热力学第一定律在气体中的应用21世纪教育网 对一定质量的理想气体(除碰撞外忽略分子间的相互作用力.因此没有分子势能).热力学第一定律ΔU=Q+W中:⑴ΔU仅由温度决定.升温时为正.降温时为负,⑵W仅由体积决定.压缩时为正.膨胀时为负,⑶Q由ΔU和W共同决定,⑷在绝热情况下Q=0.因此有ΔU= W.21世纪教育网 21世纪教育网 例题分析21世纪教育网 例1:竖直平面内有右图所示的均匀玻璃管.内用两段水银柱封闭两段空气柱a.b.各段水银柱高度如图所示.大气压为p0.求空气柱a.b的压强各多大?21世纪教育网 解:从开口端开始计算:右端为大气压p0.同种液体同一水平面上的压强相同.所以b气柱的压强为pb= p0+ρg.而a气柱的压强为pa= pb-ρgh3= p0+ρg.21世纪教育网 此类题求气体压强的原则就是从开口端算起.沿着液柱在竖直方向上.向下加ρgh.向上减ρgh即可.21世纪教育网 21世纪教育网 例2:右图中两个气缸的质量均为M.内部横截面积均为S.两个活塞的质量均为m.左边的气缸静止在水平面上.右边的活塞和气缸竖直悬挂在天花板下.两个气缸内分别封闭有一定质量的空气A.B.大气压为p0.求封闭气体A.B的压强各多大?21世纪教育网 解:求气体压强要以跟气体接触的物体为对象进行受力分析.在本题中.可取的研究对象有活塞和气缸.两种情况下活塞和气缸的受力情况的复杂程度是不同的:第一种情况下.活塞受重力.大气压力和封闭气体压力三个力作用.而且只有气体压力是未知的,气缸受重力.大气压力.封闭气体压力和地面支持力四个力.地面支持力和气体压力都是未知的.要求地面压力还得以整体为对象才能得出.因此应选活塞为对象求pA.同理第二种情况下应以气缸为对象求pB.得出的结论是:21世纪教育网 21世纪教育网 例3:右图中气缸静止在水平面上.缸内用活塞封闭一定质量的空气.活塞的的质量为m.横截面积为S.下表面与水平方向成θ角.若大气压为p0.求封闭气体的压强p21世纪教育网 解:以活塞为对象进行受力分析.关键是气体对活塞的压力方向应该垂直与活塞下表面而向斜上方.与竖直方向成θ角.接触面积也不是S而是S1=S/cosθ.因此竖直方向受力平衡方程为:pS1cosθ=mg+p0S.得p=p0+mg/S.结论跟θ角的大小无关.21世纪教育网 21世纪教育网 例4如图所示.大小不同的两个气缸A.B固定在水平面上.缸内的横截面积分别为SA和SB且SA=3SB.两缸内各有一个活塞.在两个气缸内分别封闭一定质量的空气.并用水平杆相连.已知大气压为p0.气缸A内空气的压强为pA=1.2 p0.不计活塞和气缸间的摩擦阻力.求气缸B内空气的压强pB 21世纪教育网 解:应该以整体为研究对象用水平方向的合力为零列方程.而不能认为A.B内气体的压强相等.因为两个活塞的横截面积是不同的.应该以两个活塞和连杆整体为研究对象进行受力分析.同时要考虑大气压的影响.受力图如上.在水平方向上有:pASA+p0SB=pBSB+p0SA.代入SA=3 SB可得pB=3pA-2p0=1.6p021世纪教育网 本题还可以把该装置竖立起来.那么在以活塞和连杆为对象受力分析时.还应考虑到重力的作用.21世纪教育网 21世纪教育网 例5:如图为医院为病人输液的部分装置.图中A为输液瓶.B为滴壶.C为进气管.与大气相通.则在输液过程中.下列说法正确的是:①瓶A中上方气体的压强随液面的下降而增大,②瓶A中液面下降.但A中上方气体的压强不变,③滴壶B中的气体压强随A中液面的下降而减小,④在瓶中药液输完以前.滴壶B中的气体压强保持不变 21世纪教育网 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④21世纪教育网 解:进气管C端的压强始终是大气压p0.设输液瓶A内的压强为pA.