻璃球,一细激光束在真空中沿直线BC传播,在玻璃球表面的C点经折射进入小球,并在玻璃球表面的D点又经折射进入真空中.已知∠COD=120°,玻璃球对该激光束的折射率为.求:
①此激光束进入玻璃时的入射角.
②此激光束穿越玻璃球的时间.

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选做题(请从A、B和C三小题中选定两小题作答,并在答题卡上把所选题目对应字母后的方框涂满涂黑,如都作答则按A、B两小题评分.)
A.(选修模块3-3)
(1)对一定量的气体,下列说法正确的是
BC
BC

A.气体的体积是所有气体分子的体积之和
B.气体分子的热运动越剧烈,气体温度就越高
C.气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的
D.当气体膨胀时,气体分子之间的势能减小,因而气体的内能减少
(2)如图1所示为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,放出热量到箱体外.下列说法正确的是
BD
BD

A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
C.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
D.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,是因为其消耗了电能
(3)利用油膜法可以粗略测出阿伏加德罗常数,把密度ρ=0.8×103 kg/m3的某种油,用滴管滴出一滴在水面上形成油膜,已知这滴油的体积为V=0.5×10-3 cm3,形成的油膜面积为S=0.7m2.油的摩尔质量M=0.09kg/mol.若把油膜看成是单分子层,每个油分子看成球形,只需要保留一位有效数字,那么:
①油分子的直径是多少?
②由以上数据可粗略测出阿伏加德罗常数NA是多少?(先列出文字计算式,再代入数据计算)

B.(选修模块3-4)
(1)弹簧振子在水平方向上做简谐运动,下列说法中正确的是
ABD
ABD

A.振子在平衡位置,动能最大,势能最小
B.振子在最大位移处,势能最大,动能最小
C.振子在向平衡位置振动时,由于振子振幅减小,故总机械能减小
D.在任意时刻,动能与势能之和保持不变
(2)电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等,按波长由长到短的排列顺序是
A
A

A.无线电波、红外线、紫外线、γ射线
B.红外线、无线电波、γ射线、紫外线
C.γ射线、红外线、紫外线、无线电波
D.紫外线、无线电波、γ射线、红外线
(3)如图2所示,真空中有一个半径为R=0.1m、质量分布均匀的玻璃球,一细激光束在真空中沿直线BC传播,在玻璃球表面的C点经折射进入小球,并在玻璃球表面的D点又经折射进入真空中.已知∠COD=120°,玻璃球对该激光束的折射率为
3
.求:
①此激光束进入玻璃时的入射角.
②此激光束穿越玻璃球的时间.

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A.(选修模块3-3)
(1)科学家在“哥伦比亚”号航天飞机上进行了一次在微重力条件(即失重状态)下制造泡沫金属的实验.把锂、镁、铝、钛等轻金属放在一个石英瓶内,用太阳能将这些金属熔化为液体,然后在熔化的金属中充进氢气,使金属内产生大量气泡,金属冷凝后就形成到处是微孔的泡沫金属.下列说法中正确的是
 

A.失重条件下液态金属呈球状是由于液体表面分子间只存在引力作用
B.失重条件下充入金属液体内的气体气泡不能无限地膨胀是因为液体表面张力的约束
C.在金属液体冷凝过程中,气泡收缩变小,外界对气体做功,气体内能增大
D.泡沫金属物理性质各向同性,说明它是非晶体
(2)一定质量的理想气体的状态变化过程如图所示,A到B是等压过程,B到C是等容过程,C到A是等温过程.则B到C气体的温度
 
填“升高”、“降低”或“不变”);ABCA全过程气体从外界吸收的热量为Q,则外界对气体做的功为
 

(3)已知食盐(NaCl)的密度为ρ,摩尔质量为M,阿伏伽德罗常数为NA,求:
①食盐分子的质量m;
②食盐分子的体积V0
B.(选修模块3-4)
(1)射电望远镜是接受天体射出电磁波(简称“射电波”)的望远镜.电磁波信号主要是无线电波中的微波波段(波长为厘米或毫米级).在地面上相距很远的两处分别安装射电波接收器,两处接受到同一列宇宙射电波后,再把两处信号叠加,最终得到的信号是宇宙射电波在两处的信号干涉后的结果.下列说法正确的是
 

A.当上述两处信号步调完全相反时,最终所得信号最强
B.射电波沿某方向射向地球,由于地球自转,两处的信号叠加有时加强,有时减弱,呈周期性变化
C.干涉是波的特性,所以任何两列射电波都会发生干涉
D.波长为毫米级射电波比厘米级射电波更容易发生衍射现象
(2)如图为一列沿x轴方向传播的简谐波t1=0时刻的波动图象,此时P点运动方向为-y方向,位移是2.5厘米,且振动周期为0.5s,则波传播方向为
 
