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热力学定律　检测试题　　　　　　 　　　　　 　　　　　
一、单项选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.根据热力学定律,下列判断正确的是(　　)
A.我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖
B.冰可以融化成水,水也可以结成冰,这个现象违背了热力学第二定律
C.制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气,而不引起其他变化
D.利用其他手段,可使低温物体向高温物体传递热量
2.下列说法错误的是(　　)
A.能量耗散说明能量在不断减少
B.热力学第二定律也可以表述为气体向真空的自由膨胀是不可逆的
C.自然发生的传热过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
D.绝热汽缸中密封的理想气体在被压缩过程中,气体分子热运动剧烈程度增大
3.做功和传热都可以改变物体的内能。下列说法正确的是(　　)
A.物体对外做功,内能一定减少
B.物体吸收热量,内能一定增加
C.物体吸收热量,同时对外做功,内能一定减少
D.物体放出热量,同时对外做功,内能一定减少
4.给旱区送水的消防车停在水平地面上。在缓慢放水过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间势能,则胎内气体(　　)
A.从外界吸热 B.对外界做负功
C.分子平均动能减小 D.内能增加
5.卡诺循环可用于分析热机的工作过程,卡诺循环包括四个过程:等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩。下列相关说法正确的是(　　)
A.随着设备的改进和技术的提高,热机效率可能达到100%
B.绝热膨胀和绝热压缩过程中,汽缸内气体的内能保持不变
C.等温压缩过程中,因外界对气体做功,故汽缸内气体内能增大
D.等温膨胀过程中,单位时间内在单位面积上碰撞汽缸壁的分子数减少
6.如图所示为打气筒模型图,在给自行车打气的过程中,首先迅速压下打气筒活塞,当打气筒内气体压强大于某个值时筒内阀门打开,气体开始进入自行车车胎内,反复操作,完成打气过程。设筒内气体在进入车胎前质量不变,气体可以看成理想气体。下列有关筒内气体在进入车胎前的说法正确的是(　　)
A.迅速压下打气筒活塞过程中筒内气体温度升高
B.迅速压下打气筒活塞过程中筒内气体内能不变
C.压下打气筒活塞过程中筒内气体压强减小
D.压下活塞过程中越来越费力是因为筒内气体分子间一直表现为斥力,并且越来越大
7.如图所示为气压式升降椅和简易结构切面图,在汽缸和汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体,汽缸密封性和导热性良好,忽略一切摩擦。设无人坐升降椅时,汽缸内气体的初始状态为A;有人慢慢地坐到座椅上后,双脚离地,椅面下降,汽缸内气体稳定后的状态为B;空调开启,室内温度下降至某值并保持恒温,汽缸内气体稳定后的状态为C;最后此人离开座椅,汽缸内气体稳定后的状态为D。关于汽缸内气体的描述,下列说法正确的是(　　)
A.状态A到B,外界对气体做功,气体内能一直增大
B.状态B到C,气体分子热运动的平均动能保持不变
C.状态C到D,气体对外界做功,气体从外界吸收热量
D.状态A与状态D的气体分子热运动的平均动能相等
8.“水火箭”是同学们喜爱的动手动脑科普玩具,如图所示,被压缩的高压空气膨胀使水从“水火箭”尾部的喷嘴向下高速喷出,饮料瓶受到反作用力而快速上升,短时间内不考虑传热。在此过程中(　　)
A.气体对外界做功
B.气体的内能全部转化为机械能
C.气体的温度降低,每一个气体分子的速率都将减小
D.单位时间内容器内壁单位面积受到气体分子的撞击次数将增加
9.某偏远山区为了实现供电,自己修建了小型水电站。如图所示,若该发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为786 m3,发电过程中上、下水库平均水位差为64 m。重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是(　　)
A.若每天发电40 kW·h,则能源利用效率约为35%
B.发电时下水库出水口的水流速度可达到 36 m/s
C.若蓄水池中水的重力势能全部转化为电能,则每天能发电约139 kW·h
D.平均每天所发电能可供10户居民同时用电(每户居民所用电功率为1.4 kW)约10 h