可以得到pA= p0-ρgh.因此pA将随着h的减小而增大.滴壶B的上液面与进气管C端的高度差不受输液瓶A内液面变化的影响.因此压强不变.选B.21世纪教育网 21世纪教育网 例6:长直均匀玻璃管内用水银柱封闭一定质量的空气后倒插入水银槽内.静止时露出水银槽面的水银柱高为h.保持温度不变.稍向上提玻璃管.封闭在管内的空气的体积V和压强p以及水银柱高h各如何变化?21世纪教育网 解:一定质量的气体在温度不变使.气体的压强p和体积V必然同时变化.而达到平衡后.p+ρgh= p0的关系应该依然成立.假设V不变.那么p也不变.而提升后h变大.p+ρgh将大于p0.因此管内水银柱将要下降.即封闭空气的体积V必然增大.压强p必然减小.又由于最终应该有p+ρgh= p0.所以h必然增大.21世纪教育网 本题也可以假设提升后p不变.进行推导.结论是完全一致的.21世纪教育网 注意前提:管内必须封闭有一定质量的空气.若水银柱上端是真空.那h就始终满足p0=ρgh.向上提升玻璃管不会影响h的大小.那么V就一定增大了.21世纪教育网 21世纪教育网 例7:两端封闭的均匀直玻璃管竖直放置.内用高h的汞柱把管内空气分为上下两部分.静止时两段空气柱的长均为L.上端空气柱压强为p1=2ρgh.当玻璃管随升降机一起在竖直方向上做匀变速运动时.稳定后发现上端空气柱长减为2L/3.则下列说法中正确的是21世纪教育网 A.稳定后上段空气柱的压强大于2ρgh21世纪教育网 B.稳定后下段空气柱的压强小于3ρgh21世纪教育网 C.升降机一定在加速上升21世纪教育网 D.升降机可能在匀减速上升21世纪教育网 解:系统静止时下段空气柱的压强是3ρgh.做匀变速运动稳定后上段空气柱体积减小说明其压强增大.而下段空气柱体积增大.说明其压强减小.由水银柱的受力分析可知.其合力方向向下.因此加速度向下.可能匀加速下降.也可能匀减速上升.选ABD21世纪教育网 21世纪教育网 例8:在一个固定容积的密闭容器中.加入3L的X.在一定条件下这两种气体发生反应而生成另两种气体4X.达到平衡后.容器内温度不变.而混合气体的压强比原来增大.则该反应方程中的n值可能为 A. 3 B. 4 C. 5 D. 6 解:由于反应前后所有物质都是气态.设反应前后的总的物质的量分别为N1.N2.由于在一定温度和体积下.气体的压强和气体物质的量成正比.因此生成物的物质的量应该大于反应前的物质的量.只能取n=6.选D. 例9:钢瓶内装有高压氧气.打开阀门氧气迅速从瓶口喷出.当内外气压相等时立即关闭阀门.过一段时间后再打开阀门.会不会再有氧气逸出? 解:第一次打开阀门氧气“迅速 喷出.是一个绝热过程Q=0.同时氧气体积膨胀对外做功W<0.由热力学第一定律ΔU<0.即关闭阀门时瓶内氧气温度必然低于外界温度.而压强等于外界大气压,“过一段时间 经过热交换.钢瓶内氧气的温度又和外界温度相同了.由于体积未变.所以瓶内氧气压强将增大.即大于大气压.因此再次打开阀门.将会有氧气逸出. 例10:一定质量的理想气体由状态A经过A→B→C→A的循环过程.其中那些阶段是吸热的.那些阶是放热的?整个过程是吸热还是放热? 解:首先可以判定C状态下气体温度较高.根据热力学第一定律分阶段列表进行分析如下:各阶段都应先根据温度和体积的变化确定ΔU和W的正负.再根据ΔU=Q+W确定Q的正负.全过程始末温度相同.所以内能相同.但由图可知:W=FS=pΔV(气体做功等于p-V曲线下到横轴间的面积).由图可见A→B阶段气体对外界做功少.C→A阶段外界对气体做功多.B→C阶段气体体积不变W=0.因此全过程外界对气体作正功.气体必然放热.结论是A→B.B→C气体吸热,C→A和全过程气体放热. 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