,速度为
 
m/s,t2=0.25s时刻质点P的位移是
 
cm.精英家教网
(3)为了测量半圆形玻璃砖的折射率,某同学在半径R=5cm的玻璃砖下方放置一光屏;一束光垂直玻璃砖的上表面从圆心O射入玻璃,光透过玻璃砖后在光屏上留下一光点A,然后将光束向右平移至O1点时,光屏亮点恰好消失,测得OO1=3cm,求:
①玻璃砖的折射率n;
②光在玻璃中传播速度的大小v(光在真空中的传播速度c=3.0×108m/s).
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C.(选修模块3-5)
轨道电子俘获(EC)是指原子核俘获了其核外内层轨道电子所发生的衰变,如钒(2347V)俘获其K轨道电子后变成钛(2247Ti),同时放出一个中微子υe,方程为2347V+-10e→2247Ti+υe
(1)关于上述轨道电子俘获,下列说法中正确的是
 

A.原子核内一个质子俘获电子转变为中子
B.原子核内一个中子俘获电子转变为质子
C.原子核俘获电子后核子数增加
D.原子核俘获电子后电荷数增加
(2)中微子在实验中很难探测,我国科学家王淦昌1942年首先提出可通过测量内俘获过程末态核(如2247Ti)的反冲来间接证明中微子的存在,此方法简单有效,后来得到实验证实.若母核2347V原来是静止的,2247Ti质量为m,测得其速度为v,普朗克常量为h,则中微子动量大小为
 
,物质波波长为
 

(3)发生轨道电子俘获后,在内轨道上留下一个空位由外层电子跃迁补充.设钛原子K
轨道电子的能级为E1,L轨道电子的能级为E2,E2>E1,离钛原子无穷远处能级为零.
①求当L轨道电子跃迁到K轨道时辐射光子的波长λ;
②当K轨道电子吸收了频率υ的光子后被电离为自由电子,求自由电子的动能EK

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A.(选修模块3-3)
(1)科学家在“哥伦比亚”号航天飞机上进行了一次在微重力条件(即失重状态)下制造泡沫金属的实验.把锂、镁、铝、钛等轻金属放在一个石英瓶内,用太阳能将这些金属熔化为液体,然后在熔化的金属中充进氢气,使金属内产生大量气泡,金属冷凝后就形成到处是微孔的泡沫金属.下列说法中正确的是______
A.失重条件下液态金属呈球状是由于液体表面分子间只存在引力作用
B.失重条件下充入金属液体内的气体气泡不能无限地膨胀是因为液体表面张力的约束
C.在金属液体冷凝过程中,气泡收缩变小,外界对气体做功,气体内能增大
D.泡沫金属物理性质各向同性,说明它是非晶体
(2)一定质量的理想气体的状态变化过程如图所示,A到B是等压过程,B到C是等容过程,C到A是等温过程.则B到C气体的温度______填“升高”、“降低”或“不变”);ABCA全过程气体从外界吸收的热量为Q,则外界对气体做的功为______.
(3)已知食盐(NaCl)的密度为ρ,摩尔质量为M,阿伏伽德罗常数为NA,求:
①食盐分子的质量m;
②食盐分子的体积V0
B.(选修模块3-4)
(1)射电望远镜是接受天体射出电磁波(简称“射电波”)的望远镜.电磁波信号主要是无线电波中的微波波段(波长为厘米或毫米级).在地面上相距很远的两处分别安装射电波接收器,两处接受到同一列宇宙射电波后,再把两处信号叠加,最终得到的信号是宇宙射电波在两处的信号干涉后的结果.下列说法正确的是______
A.当上述两处信号步调完全相反时,最终所得信号最强
B.射电波沿某方向射向地球,由于地球自转,两处的信号叠加有时加强,有时减弱,呈周期性变化
C.干涉是波的特性,所以任何两列射电波都会发生干涉
D.波长为毫米级射电波比厘米级射电波更容易发生衍射现象
(2)如图为一列沿x轴方向传播的简谐波t1=0时刻的波动图象,此时P点运动方向为-y方向,位移是2.5厘米,且振动周期为0.5s,则波传播方向为______,速度为______m/s,t2=0.25s时刻质点P的位移是______cm.
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(3)为了测量半圆形玻璃砖的折射率,某同学在半径R=5cm的玻璃砖下方放置一光屏;一束光垂直玻璃砖的上表面从圆心O射入玻璃,光透过玻璃砖后在光屏上留下一光点A,然后将光束向右平移至O1点时,光屏亮点恰好消失,测得OO1=3cm,求:
①玻璃砖的折射率n;
②光在玻璃中传播速度的大小v(光在真空中的传播速度c=3.0×108m/s).