10.热循环的种类很多,其中斯特林循环是一种采用定容下回热的循环,它包含两个等容变化过程和两个等温变化过程,如图所示是一定质量的理想气体在该循环下的pV图像,其中a→b和c→d是等温过程。关于该斯特林循环,下列说法正确的是(　　)
A.a→b的过程中,气体从外界吸收热量
B.b→c过程气体吸收的热量等于d→a过程气体释放的热量
C.c→d过程中,单个气体分子撞击容器壁的平均作用力增加
D.经历abcda完整的循环过程,气体向外界放出热量
二、多项选择题(本题共2小题,每小题4分,共8分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
11.下列关于物体内能的说法正确的是(　　)
A.物体内能改变的两种方式是做功和传热,两者在内能的改变上是等效的
B.在有其他影响的情况下,可以把内能全部转化为有用功
C.内能可以由低温物体转移到高温物体而不引起其他变化
D.在内能的转化和转移过程中,虽然存在能量损失,但总能量依然守恒
12.一定质量的理想气体从状态a开始,经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态,其pT图像如图所示,其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是(　　)
A.过程da中气体一定放热
B.过程ab中气体既不吸热也不放热
C.过程bc中外界对气体所做的功小于气体所放出的热量
D.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
三、非选择题(本题共6小题,共52分)
13.(4分)如图,汽缸中的气体膨胀时,推动活塞向外运动,若气体对活塞做的功是4×104 J,气体的内能减少了 6×104 J,则在此过程中气体　　　(选填“吸收”或“放出”)的热量是　　　 J。
14.(6分)一定质量的理想气体依次经历三个过程,回到初始状态,该过程可用如图甲所示的pT图像中三条直线a、b、c表示,其中a平行于横轴,b的延长线过坐标原点O,c平行于纵轴,该过程也可用如图乙所示的pV图像表示。整个过程中气体　　　　　　(选填“从外界吸热”或“向外界放热”),图甲中的b过程与图乙中的　　　(选填“d”“e”或“f”)过程对应。
15.(8分)如图所示为以二氧化碳气体作为驱动力的玩具手枪,工作原理如下:扣动扳机,气罐中冲出一定量的气体会充满枪管后方容积为 5 mL 的气室,当气室内气体的压强达到2.0×
105 Pa时,就可推动子弹从枪管中飞出。已知枪管后方气室和枪管的容积相同,子弹飞出枪管时间极短,且子弹飞出枪管前的整个过程中不漏气。
(1)气体推动子弹飞出枪管的过程中,气体的内能如何变化
(2)若子弹不匹配,导致和枪管之间的摩擦力过大,使得子弹被缓慢地推向枪口,求子弹刚推到枪口时气体的压强。
16.(10分)科考队员打算通过气象探测气球进行科研活动。现有一气象探测气球,充有温度为 27.0 ℃的氦气,缓慢上升至海拔6.50 km高空时体积为6.0 m3,在此过程中气球内部因启动一持续加热过程而维持其温度不变。此后停止加热,气球保持高度不变,气球内的氦气温度逐渐减小到此高度处的气温,已知在这一海拔高度气温为-48.0 ℃、大气压强为 0.5×105 Pa,求:
(1)氦气最终的体积。
(2)停止加热后氦气温度逐渐减小的过程中大气对气球做的功。
17.(11分)如图所示为一汽缸内封闭的一定质量的气体的pV图像,当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时,有335 J的热量传入系统,系统对外界做功126 J。
(1)若沿a→d→b过程,系统对外界做功42 J,则有多少热量传入系统
(2)若系统由状态b沿曲线过程返回状态 a时,外界对系统做功84 J,问系统是吸热还是放热 热量传递是多少
18.(13分)如图是一个底面积S为10 cm2的圆筒,筒壁、活塞以及内部隔板导热性能均良好。活塞与筒壁间的摩擦忽略不计。当筒内右方压强小于或等于左方时,隔板的阀门会自动关闭,当筒内右方压强大于左方时,隔板的阀门会自动打开。开始时圆筒水平放置,左、右两方的长度均为10 cm,压强均为一个大气压p0=1×105 Pa。现把装置顺时针转动90°使之竖直,活塞下降,稳定后下方长度为12.5 cm。重力加速度g取10 m/s2,气体可视为理想气体,环境温度保持不变。
(1)活塞下降过程,下方气体是吸热还是放热
(2)求此时下方气体的压强大小和活塞的质量。
(3)将活塞缓慢向上推,求活塞刚到达隔板阀门位置时的推力大小。热力学定律　检测试题　　　　　　 　　　　　 　　　　　