精英家教网(1)蒸汽机、内燃机等热机以及电冰箱工作时都利用了气体状态变化来实现能量的转移和转化,我们把这些气体称为工质.某热机经过一个循环后,工质从高温热源吸热Q1,对外做功W,又对低温热源放热Q2,工质完全回复初始状态,内能没有变化.根据热力学第一定律,在工质的一个循环中,Q1、Q2、W三者之间满足的关系是
 
.热机的效率η=
WQ1
不可能达到100%,从能量转换的角度,说明
 
能不能完全转化为
 
能.
(2)如图表示一定质量的某气体在不同温度下的两条等温线.图中等温线Ⅰ对应的温度比等温线Ⅱ对应的温度要
 
(填“高”或“低”).在同一等温线下,如果该气体的压强变为原来的2倍,则气体的体积应变为原来的
 
倍.

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下列说法正确的是 (  )
A、一定量的气体,在体积不变时,分子每秒平均碰撞器壁的次数随着温度的降低而减少B、给篮球打气时,到后来越来越费劲,说明分子间存在斥力C、液体表面层的分子较密集,分子间引力大于斥力,因此产生液体的表面张力D、一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程,气体分子的平均动能减少E、第二类水动机是不能制造出来的,尽管它不违反热力学第一定律,但它违反热力学第二定律

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(2009?汕头一模)(1)以下说法正确的是
ADEF
ADEF
 (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
不变
不变
(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).

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精英家教网 如图所示,导热的气缸固定在水平地面上,用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸内,气缸的内壁光滑.现用水平外力F作用于活塞杆,使活塞缓慢地向右移动,并由状态①变化到状态②,在此过程中:
(1)如果环境保持恒温,下列说法中正确的是
 
(选填序号);
A.每个气体分子的速率都保持不变
B.气体分子的平均动能不变
C.水平外力F逐渐变大
D.气体内能减小
E.气体放热
F.气体内能不变,却对外做功,此过程违反热力学第一定律,不可能实现
G.气体从单一热源吸热,全部用来对外做功,此过程不违反热力学第二定律
(2)如果环境保持恒温,分别用p、V、T表示该理想气体的压强、体积及温度.气体从状态①变化到状态②,此过程可用下列哪些图象表示
 

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【物理-选修3-3】
(1)如图1所示,导热的气缸固定在水平地面上,用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸中,气缸的内壁光滑.现用水平外力F作用于活塞杆,使活塞缓慢地向右移动,由状态①变化到状态②,在此过程中,如果环境温度保持不变,下列说法正确的是
BC
BC

A.每个气体分子的速率都不变
B.气体分子平均动能不变
C.水平外力F逐渐变大
D.气体内能减少
E.气体放出热量
F.气体内能不变,却对外做功,此过程违反热力学第一定律,不可能实现
G.气体是从单一热源吸热,全部用来对外做功,但此过程不违反热力学第二定律
(2)如图2所示p-V图中,一定质量的理想气体由状态A经过 ACB过程至状态B,气体对外做功280J,放出热量410J;气体又从状态B经BDA过程回到状态A,这一过程中外界对气体做功200J.
(1)ACB过程中气体的内能如何变化?变化了多少?
(2)BDA过程中气体吸收还是放出多少热量?

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