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C.(选修模块3-5)
轨道电子俘获(EC)是指原子核俘获了其核外内层轨道电子所发生的衰变,如钒(2347V)俘获其K轨道电子后变成钛(2247Ti),同时放出一个中微子υe,方程为2347V+-10e→2247Ti+υe
(1)关于上述轨道电子俘获,下列说法中正确的是______.
A.原子核内一个质子俘获电子转变为中子
B.原子核内一个中子俘获电子转变为质子
C.原子核俘获电子后核子数增加
D.原子核俘获电子后电荷数增加
(2)中微子在实验中很难探测,我国科学家王淦昌1942年首先提出可通过测量内俘获过程末态核(如2247Ti)的反冲来间接证明中微子的存在,此方法简单有效,后来得到实验证实.若母核2347V原来是静止的,2247Ti质量为m,测得其速度为v,普朗克常量为h,则中微子动量大小为______,物质波波长为______
(3)发生轨道电子俘获后,在内轨道上留下一个空位由外层电子跃迁补充.设钛原子K
轨道电子的能级为E1,L轨道电子的能级为E2,E2>E1,离钛原子无穷远处能级为零.
①求当L轨道电子跃迁到K轨道时辐射光子的波长λ;
②当K轨道电子吸收了频率υ的光子后被电离为自由电子,求自由电子的动能EK

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A.(选修模块3-3)
(1)科学家在“哥伦比亚”号航天飞机上进行了一次在微重力条件(即失重状态)下制造泡沫金属的实验.把锂、镁、铝、钛等轻金属放在一个石英瓶内,用太阳能将这些金属熔化为液体,然后在熔化的金属中充进氢气,使金属内产生大量气泡,金属冷凝后就形成到处是微孔的泡沫金属.下列说法中正确的是______
A.失重条件下液态金属呈球状是由于液体表面分子间只存在引力作用
B.失重条件下充入金属液体内的气体气泡不能无限地膨胀是因为液体表面张力的约束
C.在金属液体冷凝过程中,气泡收缩变小,外界对气体做功,气体内能增大
D.泡沫金属物理性质各向同性,说明它是非晶体
(2)一定质量的理想气体的状态变化过程如图所示,A到B是等压过程,B到C是等容过程,C到A是等温过程.则B到C气体的温度______填“升高”、“降低”或“不变”);ABCA全过程气体从外界吸收的热量为Q,则外界对气体做的功为______.
(3)已知食盐(NaCl)的密度为ρ,摩尔质量为M,阿伏伽德罗常数为NA,求:
①食盐分子的质量m;
②食盐分子的体积V
B.(选修模块3-4)
(1)射电望远镜是接受天体射出电磁波(简称“射电波”)的望远镜.电磁波信号主要是无线电波中的微波波段(波长为厘米或毫米级).在地面上相距很远的两处分别安装射电波接收器,两处接受到同一列宇宙射电波后,再把两处信号叠加,最终得到的信号是宇宙射电波在两处的信号干涉后的结果.下列说法正确的是______
A.当上述两处信号步调完全相反时,最终所得信号最强
B.射电波沿某方向射向地球,由于地球自转,两处的信号叠加有时加强,有时减弱,呈周期性变化
C.干涉是波的特性,所以任何两列射电波都会发生干涉
D.波长为毫米级射电波比厘米级射电波更容易发生衍射现象
(2)如图为一列沿x轴方向传播的简谐波t1=0时刻的波动图象,此时P点运动方向为-y方向,位移是2.5厘米,且振动周期为0.5s,则波传播方向为______,速度为______m/s,t2=0.25s时刻质点P的位移是______cm.
(3)为了测量半圆形玻璃砖的折射率,某同学在半径R=5cm的玻璃砖下方放置一光屏;一束光垂直玻璃砖的上表面从圆心O射入玻璃,光透过玻璃砖后在光屏上留下一光点A,然后将光束向右平移至O1点时,光屏亮点恰好消失,测得OO1=3cm,求:
①玻璃砖的折射率n;
②光在玻璃中传播速度的大小v(光在真空中的传播速度c=3.0×108m/s).

C.(选修模块3-5)
轨道电子俘获(EC)是指原子核俘获了其核外内层轨道电子所发生的衰变,如钒(2347V)俘获其K轨道电子后变成钛(2247Ti),同时放出一个中微子υe,方程为2347V+-1e→2247Ti+υe
(1)关于上述轨道电子俘获,下列说法中正确的是______.
A.原子核内一个质子俘获电子转变为中子
B.原子核内一个中子俘获电子转变为质子
C.原子核俘获电子后核子数增加
D.原子核俘获电子后电荷数增加
(2)中微子在实验中很难探测,我国科学家王淦昌1942年首先提出可通过测量内俘获过程末态核(如2247Ti)的反冲来间接证明中微子的存在,此方法简单有效,后来得到实验证实.若母核2347V原来是静止的,2247Ti质量为m,测得其速度为v,普朗克常量为h,则中微子动量大小为______,物质波波长为______
(3)发生轨道电子俘获后,在内轨道上留下一个空位由外层电子跃迁补充.设钛原子K
轨道电子的能级为E1,L轨道电子的能级为E2,E2>E1,离钛原子无穷远处能级为零.
①求当L轨道电子跃迁到K轨道时辐射光子的波长λ;
②当K轨道电子吸收了频率υ的光子后被电离为自由电子,求自由电子的动能EK

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