一、单项选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.根据热力学定律,下列判断正确的是(　D　)
A.我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖
B.冰可以融化成水,水也可以结成冰,这个现象违背了热力学第二定律
C.制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气,而不引起其他变化
D.利用其他手段,可使低温物体向高温物体传递热量
解析:根据热力学第二定律可知,不能把散失的能量全部收集起来重新加以利用,故A错误;冰融化成水,水结成冰,没有违背热力学第二定律,故B错误;冰箱制冷过程压缩机做功,引起了其他变化,故C错误;根据热力学第二定律,热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体,而不引起其他的变化,但通过一些手段是可以实现的,故D正确。
2.下列说法错误的是(　A　)
A.能量耗散说明能量在不断减少
B.热力学第二定律也可以表述为气体向真空的自由膨胀是不可逆的
C.自然发生的传热过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
D.绝热汽缸中密封的理想气体在被压缩过程中,气体分子热运动剧烈程度增大
解析:能量耗散是指能量的品质下降了,但仍然遵守能量守恒定律,A说法符合题意;热力学第二定律也可以表述为气体向真空的自由膨胀是不可逆的,B说法不符合题意;根据热力学第二定律,自然发生的传热过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的,C说法不符合题意;绝热汽缸中密封的理想气体在被压缩过程中,外界对气体做功,根据热力学第一定律,气体的内能增大,温度升高,气体的平均动能增大,气体分子热运动剧烈程度增大,D说法不符合题意。
3.做功和传热都可以改变物体的内能。下列说法正确的是(　D　)
A.物体对外做功,内能一定减少
B.物体吸收热量,内能一定增加
C.物体吸收热量,同时对外做功,内能一定减少
D.物体放出热量,同时对外做功,内能一定减少
解析:由热力学第一定律ΔU=Q+W知,物体对外做功,如果同时从外界吸收热量,且吸收的热量大于物体对外做的功,则内能增加,故A错误;物体吸收热量,如果同时对外做功,且吸收的热量小于物体对外做的功,则内能减少,故B错误;物体吸收热量,同时对外做功,若吸收的热量大于对外做的功,则内能增加,故C错误;物体放出热量,同时对外做功,则Q<0,W<0,则ΔU<0,内能一定减少,故D正确。
4.给旱区送水的消防车停在水平地面上。在缓慢放水过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间势能,则胎内气体(　A　)
A.从外界吸热 B.对外界做负功
C.分子平均动能减小 D.内能增加
解析:缓慢放水过程中,胎内气体压强减小,气体膨胀对外界做正功,选项B错误;胎内气体温度不变,故分子平均动能不变,选项C错误;由于不计分子间势能,气体内能只与温度有关,温度不变,内能不变,选项D错误;由ΔU=Q+W知 ΔU=0,W<0,故Q>0,气体从外界吸热,选项A正确。
5.卡诺循环可用于分析热机的工作过程,卡诺循环包括四个过程:等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩。下列相关说法正确的是(　D　)
A.随着设备的改进和技术的提高,热机效率可能达到100%
B.绝热膨胀和绝热压缩过程中,汽缸内气体的内能保持不变
C.等温压缩过程中,因外界对气体做功,故汽缸内气体内能增大
D.等温膨胀过程中,单位时间内在单位面积上碰撞汽缸壁的分子数减少
解析:由热力学第二定律可知,热机效率不可能达到100%,选项A错误;绝热膨胀和绝热压缩过程中,气体与外界没有热量交换,而气体体积改变,汽缸内气体的内能因做功而改变,选项B错误;等温压缩过程中,温度不变,汽缸内气体内能不变,选项C错误;等温膨胀过程中,温度不变,体积增大,单位体积内分子数目减少,单位时间内在单位面积上碰撞汽缸壁的分子数减少,选项D正确。
6.如图所示为打气筒模型图,在给自行车打气的过程中,首先迅速压下打气筒活塞,当打气筒内气体压强大于某个值时筒内阀门打开,气体开始进入自行车车胎内,反复操作,完成打气过程。设筒内气体在进入车胎前质量不变,气体可以看成理想气体。下列有关筒内气体在进入车胎前的说法正确的是(　A　)
A.迅速压下打气筒活塞过程中筒内气体温度升高
B.迅速压下打气筒活塞过程中筒内气体内能不变
C.压下打气筒活塞过程中筒内气体压强减小
D.压下活塞过程中越来越费力是因为筒内气体分子间一直表现为斥力,并且越来越大
解析:迅速压下打气筒活塞过程中,外界对气体做功,时间短,气体与外界来不及发生传热,气体的内能增加,筒内气体温度升高,故A正确,B错误;压下打气筒活塞过程中筒内气体体积减小且温度升高,则气体压强增大,故C错误;压下活塞过程中越来越费力是因为筒内气体压强越来越大,故D错误。
7.如图所示为气压式升降椅和简易结构切面图,在汽缸和汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体,汽缸密封性和导热性良好,忽略一切摩擦。设无人坐升降椅时,汽缸内气体的初始状态为A;有人慢慢地坐到座椅上后,双脚离地,椅面下降,汽缸内气体稳定后的状态为B;空调开启,室内温度下降至某值并保持恒温,汽缸内气体稳定后的状态为C;最后此人离开座椅,汽缸内气体稳定后的状态为D。关于汽缸内气体的描述,下列说法正确的是(　C　)
A.状态A到B,外界对气体做功,气体内能一直增大
B.状态B到C,气体分子热运动的平均动能保持不变
C.状态C到D,气体对外界做功,气体从外界吸收热量
D.状态A与状态D的气体分子热运动的平均动能相等
解析:状态A到B,外界对气体做功,汽缸导热性良好,汽缸内气体温度不变,可知气体内能不变,故A错误;依题意,状态B到C,汽缸内气体温度降低,则气体分子热运动的平均动能也随之减小,故B错误;依题意,状态C到D,气体对外界做功,内能保持不变,由ΔU=Q+W,可知气体从外界吸收热量,故C正确;依题意,状态A与状态D的气体温度不同,所以两个状态下气体分子热运动的平均动能也不相等,故D错误。
8.“水火箭”是同学们喜爱的动手动脑科普玩具,如图所示,被压缩的高压空气膨胀使水从“水火箭”尾部的喷嘴向下高速喷出,饮料瓶受到反作用力而快速上升,短时间内不考虑传热。在此过程中(　A　)
A.气体对外界做功
B.气体的内能全部转化为机械能
C.气体的温度降低,每一个气体分子的速率都将减小
D.单位时间内容器内壁单位面积受到气体分子的撞击次数将增加
解析:“水火箭”的原理为被压缩的高压空气膨胀使水从“水火箭”尾部的喷嘴向下高速喷出,可知此过程中气体对外界做功,故A正确;根据热力学第二定律可知,能量的转化率不可能达到100%,故B错误;根据热力学第一定律可知,在短时间内不考虑传热的情况下,气体对外做功,则气体的内能减小,温度降低,气体分子的平均动能减小,即平均速率减小,而单个气体分子的速率可能增大,可能不变,也可能减小,故C错误;气体对外做功,体积增大,单位体积内的分子数减小,而温度降低又使得气体分子的平均速率减小,气体压强减小,因此单位时间内容器内壁单位面积受到气体分子的撞击次数将减少,故D错误。
9.某偏远山区为了实现供电,自己修建了小型水电站。如图所示,若该发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为786 m3,发电过程中上、下水库平均水位差为64 m。重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是(　C　)
A.若每天发电40 kW·h,则能源利用效率约为35%
B.发电时下水库出水口的水流速度可达到 36 m/s
C.若蓄水池中水的重力势能全部转化为电能,则每天能发电约139 kW·h
D.平均每天所发电能可供10户居民同时用电(每户居民所用电功率为1.4 kW)约10 h
解析:蓄水池中能用于发电的水的重力势能Ep=mgh=ρVgh=1.0×103×786×10×64 J≈5.0×108 J,则能源利用效率η=×100%=28.8%,A错误;若没有任何阻力,由机械能守恒定律得mgh=mv2,得v== m/s≈36 m/s,由题知,水流下的过程中受到阻力,所以发电时流入下水库的水流速度小于36 m/s,B错误;若蓄水池中能用于发电的水的重力势能全部转化为电能,则每天能发电约E0= kW·h≈139 kW·h,C正确;若重力势能全部转化为电能,平均每天所发电能可供10户居民同时用电时间t=≈10 h,由于能量利用效率不可能达到100%,故可供给10户居民用电时间小于10 h,D错误。
10.热循环的种类很多,其中斯特林循环是一种采用定容下回热的循环,它包含两个等容变化过程和两个等温变化过程,如图所示是一定质量的理想气体在该循环下的pV图像,其中a→b和c→d是等温过程。关于该斯特林循环,下列说法正确的是(　B　)
A.a→b的过程中,气体从外界吸收热量
B.b→c过程气体吸收的热量等于d→a过程气体释放的热量
C.c→d过程中,单个气体分子撞击容器壁的平均作用力增加
D.经历abcda完整的循环过程,气体向外界放出热量
解析:a→b的过程是等温压缩,外界对气体做功,但内能不变,故气体对外放出热量,故A错误;b→c过程和d→a过程都是等容变化,气体不对外界做功,但温度变化又相同,即内能变化量的大小相等,因此b→c过程吸收的热量等于d→a过程放出的热量,故B正确;c→d过程中,由于温度不变,分子平均动能不变,单个气体分子撞击容器壁的平均作用力不变,故C错误;pV图像中图线与横轴所围面积表示气体做功的绝对值,a→b过程外界对气体做的功小于c→d过程气体对外界所做的功,由于一个循环结束后气体温度回到初始状态,即内能不变,故一个循环过程需要吸收热量,故D错误。
二、多项选择题(本题共2小题,每小题4分,共8分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
11.下列关于物体内能的说法正确的是(　ABD　)
A.物体内能改变的两种方式是做功和传热,两者在内能的改变上是等效的
B.在有其他影响的情况下,可以把内能全部转化为有用功
C.内能可以由低温物体转移到高温物体而不引起其他变化
D.在内能的转化和转移过程中,虽然存在能量损失,但总能量依然守恒
解析:由热力学第一定律知,改变物体的内能有两种方式,分别为做功和传热,两者在内能的改变上是等效的,故A正确;热力学第二定律指出不可能从单一热库吸收热量使之完全转化为有用功而不产生其他影响,故B正确;内能的转移是通过传热的方式完成的,热力学第二定律指出不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,故C错误;能量守恒定律指出能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化和转移的过程中,能量的总量不变,故D正确。
12.一定质量的理想气体从状态a开始,经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态,其pT图像如图所示,其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是(　CD　)
A.过程da中气体一定放热
B.过程ab中气体既不吸热也不放热
C.过程bc中外界对气体所做的功小于气体所放出的热量
D.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
解析:过程da中,温度升高,则内能增大,即ΔU>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可知 Q+W>0,温度升高,压强不变,则体积增大,气体对外界做功,即W<0,则过程da中气体吸热,A错误;过程ab中温度不变,内能不变,则ΔU=0,压强减小,则体积增大,气体对外界做功,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体从外界吸收热量,B错误;过程bc温度降低,则内能减小,即ΔU<0,又压强不变,则体积减小,外界对气体做正功,由ΔU=Q+W,知 Q<0,且|Q|>W,即外界对气体做的功小于气体所放出的热量,C正确;一定质量的理想气体的内能只由温度决定,由题图可知Ta>Tc,所以气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能,D正确。
三、非选择题(本题共6小题,共52分)
13.(4分)如图,汽缸中的气体膨胀时,推动活塞向外运动,若气体对活塞做的功是4×104 J,气体的内能减少了 6×104 J,则在此过程中气体　　　(选填“吸收”或“放出”)的热量是　　　 J。
解析:根据热力学第一定律,有ΔU=Q+W,结合题意,气体对活塞做的功是4×104 J,气体的内能减少了6×104 J,代入数据可得-6×104 J=Q-4×104 J,解得Q=-2×104 J,负号表示气体对外放出热量,放出的热量为2×104 J。
答案:放出　2×104
14.(6分)一定质量的理想气体依次经历三个过程,回到初始状态,该过程可用如图甲所示的pT图像中三条直线a、b、c表示,其中a平行于横轴,b的延长线过坐标原点O,c平行于纵轴,该过程也可用如图乙所示的pV图像表示。整个过程中气体　　　　　　(选填“从外界吸热”或“向外界放热”),图甲中的b过程与图乙中的　　　(选填“d”“e”或“f”)过程对应。
解析:由题图可知,整个过程理想气体的内能不变,而气体对外做功,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,又W<0,故可得Q>0,则整个过程中气体从外界吸热。题图甲中的b过程,根据一定质量的理想气体状态方程=C可知,体积不变,故与题图乙中的e过程对应。
答案:从外界吸热　e
15.(8分)如图所示为以二氧化碳气体作为驱动力的玩具手枪,工作原理如下:扣动扳机,气罐中冲出一定量的气体会充满枪管后方容积为 5 mL 的气室,当气室内气体的压强达到2.0×
105 Pa时,就可推动子弹从枪管中飞出。已知枪管后方气室和枪管的容积相同,子弹飞出枪管时间极短,且子弹飞出枪管前的整个过程中不漏气。
(1)气体推动子弹飞出枪管的过程中,气体的内能如何变化
(2)若子弹不匹配,导致和枪管之间的摩擦力过大,使得子弹被缓慢地推向枪口,求子弹刚推到枪口时气体的压强。
解析:(1)该过程非常迅速,来不及和外界进行传热,是一个绝热过程,由热力学第一定律知,气体膨胀对外做功,所以气体的内能减少。
(2)该过程为等温变化,由玻意耳定律可知
p1V1=p2V2,
其中p1=2.0×105 Pa,V1=5 mL,
由枪管后方气室和枪管的容积相同可知V2=2V1=10 mL,
则p2=1.0×105 Pa。
答案:(1)内能减少　(2)1.0×105 Pa
16.(10分)科考队员打算通过气象探测气球进行科研活动。现有一气象探测气球,充有温度为 27.0 ℃的氦气,缓慢上升至海拔6.50 km高空时体积为6.0 m3,在此过程中气球内部因启动一持续加热过程而维持其温度不变。此后停止加热,气球保持高度不变,气球内的氦气温度逐渐减小到此高度处的气温,已知在这一海拔高度气温为-48.0 ℃、大气压强为 0.5×105 Pa,求:
(1)氦气最终的体积。
(2)停止加热后氦气温度逐渐减小的过程中大气对气球做的功。
解析:(1)在停止加热后氦气的温度逐渐从T1=300 K下降到T2=225 K,为等压过程,设最终体积为V2,
根据盖吕萨克定律有=,
代入数据得V2=4.5 m3。
(2)大气对气球做的功为W=-pΔV,
又ΔV=V2-V1,
代入数据得W=7.5×104 J。
答案:(1)4.5 m3　(2)7.5×104 J
17.(11分)如图所示为一汽缸内封闭的一定质量的气体的pV图像,当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时,有335 J的热量传入系统,系统对外界做功126 J。
(1)若沿a→d→b过程,系统对外界做功42 J,则有多少热量传入系统
(2)若系统由状态b沿曲线过程返回状态 a时,外界对系统做功84 J,问系统是吸热还是放热 热量传递是多少
解析:(1)沿a→c→b过程,由热力学第一定律得
ΔU=W+Q=(-126+335) J=209 J,
沿a→d→b过程有ΔU=W′+Q′,
Q′=ΔU-W′=[209-(-42)] J=251 J,
即有251 J的热量传入系统。
(2)由a→b,ΔU=209 J,
则由b→a,ΔU′=-ΔU=-209 J,
根据热力学第一定律有
ΔU′=W″+Q″=84 J+Q″,
得Q″=(-209-84) J=-293 J,
负号说明系统放出热量,热量传递为293 J。
答案:(1)251 J　(2)放热　293 J
18.(13分)如图是一个底面积S为10 cm2的圆筒,筒壁、活塞以及内部隔板导热性能均良好。活塞与筒壁间的摩擦忽略不计。当筒内右方压强小于或等于左方时,隔板的阀门会自动关闭,当筒内右方压强大于左方时,隔板的阀门会自动打开。开始时圆筒水平放置,左、右两方的长度均为10 cm,压强均为一个大气压p0=1×105 Pa。现把装置顺时针转动90°使之竖直,活塞下降,稳定后下方长度为12.5 cm。重力加速度g取10 m/s2,气体可视为理想气体,环境温度保持不变。
(1)活塞下降过程,下方气体是吸热还是放热
(2)求此时下方气体的压强大小和活塞的质量。
(3)将活塞缓慢向上推,求活塞刚到达隔板阀门位置时的推力大小。
解析:(1)活塞下降过程,下方气体体积变大,压强减小,阀门关闭,根据热力学第一定律得ΔU=Q+W,
环境温度保持不变,则ΔU=0,
稳定后下方长度为12.5 cm,气体对外做正功,则W<0,
所以Q>0,故活塞下降过程,下方气体吸热。
(2)对下方气体的压强由玻意耳定律得p0LS=pL′S,
L=10 cm,L′=12.5 cm,
解得p=8×104 Pa,
对活塞受力分析得mg+pS=p0S,
解得m=2 kg。
(3)设活塞刚到达隔板阀门位置时气体压强为p′,由玻意耳定律得2p0LS=p′LS,
对活塞列平衡方程得mg+p′S=p0S+F,
联立解得F=120 N。
答案:(1)吸热　(2)8×104 Pa　2 kg　(3)120 N

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